Um artigo publicado este mês na revista Nature Astronomy descreve a descoberta de um buraco negro supermassivo disparando um jato altamente energético em direção à Terra

Felizmente, por mais temível que esse evento cósmico seja, ele está localizado a cerca de 400 milhões de anos-luz do planeta, o que caracteriza uma distância segura, segundo os pesquisadores.

Buracos negros supermassivos, incluindo este, são cercados por aros giratórios de matéria chamados discos de acreção, que gradualmente os alimentam ao longo do tempo. O material não absorvido é então canalizado para os polos, de onde é posteriormente expelido quase à velocidade da luz – velocidade relativística.

Ilustração 3D de um buraco negro supermassivo com acúmulo de material nos arredores. Crédito: Ahmed92pk – Shutterstock

Isso produz radiação eletromagnética altamente energética e extremamente brilhante. Em alguns casos, esse jato é apontado para a Terra. Esses eventos são chamados de blazares.

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Designado Markarian 421, o blazar em questão é localizado na constelação da Ursa Maior e foi observado pelo satélite IXPE (sigla para Imaging X-ray Polarimetry Explorer), da NASA, lançado em dezembro de 2021. 

Conforme destaca o site Space.com, o IXPE observa uma propriedade dos campos magnéticos chamada polarização, que se refere à orientação dos campos. A polarização do jato expelido pelo Markarian 421 revelou uma surpresa para os astrônomos, mostrando que a parte do jato onde as partículas estão sendo aceleradas também abriga um campo magnético com uma estrutura helicoidal.

Representação artística do observatório IXPE no espaço observando o universo em raios-X. Crédito: NASA

Partículas se comportam de acordo com a Teoria da Relatividade de Einstein

Embora se saiba que os jatos blazar podem se estender pelo espaço por milhões de anos-luz, os mecanismos que os lançam ainda não são bem compreendidos. As novas descobertas em torno do jato de Markarian 421 podem lançar alguma luz sobre esse fenômeno cósmico extremo.

A principal razão pela qual os jatos de alimentação de buracos negros supermassivos são tão brilhantes é que as partículas que se aproximam da velocidade da luz emitem enormes quantidades de energia e se comportam de acordo com a física da teoria da relatividade de Albert Einstein.

Blazares também recebem um impulso extra para esse brilho porque sua orientação em relação à Terra faz com que os comprimentos de onda de luz associados a seus jatos se “agrupem”, aumentando suas frequências e energias.

Como resultado, os blazares muitas vezes podem ofuscar a luz combinada de todas as estrelas nas galáxias que os abrigam. E agora, o IXPE usou essa luz para pintar um quadro da física que acontece no coração do jato do Markarian 421 e até mesmo identificar o ponto de origem do feixe brilhante.

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O que este buraco negro mostra de diferente

Anteriormente, modelos de jatos blazar sugeriram que eles são acompanhados por campos magnéticos helicoidais, quase como o DNA em células vivas, mas com fita simples em vez de dupla. O que não se previa, no entanto, era o fato de que a hélice magnética abrigaria áreas onde as partículas são aceleradas.

A análise dos dados do IXPE mostrou ainda que a polarização do jato caiu para 0% entre sua primeira e segunda observações. “Reconhecemos que a polarização era na verdade mais ou menos a mesma, mas sua direção literalmente deu uma curva em U, girando quase 180 graus em dois dias”, disse o coautor da pesquisa e físico do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, Herman Marshall. “Em seguida, nos surpreendeu novamente durante a terceira observação, que começou um dia depois, para observar a direção da polarização continuando a girar na mesma velocidade”.

Durante essas manobras, as medições de radiação eletromagnética na forma de luz óptica, infravermelha e rádio não mostraram nenhum efeito sobre a estabilidade e a estrutura do jato em si, mesmo quando as emissões de raios-X mudaram. Isso implicou uma onda de choque viajando ao longo do campo magnético torcido de Markarian 421.

Indícios de tal fenômeno já foram vistos no jato de outro blazar detectado pelo IXPE, o Markarian 501, mas as novas descobertas da equipe representam evidências mais claras de que um campo magnético helicoidal realmente contribui para uma onda de choque itinerante que está acelerando as partículas de jato a velocidades relativísticas.

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