Pesquisadores da Rússia, Alemanha, Finlândia e EUA estudaram mais de 300 quasares – buracos negros giratórios que produzem feixes de plasma. A equipe descobriu que o formato desses chamados jatos astrofísicos muda de parabólico para cônico a alguma distância do buraco negro, lembrando os icônicos jeans “bocas de sino” dos anos 70. Medindo efetivamente essas “calças cósmicas”, os pesquisadores pretendem interpretar o funcionamento do motor central que acelera a matéria até quase a velocidade da luz nos centros das galáxias ativas remotas. O estudo é relatado nos avisos mensais da Royal Astronomical Society.
Faróis do universo
Os quasares estão entre os objetos mais brilhantes do universo, apesar de estar a bilhões de anos-luz de distância da Terra. Às vezes são chamados de faróis, e o que eles nos ajudam a navegar não é apenas o passado cósmico remoto e a intrincada estrutura do universo, mas também o nosso próprio planeta. Por serem tão remotos, os quasares podem ser usados como pontos de referência estáveis no céu para medir a rotação da Terra e as coordenadas de objetos na superfície do planeta. Este princípio é subjacente ao GPS, GLONASS e outros sistemas de posicionamento.
Um quasar é tão brilhante que pode ser discernido a uma distância enorme. Mostrado na figura 1, ele abriga um buraco negro supermassivo giratório que pesa vários bilhões de vezes mais que o nosso sol. A matéria ao redor do buraco negro cai sobre ele, carregando um campo magnético. As linhas de campo são semelhantes aos fios com partículas carregadas amarradas nelas como contas. A Figura 2 ilustra que, à medida que as linhas do campo magnético giram, o plasma acelera quase à velocidade da luz. As saídas resultantes são chamadas de jatos astrofísicos, e é por causa delas que os quasares são objetos tão deslumbrantes.
Alcançando o céu
Os astrônomos pensavam anteriormente que quase todo jato tem a forma de um cone estreito, expandindo-se para os lados depois que sai da região do buraco negro.
Depois de observar centenas de quasares por duas décadas por meio de uma rede de radiotelescópios espalhados pelo mundo, os autores do novo estudo desafiaram essa suposição. Eles produziram imagens de mais de 300 jatos quasares monitorados pelo programa MOJAVE e executaram uma análise automatizada de suas formas. Como resultado, a equipe descobriu 10 quasares com jatos em forma de parábola evoluindo para cones. Essa transformação poderia ser discernida devido à relativa proximidade dos quasares envolvidos: cada um dos 10 acabou por estar “meros” milhões de anos-luz de distância. O “ataque de piratas” ocorreu a uma distância de aproximadamente várias dezenas de anos-luz do buraco negro.
“O mecanismo por trás da formação e aceleração de jatos em galáxias remotas ativas ainda não foi totalmente compreendido, mas é crucial que descubram como esses aceleradores cósmicos funcionam”, disse o professor Yuri Kovalev, do Instituto de Física e Tecnologia de Moscou ( MIPT) e Lebedev Physical Institute da Academia Russa de Ciências.
“A região de origem dos jatos é difícil de discernir. É muito compacto, e a distância para esses objetos é tão grande que tudo se mistura. Portanto, enquanto vários modelos teóricos estavam disponíveis, não havia dados observacionais para testá-los. Nosso estudo é o primeiro a relatar a geometria detalhada dos jatos com base em observações de um grande número de quasares”, acrescentou o astrofísico.
Compreendendo o invisível
A geometria do jato resulta de uma intrincada interação entre as forças internas e externas, o campo magnético, o plasma e o gás interestelar. Os astrofísicos encontraram uma maneira elegante de explicar esses fatores. Um motor central que consiste em um buraco negro giratório e um campo magnético fornece uma fonte de alimentação limitada e não pode empurrar as partículas para velocidades cada vez maiores indefinidamente, assim como um motor de foguete. Era sabido antes que o plasma acelera facilmente apenas até um certo ponto. Depois disso, a aceleração é tão lenta que efetivamente para. É nesse ponto que as calças se alargam.
“Estudos anteriores apontaram para a mudança na forma do jato quasar observada em algumas galáxias. No entanto, eles não chegaram à conclusão de que era uma propriedade de todos os quasares e não dos objetos individuais em questão. Nós atribuímos esse efeito às características internas dos jatos, e essa explicação acabou sendo pura e intuitiva”, comentou a Dra. Elena Nokhrina, do MIPT.
Agora, os cientistas têm uma nova maneira de avaliar a velocidade de rotação dos buracos negros e entender o mecanismo por trás da formação dos jatos incrivelmente focados e rápidos de plasma nos quasares, tão brilhantes que são visíveis a bilhões de anos-luz de distância.
Publicado em 08/06/2020 20h30
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