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Jatos de buraco negro vistos se formando em tempo real

Há pouco tempo, os astrónomos observaram um distante buraco negro supermassivo (SMBH) localizado numa galáxia a 270 milhões de anos-luz de distância, na constelação de Draco. Durante anos, esta galáxia (1ES 1927+654) tem sido o foco de atenção por causa do Núcleo Galáctico Ativo (AGN) no seu núcleo. Tudo começou em 2018, quando a coroa de raios X do SMBH desapareceu misteriosamente, seguida por uma grande explosão nos comprimentos de onda óptico, ultravioleta e de raios X. Os astrónomos começaram a observá-lo de perto, mas o que viram a seguir foi completamente inesperado!

Como abordamos num artigo anterior, grande parte da excitação foi gerada pelo comportamento da SMBH, que sugeria que estava a consumir um remanescente estelar (uma anã branca). Além disso, os astrónomos notaram um enorme aumento nas emissões de rádio e na formação de jactos de plasma que se estendem a partir do buraco negro, o que aconteceu ao longo de um ano. Em um novo artigouma equipe liderada pelo Universidade de Maryland Condado de Baltimore (UMBC) descreve como observaram a formação de um jato de plasma em tempo real, algo que os astrónomos nunca tinham feito antes.

O artigo da equipe, que apareceu recentemente no Cartas de diários astrofísicosfoi liderado pelo professor associado da UMBC Eileen Meyer. Ela foi acompanhada por vários colegas do Departamento de Física e Astronomia da UMBC, do Instituto Conjunto de Ciências Espaciais (JSI), e o Centro de Ciência e Tecnologia Espacial (CSST). Outros membros incluíam pesquisadores do Instituto de Ciências do Telescópio Espacial (STScI), o Instituto de Tecnologia Technion Israelo Instituto Conjunto de Astrofísica Laboratorial (JILA), o Instituto de Astrofísica Espacial e Planetologiae o Centro de Voo Espacial Goddard da NASA.

A galáxia ativa 1ES 1927+654 (circulada em verde) abriga um buraco negro central pesando cerca de 1,4 milhão de massas solares e está localizada a 270 milhões de anos-luz de distância. (NASA/GSFC)

Os astrônomos observaram jatos emanando dos pólos de vários SMBHs no Universo. Foi demonstrado que alguns deles aceleram partículas de gás e poeira até perto da velocidade da luz, levando ao termo “jatos relativísticos”. Em alguns casos, os astrónomos observaram jatos que se estendem por milhares ou mesmo centenas de milhares de anos-luz da sua galáxia hospedeira. Estes jatos explodem material através destas distâncias, e alguns até desencadeiam a formação de novas estrelas ao longo do seu caminho.

Neste caso, o jato apareceu após um período de atividade variável em 1ES 1927+654, onde o AGN começou a consumir mais material e a tornar-se 100 vezes mais brilhante ao longo de alguns meses – uma mudança que normalmente leva milhares ou milhões de anos. Depois de quase um ano de emissões extremamente elevadas de raios X, o buraco negro acalmou-se novamente em 2020, apenas para aumentar novamente a sua produção em 2023. Ao mesmo tempo, começou a emitir ondas de rádio com uma intensidade 60 vezes superior à anterior, em apenas alguns minutos. meses, algo que nunca antes foi monitorado em tempo real por uma SMBH.

Com base em observações de rádio usando o Matriz muito grande (VLA) e Matriz de linha de base muito grande (VLBA), a equipe obteve imagens de rádio de alta resolução do SMBH no centro de 1ES 1927+654. Estas observações mostraram claramente um par de jatos de plasma formando-se em torno de ambos os pólos do buraco negro e expandindo-se para fora entre 2023 e 2024. Nos últimos anos, os cientistas identificaram “AGNs de aparência mutável”, buracos negros supermassivos que se tornam muito mais ativos em frequências de rádio. desde quando foram observados pela primeira vez.

Nesses casos, os astrónomos presumiram naturalmente que algo devia ter acontecido no meio, uma vez que as suas observações estavam separadas por anos ou décadas. Este é o primeiro caso em que os astrónomos viram esta mudança acontecer em tempo real, oferecendo assim pistas sobre como estas mudanças acontecem. Como Meyer disse:

“Temos observações muito detalhadas de um jato de rádio ‘ligando’ em tempo real, e ainda mais emocionantes são as observações do VLBI, que mostram claramente essas bolhas de plasma saindo do buraco negro. Isso nos mostra que se trata realmente de um jato de plasma que está causando a explosão de rádio. Não é algum outro processo que causa aumento na emissão de rádio. Este é um jato que se move provavelmente a 20 a 30 por cento da velocidade da luz, originado muito perto de um buraco negro. Essa é a parte emocionante.”

Imagens de rádio de 1ES 1927+654 revelam estruturas emergentes que parecem ser jatos de plasma em erupção de ambos os lados do buraco negro central da galáxia após uma forte explosão de rádio. Crédito: NSF/AUI/NSF NRAO/Meyer at al. 2025

Embora estes jatos recém-formados sejam relativamente pequenos em comparação com os jatos massivos observados em alguns dos AGNs mais poderosos da galáxia, é provável que sejam mais comuns em todo o Universo. Embora os maiores jactos se estendam muito para além das suas galáxias hospedeiras e durem milhões de anos, os cientistas tomaram conhecimento da existência de jactos mais pequenos e de vida mais curta – a que chamam “objectos simétricos compactos” (CSOs). Neste sentido, os jatos observados em 1ES 1927+654 poderão representar uma oportunidade única para aprender mais sobre como estas estruturas se formam e crescem com o tempo.

Da mesma forma, os astrónomos ficarão de olho nesta galáxia e no seu SMBH devido às perturbações das marés que podem indicar a presença de uma anã branca que está a ser lentamente consumida. Meyer e sua equipe também sugeriram que o aparecimento desses jatos pode estar associado a “uma única ingestão de uma estrela ou nuvem de gás” e que um único evento de perturbação de maré pode ser o que alimenta CSOs de curto prazo (por talvez 1.000 anos, eles se aventuram). Disse Meyer:

“Ainda não entendemos realmente, depois de todas estas décadas de estudo destas fontes, por que apenas uma fração dos buracos negros em acumulação produz jatos e, então, exatamente como eles os lançam. Até recentemente, não podíamos olhar literalmente para aquela região mais interna para ver o que está a acontecer – como o disco de acreção que rodeia o buraco negro está a interagir e a produzir o jato. E então ainda há muitas questões em aberto.”

Embora ainda existam muitas perguntas sem resposta, existem vários modelos promissores sobre como os jatos podem se formar. Estas observações poderiam levar a esforços colaborativos com teóricos sobre como interpretar os dados para que estes modelos possam ser refinados. “Há muito trabalho teórico a ser feito para entender o que vimos, mas o bom é que temos uma enorme quantidade de dados”, disse Meyer. diz. “Continuaremos seguindo essa fonte e isso continuará a ser emocionante.”

Leitura adicional: UMBC, As cartas do jornal astrofísico