O Universo contém muitos e poderosos buracos negros supermassivos que criam fortes jatos de partículas altamente energéticas, produzindo fontes de brilho extremo na vastidão do espaço.
© NASA (ilustração da estrutura do jato de um buraco negro)
Esta ilustração mostra a estrutura do jato de um buraco negro. O jato é alimentado por um disco de acreção, mostrado na parte inferior da imagem, que orbita e cai no buraco negro ao longo do tempo. O jato é atravessado por campos magnéticos helicoidais, gerando raios X num choque originado no material que espirala em torno dos campos magnéticos helicoidais. A inserção mostra a frente de choque propriamente dita. Os raios X são gerados na região branca mais próxima da frente de choque, enquanto as emissões ópticas e de rádio devem ter origem em regiões mais turbulentas, mais afastadas do choque. Quando um desses jatos aponta diretamente para a Terra, o sistema que contém o buraco negro é caracterizado como blazar.
Para compreender por que razão as partículas do jato se movem com grandes velocidades e energias, os cientistas voltam-se para o IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer) da NASA, que foi lançado em dezembro de 2021. O IXPE mede uma propriedade especial da luz de raios X chamada polarização, que tem a ver com a organização das ondas eletromagnéticas nas frequências de raios X.
Esta semana, uma equipe internacional de astrofísicos divulgou novas descobertas do IXPE sobre um blazar chamado Markarian 421. Este blazar, localizado na direção da constelação da Ursa Maior, a cerca de 400 milhões de anos-luz da Terra, surpreendeu os cientistas com evidências de que, na parte do jato onde as partículas estão sendo aceleradas, o campo magnético tem uma estrutura helicoidal.
Jatos como o que irradia de Markarian 421 podem estender-se por milhões de anos-luz. São especialmente brilhantes porque, à medida que as partículas se aproximam da velocidade da luz, liberam uma enorme quantidade de energia e comportam-se de formas estranhas, conforme Einstein previu. Os jatos dos blazares são extra brilhantes porque, tal como a sirene de uma ambulância soa mais alto à medida que se aproxima, a luz apontada na nossa direção também parece mais brilhante. É por isso que os blazares podem ofuscar todas as estrelas das galáxias que habitam.
Apesar de décadas de estudo, os cientistas ainda não compreendem totalmente os processos físicos que determinam a dinâmica e a emissão dos jatos dos blazares. Mas a inovadora polarimetria de raios X do IXPE, que mede a direção média do campo elétrico das ondas de luz, fornece uma visão sem precedentes destes alvos, da sua geometria física e da origem das suas emissões.
Os modelos de prospecção para o fluxo típico dos poderosos jatos apresentam normalmente uma estrutura helicoidal em espiral, semelhante à forma como o DNA humano está organizado. Mas os cientistas não esperavam que a estrutura em hélice contivesse regiões de partículas sendo aceleradas por choques.
O IXPE encontrou uma surpreendente variabilidade no ângulo de polarização durante três observações prolongadas de Markarian 421 em maio e junho de 2022. Mais estranho ainda é que as medições simultâneas no visível, no infravermelho e no rádio não mostraram qualquer alteração na estabilidade ou na estrutura, mesmo quando as emissões de raios X polarizados se desviaram. Isto significa que uma onda de choque pode estar se propagando ao longo de campos magnéticos em espiral no interior do jato.
O conceito de uma onda de choque que acelera as partículas do jato é consistente com as teorias acerca de Markarian 501, um segundo blazar observado pelo IXPE que levou a um estudo publicado no final de 2022. Mas o blazar Markarian 421 mostra evidências mais claras de um campo magnético helicoidal contribuindo para o choque.
Um artigo foi publicado na revista Nature Astronomy.
Fonte: NASA
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