Desvendado o "motor" que acelera jatos de blazares quase à velocidade da luz

A misteriosa aceleração dos jatos relativísticos dos blazares, um dos objetos mais energéticos do universo, é movida pela interação de matéria em ondas de choque dentro dos próprios jatos. A descoberta é de uma colaboração internacional que publicou os resultados na Nature Astronomy.

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Blazares são núcleos de galáxias ativos, ou seja, uma fonte de luminosidade formada pela atividade do buraco negro supermassivo que habita no coração de sua galáxia hospedeira. À medida que se alimenta de matéria, ele forma discos brilhantes ao seu redor e ejeta dois feixes — um do polo norte do buraco negro e outro do polo sul.

Esses feixes, ou jatos, são feitos de matéria super aquecida do disco de acreção que gira ao redor do equador do buraco negro. A parte interna desse disco é conduzida pelos campos magnéticos do objeto rumo aos polos e, dali, são expelidos rumo ao espaço intergaláctico.

Muitas vezes os jatos se estendem por milhares ou milhões de anos-luz, ultrapassando o tamanho de sua própria galáxia hospedeira, e atingem velocidades próximas à da luz. Mas os astrônomos já estão há 40 anos tentando descobrir como eles obtém tanta energia.

Observação inédita do jato de um blazar

Agora, usando dados do telescópio Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE), a equipe internacional conseguiu medir pela primeira vez a polarização (observação dos fótons orientados na mesma direção) do raios-X do jato.

Para esse estudo, foi escolhido o blazar conhecido como Markarian 501, localizado a 460 milhões de anos-luz de distância na constelação de Hércules. O IXPE mirou neste objeto durante vários dias em março de 2022, e coletou dados de raios-X emitidos pelo jato do blazar.

O comprimento de onda em raios-X é um dos mais presentes em jatos relativísticos como os de um blazar. Esse tipo de radiação não ultrapassa a atmosfera terrestre, sendo necessário um telescópio espacial como o IXPE. Já as ondas de rádio, também muito presentes nos jatos relativísticos, exigem antenas de radiotelescópios em solo.

Assim, os cientistas conseguiram informações valiosas sobre a orientação do campo elétrico e a extensão da polarização do jato. Ao comparar os dados com modelos teóricos, eles notaram que as observações correspondiam a um cenário em que uma onda de choque é a responsável por acelerar as partículas do jato.

Tal onda de choque se forma quando algo se move mais rápido do que a velocidade do som do material circundante (no espaço, essa velocidade não é a mesma que conhecemos na Terra, pois depende do meio ambiente onde o som se propaga), como quando um jato supersônico voa na atmosfera da nossa Terra.

Ainda não se sabe a origem das ondas de choque — e o estudo não tinha esse objetivo em mente — mas é possível que uma perturbação no fluxo do jato faz com que uma seção dele se torne supersônica. Talvez isso seja causado por colisões de partículas de alta energia dentro do jato.

O blazar Markarian 501 continuará a ser observado para ver se a polarização muda com o tempo e uma quantidade maior de blazares será adicionada pela equipe. “Faz parte do progresso da humanidade em direção à compreensão da natureza e de todo o seu exotismo”, disse Alan Marscher, da Universidade de Boston, líder da equipe de pesquisa.

Fonte: Nature Astronomy, NASA