Um gigante na teia cósmica

A teia cósmica é a estrutura em larga escala do Universo Observável, acima representada. Os "nós" brilhantes são galáxias (ou aglomerados de galáxias), intercaladas por rápidos vazios, e os filamentos roxos exibem material entre elas. As estruturas descritas neste artigo atingem tamanhos na escala da teia cósmica. [Imagem (adaptada): V.Springel/Instituto Max Planck de Astrofísica]

30/09/2024

Astrônomos descobrem o maior par de jatos de buraco negro já observado.

[Imagem: quadro do vídeo Porphyrion's Giant Jets Blast Across Space. Créditos: ESA/Hubble/M. Kornmesses/NASA]

No último dia 18 de setembro, a revista Nature publicou o artigo Black hole jets on the scale of the cosmic web ("Jatos de buraco negro na escala da teia cósmica"), pelo qual um grupo de astrônomos relata observações de colossais pares de jatos relativísticos, aparentemente oriundos de buracos negros. A maior das estruturas observadas, batizada de Porfírio (um gigante da mitologia grega), chega a cerca de 7 Mps (sete megaparsecs) de extensão.

O parsec é uma das unidades de medida de distâncias astronômicas. Um parsec (1 ps) equivale a 30,9 trilhões de quilômetros. O tamanho da estrutura detectada é sete milhões de vezes um parsec (7 Mps), o equivalente a 140 galáxias do tamanho da Via Láctea alinhadas!

Nos últimos 50 anos, foram revelados pares de jatos de buracos negros com tamanhos na faixa de 4,6 a 5 Mps. Isto levou cientistas a concluírem que havia um limite de crescimento de aproximadamente 5 Mpc. Isto foi desmentido pelas novas descobertas.

As observações, imagens de rádio do Telescópio Internacional LOFAR, cobriram uma área de apenas 15% do céu, e foram detectadas mais de 10.000 estruturas semelhantes. Isto sugere que esses gigantescos fenômenos, atingindo a escala da teia cósmica, são mais comuns do que se imaginava.

O que são os jatos?

Em uma de cada dez galáxias ativas (AGN's), em média, o buraco negro central e seu disco de acreção produzem estreitos feixes de partículas energéticas e as ejetam, em direções opostas, para fora do disco. Tais emissões, que emergem quase à velocidade da luz, são chamadas de jatos relativísticos e são uma poderosa fonte de ondas de rádio. [Créditos da imagem (adaptada): Aurore Simonnet, Sonoma State University.]

Imagem obtida pelo radiotelescópio LOFAR (LOw Frequency ARray), mostrando Porfírio, o par mais longo de jatos de buraco negro conhecido. O sistema abrange 23 milhões de anos-luz. A galáxia que hospeda o buraco negro supermassivo, que está a 7,5 bilhões de anos-luz de distância, é um ponto no centro da imagem. A maior estrutura em forma de bolha, perto do centro, é um sistema de jatos menor e separado. No canto inferior direito da figura, é indicado o tamanho relativo da nossa galáxia, a Via Láctea. [Créditos: LOFAR Collaboration / Martijn Oei (Caltech)]

Onde e quando surgiu Porfírio?

Os jatos de alta potência de buracos negros supermassivos, quando se sustentam por milhões de anos, tornam-se as maiores estruturas formadas em galáxias.

Estes fluxos energéticos, ao injetar elétrons, núcleos atômicos e campos magnéticos no meio intergaláctico (espaço entre as galáxias), podem ter uma influência cosmológica muito abrangente, caso tenham se desenvolvido o suficiente já em tempos iniciais da evolução do Universo.

Tudo indica que Porfírio, o maior sistema de jatos observado, foi gerado em algum momento entre 4,4 (com margem de erro de 0,7 para menos e 0,2 para mais) e 6,3 bilhões de anos após o Big Bang, em um buraco negro hospedado por uma galáxia massiva, localizada a 7,5 bilhões de anos-luz de distância.

A estrutura de Porfírio consiste de um lobo norte, um jato norte, um núcleo, um jato sul com um hotspot interno e um hostspot externo sul com um refluxo. A imagem a seguir representa este imenso par de jatos e seus componentes:

Componentes da estrutura de jatos Porfírio, com seus incríveis 7 Mps de extensão atravessando parte da teia cósmica. A figura mostra a localização do núcleo (core), dos hotposts (pontos de acesso, áreas de tensão), de ondas de choque (bow shock) e do refluxo (back flow) [Imagem: quadro do vídeo Porphyrion's Giant Jets Blast Across Space. Créditos: Susanne Landis & Konrad Rappaport (Science Comunication Lab)]

Mistérios a serem desvendados

As descobertas de que ora tratamos demonstram que os jatos podem evitar a destruição por instabilidades magneto-hidrodinâmicas em distâncias cosmológicas, mesmo em épocas em que o Universo era muito mais denso do que é atualmente. Como eles conseguem manter uma consistência tão duradoura ainda é um mistério.

Porfírio existiu durante uma época inicial do Universo, quando os filamentos finos que conectam e alimentam as galáxias (a teia cósmica), estavam muito mais próximos do que estão agora. A descoberta sugere que esses sistemas de jatos gigantes podem ter tido uma influência maior na formação de galáxias no Universo Primordial do que se acreditava anteriormente.

Os cientistas também pretendem aprofundar investigações sobre como essas megaestruturas influenciam seus arredores. O Astrônomo Martijn S. S. L. Oei, principal subscritor do artigo publicado na Nature, está especialmente interessado na questão do magnetismo.

Segundo Oei, "O magnetismo em nosso planeta permite que a vida prospere, então queremos entender como ele surgiu. Sabemos que ele permeia a teia cósmica, depois segue para galáxias e estrelas e, eventualmente, para planetas, mas a questão é: onde ele começa? Os jatos gigantes espalham magnetismo pelo Cosmos?"

★ Edição:

- publicada em 30/09/2024.

★ Conteúdo baseado em informações das seguintes fontes:

  OEI, M.S.S.L., Hardcastle, M.J., Timmerman, R. et al. Black hole jets on the scale of the cosmic web. Nature 633, 537-541 (2024). Acesso em 27/09/2024.

  CLAVIN, Whitney. Gargantuan Black Hole Jets Are Biggest Seen Yet. Caltech, 18/09/2024.

  MOSTERT, Rafaël I. J. et al. Constraining the giant radio galaxy population with machine learning and Bayesian inference. Astronomy & Astrophysics, 02/05/2024.