p Quando o universo era jovem, um buraco negro supermassivo - inchado ao ponto de estourar com poder estupendo - lançou um jato de energia infundida de partículas que correu pela vastidão do espaço quase na velocidade da luz. p Bilhões de anos depois, um trio de cientistas da Universidade Clemson, liderado pelo astrofísico da Faculdade de Ciências Marco Ajello, identificou este buraco negro e quatro outros semelhantes a ele, que variam em idade de 1,4 bilhão a 1,9 bilhão de anos. Esses objetos emitem raios gama abundantes, luz da mais alta energia, que são bilhões de vezes mais energéticos do que a luz visível ao olho humano.

p Os primeiros blazares de raios gama conhecidos anteriormente - um tipo de galáxia cuja emissão intensa é alimentada por jatos relativísticos extremamente poderosos lançados por buracos negros monstruosos - tinham mais de 2 bilhões de anos. Atualmente, o universo é estimado em aproximadamente 14 bilhões de anos.

p "A descoberta desses buracos negros supermassivos, que lançam jatos que emitem mais energia em um segundo do que o nosso sol produzirá em toda a sua vida, foi o culminar de um projeto de pesquisa de um ano, "disse Ajello, que passou grande parte de sua carreira estudando a evolução de galáxias distantes. “Nosso próximo passo é aumentar nossa compreensão dos mecanismos envolvidos na formação, desenvolvimento e atividades desses objetos incríveis, que são os aceleradores mais poderosos do universo. Não podemos nem chegar perto de replicar essa produção massiva de energia em nossos laboratórios. As complexidades que estamos tentando desvendar parecem quase tão misteriosas quanto os próprios buracos negros. "

p Ajello conduziu sua pesquisa em conjunto com o pós-doutorado de Clemson Vaidehi Paliya e a candidata a Ph.D. Lea Marcotulli. O trio trabalhou em estreita colaboração com a colaboração Fermi-Large Area Telescope, que é uma equipe internacional de cientistas que inclui Roopesh Ojha, um astrônomo do Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland; e Dario Gasparrini da Agência Espacial Italiana. Seu artigo científico intitulado "Gamma-Ray Blazars dentro dos primeiros 2 bilhões de anos" foi publicado segunda-feira em um jornal chamado Cartas de jornal astrofísico . (Ackermann, M., et al. 2017, ApJL , 837, L5.)

p As descobertas da equipe de Clemson foram possíveis graças ao software recentemente aprimorado no Telescópio Fermi Gamma-ray da NASA. O software remodelado aumentou significativamente a sensibilidade do telescópio orbital a um nível que possibilitou essas últimas descobertas.

p "As pessoas estão chamando de a reforma mais barata da história, "Ajello disse." Normalmente, para o Telescópio Espacial Hubble, A NASA teve que enviar alguém ao espaço para fazer fisicamente esses tipos de melhorias. Mas neste caso, eles foram capazes de fazer isso remotamente de um local ligado à Terra. E de igual importância, as melhorias foram retroativas, o que significa que os dados dos seis anos anteriores também foram totalmente reprocessados. Isso ajudou a nos fornecer as informações de que precisávamos para concluir a primeira etapa de nossa pesquisa e também para seguir em frente no processo de aprendizagem. "

p Usando dados do Fermi, Ajello e Paliya começaram com um catálogo de 1,4 milhão de quasares, que são galáxias que abrigam em seus centros buracos negros supermassivos ativos. Ao longo de um ano, eles limitaram sua pesquisa a 1, 100 objetos. Destes, cinco foram finalmente determinados a serem blazares de raios gama recém-descobertos, os mais distantes - e os mais jovens - já identificados.

p "Depois de usar nossos filtros e outros dispositivos, ficamos com cerca de 1, 100 fontes. E então fizemos o diagnóstico para todos eles e fomos capazes de restringi-los a 25 a 30 fontes, "Paliya disse." Mas ainda tínhamos que confirmar que o que detectamos era cientificamente autêntico. Portanto, realizamos uma série de outras simulações e pudemos derivar propriedades como a massa do buraco negro e a potência do jato. Em última análise, confirmamos que essas cinco fontes eram garantidamente blazares de raios gama, com o mais distante tendo cerca de 1,4 bilhão de anos desde o início dos tempos. "

p Marcotulli, que se juntou ao grupo de Ajello como aluno de doutorado em 2016, tem estudado os mecanismos dos blazares usando imagens e dados fornecidos por outro telescópio orbital da NASA, o Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR). Inicialmente, O papel de Marcotulli era entender o mecanismo de emissão dos blazares de raios gama mais perto de nós. Agora ela está voltando sua atenção para os objetos mais distantes em uma busca para entender o que os torna tão poderosos.

p "Estamos tentando entender todo o espectro da distribuição de energia desses objetos usando modelos físicos, "Marcotulli disse." Atualmente, somos capazes de modelar o que está acontecendo com muito mais precisão do que planejado anteriormente, e eventualmente seremos capazes de entender melhor quais processos estão ocorrendo nos jatos e quais partículas estão irradiando toda a energia que vemos. Eles são elétrons? Ou prótons? Como eles estão interagindo com os fótons ao redor? Todos esses parâmetros não são totalmente compreendidos agora. Mas a cada dia estamos aprofundando nosso entendimento. "

p Todas as galáxias têm buracos negros em seus centros - alguns se alimentando ativamente da matéria ao seu redor, outros estão relativamente dormentes. Nossa própria galáxia tem em seu centro um buraco negro gigantesco que atualmente está adormecido. Ajello disse que apenas um em cada 10 buracos negros no universo de hoje está ativo. Mas quando o universo era muito mais jovem, estava mais perto de uma proporção de 50-50.

p Os buracos negros supermassivos no centro das cinco galáxias blazar recém-descobertas estão entre os maiores tipos de buracos negros já observados, da ordem de centenas de milhares a bilhões de vezes a massa de nosso próprio sol. E os discos de acreção que os acompanham - redemoinhos giratórios de matéria que orbitam os buracos negros - emitem mais de dois trilhões de vezes a produção de energia de nosso sol.

p Um dos elementos mais surpreendentes da pesquisa de Ajello é a rapidez - por medidas cósmicas - esses buracos negros superdimensionados devem ter crescido em apenas 1,4 bilhão de anos. Em termos de nosso conhecimento atual de como os buracos negros crescem, 1,4 bilhão de anos mal é tempo suficiente para um buraco negro atingir a massa dos que foram descobertos pela equipe de Ajello.

p "Como esses buracos negros incompreensivelmente enormes e carregados de energia se formaram tão rapidamente?" Ajello disse. "É porque um buraco negro comeu muito o tempo todo por um longo tempo? Ou talvez porque esbarrou em outros buracos negros e se fundiu em um só? Para ser honesto, não temos observações que apóiem ​​nenhum dos argumentos. Existem mecanismos em funcionamento que ainda precisamos desvendar. Quebra-cabeças que ainda não resolvemos. Quando finalmente os resolvemos, vamos aprender coisas incríveis sobre como o universo nasceu, como cresceu e se tornou o que se tornou, e o que o futuro distante pode reservar enquanto o universo continua a progredir em direção à velhice. "