p Algumas das explosões mais extremas observadas no universo são os misteriosos jatos de energia e matéria irradiando do centro das galáxias quase à velocidade da luz. Esses jatos estreitos, que normalmente se formam em pares opostos, acredita-se que estejam associados a buracos negros supermassivos e outros objetos exóticos, embora os mecanismos que os impulsionam e dissipam não sejam bem compreendidos. p Agora, uma pequena equipe de pesquisadores desenvolveu teorias apoiadas por simulações 3-D para explicar o que está acontecendo.

p Encontrar causas comuns para instabilidades em jatos espaciais

p "Esses jatos são notoriamente difíceis de explicar, "disse Alexander" Sasha "Tchekhovskoy, um ex-bolsista da NASA Einstein que co-liderou o novo estudo como membro da Divisão de Ciência Nuclear do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia (Berkeley Lab), e os departamentos de Astronomia e Física e o Centro Teórico de Astrofísica da UC Berkeley. "Por que eles são tão estáveis ​​em algumas galáxias e em outras simplesmente se desintegram?"

p Tanto quanto metade da energia dos jatos pode escapar na forma de raios-X e formas mais fortes de radiação. Os pesquisadores mostraram como dois mecanismos diferentes - ambos relacionados à interação dos jatos com a matéria circundante, conhecido como "meio ambiente" - serve para reduzir cerca de metade da energia desses poderosos jatos.

p "A parte empolgante desta pesquisa é que agora estamos entendendo toda a gama de mecanismos de dissipação que estão funcionando no jato, "não importa o tamanho ou tipo de jato, ele disse.

p O estudo que Tchekhovskoy co-liderou com os cientistas da Purdue University Rodolfo Barniol Duran e Dimitrios Giannios foi publicado na edição de 21 de agosto de Avisos mensais da Royal Astronomical Society . O estudo conclui que o próprio meio ambiente tem muito a ver com a forma como os jatos liberam energia.

p "Finalmente fomos capazes de simular jatos que partem do buraco negro e se propagam por distâncias muito grandes - onde se chocam com o meio ambiente, "disse Duran, anteriormente um associado de pesquisa de pós-doutorado na Purdue University, que agora é um membro do corpo docente da California State University, Sacramento.

p Tchekhovskoy, que estudou esses jatos por mais de uma década, disse que um efeito conhecido como estabilidade da dobra magnética, o que causa uma curva repentina na direção de alguns jatos, e outro efeito que desencadeia uma série de choques dentro de outros jatos, parecem ser os principais mecanismos de liberação de energia. A densidade do meio ambiente que os jatos encontram serve como o gatilho principal para cada tipo de mecanismo de liberação.

p "Por muito tempo, especulamos que choques e instabilidades desencadeiam as espetaculares exibições de luz dos jatos. Agora, essas ideias e modelos podem ser lançados em um terreno teórico muito mais firme, "disse Giannios, professor assistente de física e astronomia em Purdue.

p O comprimento e a intensidade dos jatos podem iluminar as propriedades de seus buracos negros associados, como sua idade e tamanho e se estão ativamente "se alimentando" da matéria circundante. Os jatos mais longos se estendem por milhões de anos-luz no espaço circundante.

p "Quando olhamos para os buracos negros, as primeiras coisas que notamos são as listras centrais desses jatos. Você pode fazer imagens dessas listras e medir seus comprimentos, larguras, e velocidades para obter informações do centro do buraco negro, "Tchekhovskoy observou." Os buracos negros tendem a comer em farras de dezenas e centenas de milhões de anos. Esses jatos são como 'arrotos' de buracos negros - eles são determinados pela dieta dos buracos negros e pela frequência de alimentação. "

p Embora nada - nem mesmo a luz - possa escapar do interior de um buraco negro, os jatos de alguma forma conseguem extrair sua energia do buraco negro. Os jatos são movidos por uma espécie de truque de contabilidade, ele explicou, como preencher um cheque com um valor negativo e ter dinheiro aparecendo em sua conta. No caso do buraco negro, são as leis da física, e não uma brecha bancária, que permitem que os buracos negros liberem energia e matéria ao mesmo tempo que sugam a matéria circundante.

p A incrível fricção e aquecimento dos gases em espiral em direção ao buraco negro causam temperaturas extremas e compressão em campos magnéticos, resultando em uma reação energética e um fluxo de radiação que escapa da forte atração do buraco negro.

p Uma história de torções magnéticas e choques sequenciados

p Estudos anteriores mostraram como as instabilidades magnéticas (torções) nos jatos podem ocorrer quando os jatos atingem o meio ambiente. Essa instabilidade é como uma mola magnética. Se você apertar a mola de ambas as extremidades entre os dedos, a mola vai sair voando de sua mão. Da mesma forma, um jato que passa por essa instabilidade pode mudar de direção quando se choca contra a matéria fora do alcance do buraco negro.

p O mesmo tipo de instabilidade frustrou os cientistas que trabalharam nas primeiras máquinas que tentaram criar e aproveitar um superquente, estado carregado da matéria conhecido como plasma nos esforços para desenvolver a energia de fusão, que alimenta o sol. Os jatos espaciais, também conhecido como jatos de núcleos galácticos ativos (AGN), também são uma forma de plasma.

p O último estudo descobriu que nos casos em que um jato anterior tinha "pré-perfurado" um buraco no meio ambiente em torno de um buraco negro e a matéria impactada pelo jato recém-formado era menos densa, um processo diferente está em ação na forma de choques de "recolimação".

p These shocks form as matter and energy in the jet bounce off the sides of the hole. The jet, while losing energy from every shock, immediately reforms a narrow column until its energy eventually dissipates to the point that the beam loses its tight focus and spills out into a broad area.

p "With these shocks, the jet is like a phoenix. It comes out of the shock every time, " though with gradually lessening energy, Tchekhovskoy said. "This train of shocks cumulatively can dissipate quite a substantial amount of the total energy."

p The researchers designed the models to smash against different densities of matter in the ambient medium to create instabilities in the jets that mimic astrophysical observations.

p Peering deeper into the source of jets

p Novo, higher-resolution images of regions in space where supermassive black holes are believed to exist – from the Event Horizon Telescope (EHT), for example – should help to inform and improve models and theories explaining jet behavior, Tchekhovskoy said, and future studies could also include more complexity in the jet models, such as a longer sequence of shocks.

p "It would be really interesting to include gravity into these models, " ele disse, "and to see the dynamics of buoyant cavities that the jet fills up with hot magnetized plasma as it drills a hole" in the ambient medium.

p He added, "Seeing deeper into where the jets come from – we think the jets start at the black hole's event horizon (a point of no return for matter entering the black hole) – would be really helpful to see in nature these 'bounces' in repeating shocks, por exemplo. The EHT could resolve this structure and provide a nice test of our work."