No centro de um quasar, um buraco negro é cercado por um disco de acreção giratório composto de poeira e gás, e há dois jatos de plasma de direção oposta emanando dele. A forma dos jatos muda com a distância do centro, e como resultado, parecem as famosas calças largas. Na representação deste artista, um campo magnético retorcido e nuvens de gás interestelar podem ser vistos ao redor do jato. Crédito:Daria Sokol / Assessoria de Imprensa MIPT
Pesquisadores da Rússia, Alemanha, A Finlândia e os EUA estudaram mais de 300 quasares - buracos negros giratórios que produzem feixes de plasma. A equipe descobriu que a forma desses chamados jatos astrofísicos muda de parabólica para cônica a alguma distância do buraco negro, uma reminiscência dos icônicos jeans alargados dos anos 70. Medindo efetivamente essas "calças cósmicas, "Os pesquisadores pretendem interpretar o funcionamento do motor central que acelera a matéria a quase a velocidade da luz nos centros de galáxias ativas remotas. O estudo é relatado no Avisos mensais da Royal Astronomical Society.
Faróis do universo
Os quasares estão entre os objetos mais brilhantes do universo, apesar de estar a bilhões de anos-luz de distância da Terra. Às vezes são chamados de beacons, e o que eles nos ajudam a navegar não é apenas o passado cósmico remoto e a estrutura intrincada do universo, mas nosso próprio planeta, também. Porque eles são tão remotos, Os quasares podem ser usados como pontos de referência estáveis no céu para medir a rotação da Terra e as coordenadas dos objetos na superfície do planeta. Este princípio está na base do GPS, GLONASS, e outros sistemas de posicionamento.
Um quasar é tão brilhante que pode ser discernido de uma distância enorme. Mostrado na figura 1, ele hospeda um buraco negro supermassivo giratório que pesa vários bilhões de vezes mais que o nosso sol. A matéria ao redor do buraco negro cai sobre ele, carregando um campo magnético. As linhas de campo são semelhantes a fios com partículas carregadas amarradas nelas como contas. A Figura 2 ilustra que, à medida que as linhas do campo magnético giram, plasma acelera quase à velocidade da luz. As saídas resultantes são chamadas de jatos astrofísicos, e é por causa deles que os quasares são objetos tão deslumbrantes.
Alcançando o céu
Os astrônomos já pensaram que quase todo jato tem a forma de um cone estreito, expandindo-se para os lados após deixar a região do buraco negro.
Representação esquemática de um jato de plasma. Você pode imaginar as linhas do campo magnético como fios de arame saindo de um disco, e partículas carregadas como contas sobre eles. Girar o disco fará com que as contas se acelerem e se afastem dele. Crédito:Elena Nokhrina e Daria Sokol / MIPT
Depois de observar centenas de quasares por duas décadas por meio de uma rede de radiotelescópios espalhados pelo mundo, os autores do novo estudo desafiaram essa suposição. Eles produziram imagens de mais de 300 jatos de quasar monitorados pelo programa MOJAVE e executaram uma análise automatizada de suas formas. Como resultado, a equipe descobriu 10 quasares com jatos em forma de parábola evoluindo para cones. Essa transformação pode ser discernida devido à relativa proximidade dos quasares envolvidos:cada um dos 10 acabou ficando a "meros" milhões de anos-luz de distância. A "queima do bootleg" ocorreu a uma distância de aproximadamente várias dezenas de anos-luz do buraco negro.
"O mecanismo por trás da formação e aceleração de jatos em galáxias ativas remotas não foi totalmente compreendido até agora, no entanto, é crucial descobrir como esses aceleradores cósmicos funcionam, "disse o professor Yuri Kovalev do Instituto de Física e Tecnologia de Moscou (MIPT) e do Instituto de Física Lebedev da Academia Russa de Ciências.
“A região de origem dos jatos é difícil de discernir. É muito compacta, e a distância para esses objetos é tão grande que tudo se confunde. Então, embora vários modelos teóricos estivessem disponíveis, não havia dados observacionais para testá-los. Nosso estudo é o primeiro a relatar a geometria detalhada de jatos com base em observações de um grande número de quasares, "acrescentou o astrofísico.
Compreendendo o invisível
A geometria do jato resulta de uma interação intrincada entre as forças internas e externas, o campo magnético, o plasma, e o gás interestelar. Os astrofísicos encontraram uma maneira elegante de explicar esses fatores. Um motor central que consiste em um buraco negro giratório e um campo magnético fornece uma fonte de alimentação limitada e não pode empurrar as partículas para velocidades cada vez mais altas indefinidamente, como um motor de foguete. Era sabido antes que o plasma acelera facilmente apenas até certo ponto. Depois disso, a aceleração é tão lenta que efetivamente para. É nesse ponto que as calças se alargam.
"Estudos anteriores apontaram para a mudança na forma do jato de quasar observada em algumas galáxias. No entanto, eles não chegaram à conclusão de que era uma propriedade de todos os quasares, e não dos objetos individuais envolvidos. Identificamos esse efeito nas características internas dos jatos, e essa explicação acabou sendo simples e intuitiva, "disse a Dra. Elena Nokhrina do MIPT.
Os cientistas agora têm uma nova maneira de avaliar a velocidade de rotação do buraco negro e entender o mecanismo por trás da formação dos jatos de plasma incrivelmente focados e rápidos em quasares, que são tão brilhantes que são visíveis a bilhões de anos-luz de distância.
