Uma colaboração internacional reunindo mais de 200 cientistas de 13 países mostrou que as emissões de raios gama de altíssima energia dos quasares, galáxias com um núcleo altamente energético, não estão concentrados na região próxima ao seu buraco negro central, mas de fato, estendem-se por vários milhares de anos-luz ao longo de jatos de plasma. Essa descoberta abala os cenários atuais para o comportamento desses jatos de plasma. O trabalho, publicado no jornal Natureza em 18 de junho, 2020, foi realizado como parte da colaboração H.E.S.S., envolvendo em particular o CNRS e o CEA na França, e a sociedade Max Planck e um grupo de instituições de pesquisa e universidades na Alemanha.

Ao longo dos últimos anos, cientistas observaram o universo usando raios gama, que são fótons de energia muito alta. Raios gama, entre os raios cósmicos que bombardeiam constantemente a Terra, originam-se de regiões do universo onde as partículas são aceleradas a enormes energias inatingíveis em aceleradores construídos por humanos. Os raios gama são emitidos por uma ampla gama de objetos cósmicos, como quasares, que são galáxias ativas com um núcleo altamente energético.

A intensidade da radiação emitida por esses sistemas pode variar em escalas de tempo muito curtas de até um minuto. Os cientistas, portanto, acreditaram que a fonte dessa radiação era muito pequena e localizada nas proximidades de um buraco negro supermassivo, que pode ter uma massa vários bilhões de vezes a do sol. Acredita-se que o buraco negro devore a matéria que desce em espiral para dentro dele e ejete uma pequena parte dele na forma de grandes jatos de plasma em velocidades relativísticas, perto da velocidade da luz, contribuindo assim para a redistribuição da matéria em todo o universo.

Usando o H.E.S.S. observatório na Namíbia, uma colaboração astrofísica internacional observou uma galáxia de rádio (uma galáxia que é altamente luminosa quando observada em comprimentos de onda de rádio) por mais de 200 horas em resolução incomparável. Como a rádio galáxia mais próxima da Terra, Centaurus A é favorável aos cientistas para tal estudo, permitindo que eles identifiquem a região que emite a radiação de energia muito alta enquanto estudam a trajetória dos jatos de plasma. Eles foram capazes de mostrar que a fonte de raios gama se estende por uma distância de vários milhares de anos-luz.

Esta emissão estendida indica que a aceleração de partículas não ocorre apenas nas proximidades do buraco negro, mas também ao longo de todo o comprimento dos jatos de plasma. Com base nesses novos resultados, acredita-se agora que as partículas são reaceleradas por processos estocásticos ao longo do jato. A descoberta sugere que muitas galáxias de rádio com jatos estendidos aceleram os elétrons a energias extremas e podem emitir raios gama, possivelmente explicando as origens de uma fração substancial da radiação gama extragalática difusa de fundo.

Essas descobertas fornecem novos insights importantes sobre os emissores de raios gama cósmicos, e, em particular, sobre o papel das galáxias de rádio como aceleradores de elétrons relativísticos altamente eficientes. Devido ao seu grande número, parece que as galáxias de rádio coletivamente fazem uma contribuição altamente significativa para a redistribuição de energia no meio intergaláctico. Os resultados deste estudo exigiram observações extensas e técnicas de análise otimizadas com H.E.S.S., o observatório de raios gama mais sensível até hoje. Telescópios de última geração (Cherenkov Telescope Array, ou CTA) deve permitir observar esse fenômeno com ainda mais detalhes.