Núcleos galácticos ativos, alimentados pelos buracos negros supermassivos que eles contêm, são os objetos mais brilhantes do universo. A luz vem de jatos de material ejetados ao redor do buraco negro quase na velocidade da luz. Na maioria dos casos, esses núcleos galácticos ativos são chamados de quasares. Mas em raras ocasiões, quando um dos jatos aponta diretamente para a Terra, eles são chamados de blazares e parecem mais brilhantes.

Embora a visão geral de como um blazar funciona tenha sido elaborada, alguns detalhes permanecem mal compreendidos, incluindo como o material em movimento rápido cria tanta luz. Agora, os pesquisadores têm um novo observatório espacial chamado The Explorador de polarimetria de raios-X de imagem (IXPE) para um dos blazares mais brilhantes do céu. Os dados desta e de outras observações se combinam para mostrar que a luz é produzida quando os jatos do buraco negro encontram materiais que se movem mais lentamente.

jatos e luz

O IXPE é especializado em detectar a polarização de fótons de alta energia – o alinhamento das ondas no campo elétrico da luz. As informações de polarização podem nos dizer algo sobre os processos que criaram os fótons. Por exemplo, fótons provenientes de um ambiente turbulento possuem uma polarização essencialmente aleatória, enquanto um ambiente mais estruturado tende a produzir fótons com uma gama limitada de polarizações. A luz que penetra na matéria ou nos campos magnéticos também pode mudar sua polarização.

Isso se mostra útil para estudar blazars. Os fótons de alta energia emitidos por esses objetos são gerados por partículas carregadas nos jatos. Quando esses objetos mudam de curso ou desaceleram, eles devem emitir energia na forma de fótons. Movendo-se quase à velocidade da luz, eles precisam liberar muita energia, permitindo que os blazares emitam em todo o espectro, de ondas de rádio a raios gama – alguns dos últimos permanecendo nessas energias de desvio para o vermelho por bilhões de anos.

Portanto, surge a pergunta sobre o que retarda essas partículas. Existem dois princípios orientadores. Uma delas é que o ambiente nos jatos é turbulento, com acumulações caóticas de materiais e campos magnéticos. Isso desacelera as partículas, e o ambiente caótico significa que a polarização se torna amplamente aleatória.

A ideia alternativa envolve uma onda de choque em que o material dos bicos salta para o material mais lento e diminui a velocidade. Este é um processo relativamente ordenado e produz uma polarização que é relativamente limitada em alcance e se torna mais pronunciada em energias mais altas.

Digite IXPE

O novo conjunto de observações é uma campanha coordenada para mapear Blazar Markarian 501 usando uma variedade de telescópios que detectam a polarização em comprimentos de onda mais longos, com o IXPE processando os fótons de maior energia. Além disso, os pesquisadores vasculharam os arquivos de vários observatórios para obter observações anteriores do Markarian 501, o que lhes permitiu determinar se a polarização é estável ao longo do tempo.

No geral, as polarizações medidas estavam separadas por apenas alguns graus em todo o espectro, das ondas de rádio aos raios gama. Também foi estável ao longo do tempo e sua orientação aumentou em energias de fótons mais altas.

Ainda há uma pequena variação na polarização, sugerindo que há uma desordem relativamente pequena no local da colisão, o que não é realmente surpreendente. Mas é muito menos desordenado do que se esperaria de um material turbulento com campos magnéticos complexos.

Embora esses resultados forneçam uma melhor compreensão de como os buracos negros produzem luz, esse processo depende da geração de jatos ocorrendo muito mais perto do buraco negro. Como esses jatos se formam ainda não é realmente compreendido, então as pessoas que estudam astrofísica de buracos negros ainda têm motivos para voltar ao trabalho após o fim de semana do feriado bancário.

Natureza2022. DOI: 10.1038/s41586-022-05338-0 (Sobre DOIs).