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Astrônomos descobrem os maiores jatos de buracos negros já vistos, que lançam plasma quente muito além de sua própria galáxia hospedeira
Astrônomos avistaram o maior par de jatos de buraco negro já visto, abrangendo 23 milhões de anos-luz de comprimento total. Isso é equivalente a alinhar 140 galáxias da Via Láctea consecutivamente.
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Instituto de Tecnologia da Califórnia - 19/09/2024
Uma ilustração artística do sistema de jatos de buraco negro mais longo já observado. Apelidados de Porphyrion em homenagem a um gigante grego mitológico, esses jatos abrangem aproximadamente 7 megaparsecs, ou 23 milhões de anos-luz. Isso equivale a alinhar 140 galáxias da Via Láctea consecutivamente. Porphyrion remonta a uma época em que nosso universo tinha menos da metade de sua idade atual. Durante essa época inicial, os filamentos finos que conectam e alimentam as galáxias, conhecidos como teia cósmica, estavam mais próximos do que estão agora. Consequentemente, esse par de jatos colossal se estendeu por uma porção maior da teia cósmica em comparação com jatos semelhantes em nosso universo próximo. A descoberta de Porphyrion, portanto, implica que os jatos no universo primitivo podem ter influenciado a formação de galáxias em uma extensão maior do que se acreditava anteriormente. Crédito: E. Wernquist / D. Nelson (IllustrisTNG Collaboration) / M. Oei
Astrônomos avistaram o maior par de jatos de buraco negro já visto, abrangendo 23 milhões de anos-luz de comprimento total. Isso é equivalente a alinhar 140 galáxias da Via Láctea consecutivamente.
"Este par não é apenas do tamanho de um sistema solar, ou de uma Via Láctea; estamos falando de 140 diâmetros de Via Láctea no total", diz Martijn Oei, um acadêmico de pós-doutorado do Caltech e autor principal de um artigo da Nature relatando as descobertas . "A Via Láctea seria um pequeno ponto nessas duas erupções gigantes."
A megaestrutura do jato, apelidada de Porphyrion em homenagem a um gigante da mitologia grega, data de uma época em que nosso universo tinha 6,3 bilhões de anos, ou menos da metade de sua idade atual de 13,8 bilhões de anos. Essas saídas ferozes — com uma potência total equivalente a trilhões de sóis — disparam de cima e de baixo de um buraco negro supermassivo no coração de uma galáxia remota.
Antes da descoberta de Porfírio, o maior sistema de jatos confirmado era Alcyoneus , também nomeado em homenagem a um gigante da mitologia grega. Alcyoneus, que foi descoberto em 2022 pela mesma equipe que encontrou Porfírio, abrange o equivalente a cerca de 100 Vias Lácteas. Para efeito de comparação, os conhecidos jatos Centaurus A , o principal sistema de jatos mais próximo da Terra, abrange 10 Vias Lácteas.
A descoberta mais recente sugere que esses sistemas de jatos gigantes podem ter tido uma influência maior na formação de galáxias no universo jovem do que se acreditava anteriormente.
Porphyrion existiu durante uma época inicial quando os filamentos finos que conectam e alimentam as galáxias, conhecidos como teia cósmica , estavam mais próximos uns dos outros do que estão agora. Isso significa que jatos enormes como Porphyrion alcançavam uma porção maior da teia cósmica em comparação com jatos no universo local.
"Astrônomos acreditam que galáxias e seus buracos negros centrais coevoluem, e um aspecto fundamental disso é que jatos podem espalhar enormes quantidades de energia que afetam o crescimento de suas galáxias hospedeiras e outras galáxias próximas a elas", diz o coautor George Djorgovski, professor de astronomia e ciência de dados no Caltech. "Essa descoberta mostra que seus efeitos podem se estender muito mais longe do que pensávamos."
Revelando uma vasta população
O sistema de jatos Porphyrion é o maior encontrado até agora durante uma pesquisa do céu que revelou um número chocante de megaestruturas tênues: mais de 10.000. Essa população massiva de jatos gigantescos foi encontrada usando o radiotelescópio europeu LOFAR (LOw Frequency ARray).
Embora centenas de grandes sistemas de jatos fossem conhecidos antes das observações do LOFAR, eles eram considerados raros e, em média, menores em tamanho do que os milhares de sistemas descobertos pelo radiotelescópio.
"Já sabíamos que havia jatos gigantes antes de começarmos a campanha, mas não tínhamos ideia de que haveria tantos", diz Martin Hardcastle, segundo autor do estudo e professor de astrofísica na Universidade de Hertfordshire, na Inglaterra.
"Normalmente, quando obtemos uma nova capacidade de observação, como a combinação de amplo campo de visão e altíssima sensibilidade a estruturas estendidas do LOFAR, descobrimos algo novo, mas ainda assim foi muito emocionante ver tantos desses objetos surgindo."
Em 2018, Oei e seus colegas começaram a usar o LOFAR para estudar não jatos de buracos negros, mas a teia cósmica de filamentos tênues que cruzam o espaço entre as galáxias. Conforme a equipe inspecionava as imagens de rádio em busca dos filamentos tênues, eles começaram a notar vários sistemas de jatos surpreendentemente longos.
"Quando encontramos os jatos gigantes pela primeira vez, ficamos bastante surpresos", diz Oei, que também é afiliado ao Observatório de Leiden, na Holanda. "Não tínhamos ideia de que havia tantos."
Para procurar sistematicamente por mais jatos ocultos, a equipe inspecionou as imagens de rádio a olho nu, usou ferramentas de aprendizado de máquina para escanear as imagens em busca de sinais dos jatos iminentes e contou com a ajuda de cientistas cidadãos ao redor do mundo para analisar as imagens mais detalhadamente.
Um artigo descrevendo seu lote mais recente de fluxos gigantes, contendo mais de 8.000 pares de jatos, foi aceito para publicação no periódico Astronomy & Astrophysics .
À espreita no passado
Para encontrar a galáxia da qual Porfírio se originou, a equipe usou o Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) na Índia, juntamente com dados auxiliares de um projeto chamado Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), que opera no Observatório Nacional Kitt Peak no Arizona. As observações apontaram o lar dos jatos para uma galáxia robusta cerca de 10 vezes mais massiva que a nossa Via Láctea.
A equipe então usou o Observatório WM Keck no Havaí para mostrar que Porfírio está a 7,5 bilhões de anos-luz da Terra. "Até agora, esses sistemas de jatos gigantes pareciam ser um fenômeno do universo recente", diz Oei. "Se jatos distantes como esses podem atingir a escala da teia cósmica, então cada lugar no universo pode ter sido afetado pela atividade do buraco negro em algum ponto do tempo cósmico", diz Oei.
As observações de Keck também revelaram que Porfírion emergiu do que é chamado de buraco negro ativo em modo radiativo, em oposição a um que está em estado de modo jato.
Quando buracos negros supermassivos se tornam ativos — em outras palavras, quando suas imensas forças de gravidade puxam e aquecem o material ao redor — acredita-se que eles emitam energia na forma de radiação ou jatos. Buracos negros em modo radiativo eram mais comuns no universo jovem ou distante, enquanto os em modo jato são mais comuns no universo atual.
O fato de Porphyrion ter vindo de um buraco negro de modo radiativo foi uma surpresa porque os astrônomos não sabiam que esse modo poderia produzir jatos tão grandes e poderosos. Além disso, como Porphyrion está no universo distante onde buracos negros de modo radiativo abundam, a descoberta implica que pode haver muito mais jatos colossais para serem encontrados.
"Podemos estar olhando para a ponta do iceberg", diz Oei. "Nossa pesquisa LOFAR cobriu apenas 15% do céu. E a maioria desses jatos gigantes provavelmente é difícil de avistar, então acreditamos que há muito mais desses gigantes por aí."
Mistérios em andamento
Como os jatos podem se estender tão além de suas galáxias hospedeiras sem desestabilizar ainda não está claro. "O trabalho de Martijn nos mostrou que não há nada particularmente especial sobre os ambientes dessas fontes gigantes que as faça atingir esses tamanhos grandes", diz Hardcastle, que é especialista em física de jatos de buracos negros.
"Minha interpretação é que precisamos de um evento de acreção excepcionalmente longo e estável ao redor do buraco negro central supermassivo para permitir que ele fique ativo por tanto tempo — cerca de um bilhão de anos — e para garantir que os jatos continuem apontando na mesma direção durante todo esse tempo. O que estamos aprendendo com o grande número de gigantes é que essa deve ser uma ocorrência relativamente comum."
Como próximo passo, a Oei quer entender melhor como essas megaestruturas influenciam seus arredores. Os jatos espalham raios cósmicos, calor, átomos pesados e campos magnéticos por todo o espaço entre as galáxias. A Oei está especificamente interessada em descobrir até que ponto jatos gigantes espalham magnetismo.
"O magnetismo em nosso planeta permite que a vida prospere, então queremos entender como isso aconteceu", ele diz. "Sabemos que o magnetismo permeia a teia cósmica, depois faz seu caminho para galáxias e estrelas, e eventualmente para planetas, mas a questão é: onde isso começa? Esses jatos gigantes espalharam magnetismo pelo cosmos?"
Mais informações: Martijn Oei et al, Jatos de buracos negros na escala da teia cósmica, Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07879-y . www.nature.com/articles/s41586-024-07879-y
Rafaël IJ Mostert et al, Restringindo a população de galáxias de rádio gigantes com aprendizado de máquina e inferência bayesiana, Astronomy & Astrophysics (2024). DOI: 10.1051/0004-6361/202348897 . No arXiv : DOI: 10.48550/arxiv.2405.00232
Informações do periódico: arXiv , Astronomy & Astrophysics , Nature
