Os buracos negros são fundamentais para a estrutura das galáxias e cruciais para a nossa compreensão da gravidade, do espaço e do tempo. Um buraco negro de massa estelar é um tipo de buraco negro que se forma a partir do colapso gravitacional de uma estrela massiva ao final do seu ciclo de vida. Esses buracos negros normalmente têm massas que variam de 3 a 20 vezes a massa do nosso Sol.

Às vezes, buracos negros geram feixes de gás ionizado (plasma) que se projetam a velocidades próximas à da luz. Embora descobertos há mais de um século, como e por que os jatos ocorrem permanece um mistério, descrito como uma das "maravilhas da física".

O Prof. Kazutaka Yamaoka, da Universidade de Nagoya, no Japão, juntamente com seus colegas da Universidade de Toyama e de outros institutos internacionais, descobriram as condições essenciais para que um buraco negro estelar crie jatos de plasma . Suas descobertas, publicadas em Publicações da Sociedade Astronômica do Japão , mostram que, quando o material gasoso superaquecido sofre uma rápida contração em direção ao buraco negro, ocorre a formação de jatos.

Compreender a ejeção de jatos em buracos negros é crucial porque esclarece a evolução das galáxias, a distribuição de energia no universo e as propriedades dos próprios buracos negros. Os jatos influenciam a formação de estrelas, distribuem energia por vastas distâncias e servem como faróis cósmicos para localizar buracos negros distantes. Além disso, eles fornecem insights sobre a física fundamental dos buracos negros.

Materiais como poeira e gás são atraídos em direção aos buracos negros devido à sua forte gravidade. Esse material gira em torno do buraco negro em um disco fino, chamado disco de acreção, necessário para formar um jato.

Os cientistas estudaram um sistema de buracos negros composto por um buraco negro de massa estelar e uma estrela semelhante ao Sol orbitando um ao outro. Nesse sistema, ocorrem 5 ou 6 jatos ao longo de um período de cerca de 20 dias, tornando-o ideal para o estudo desse fenômeno. Analisando dados de observação de raios X e rádio de 1999 a 2000, eles conseguiram rastrear a rapidez com que as emissões de raios X perto do buraco negro variavam ao longo do tempo e medir a quantidade total de energia produzida pelos jatos.

Os resultados mostraram que os jatos ocorrem quando o raio interno do disco de acreção diminui repentinamente e atinge a órbita circular estável mais interna (ISCO), o mais próximo que a matéria pode orbitar sem cair.

Os pesquisadores observaram que, inicialmente, o raio interno do disco de gás estava localizado mais distante do buraco negro. Quando o raio interno do disco encolhe rapidamente e atinge o ISCO, o jato entra em erupção. O jato continua a entrar em erupção por um tempo; no entanto, quando o movimento de contração da borda interna do disco cessa, o próprio jato cessa.

A partir disso, eles identificaram duas condições principais necessárias para que um buraco negro estelar crie jatos: a borda interna do disco de gás ao redor do buraco negro deve se mover rapidamente para mais perto do buraco negro e esse movimento deve atingir o ISCO.

Os cientistas já sabiam que, quando um jato de buraco negro entra em erupção, os raios X se tornam "mais suaves" (mais raios X de baixa energia em comparação com os de alta energia) e apresentam menos flutuações rápidas em um curto período de tempo. Este estudo descobriu que essas mudanças nos raios X ocorrem porque a borda interna do disco de gás se aproxima rapidamente do buraco negro, o que é o verdadeiro gatilho para a formação do jato. À medida que essa borda interna se contrai, ela produz mais raios X suaves, com menor variabilidade em comparação com os raios X duros, altamente variáveis. Isso explica por que os padrões de raios X mudam logo antes da formação dos jatos.

"Embora seja desafiador devido à evolução temporal mais lenta e à dificuldade de medir suas estruturas internas, aplicar nossas descobertas a buracos negros supermassivos é nosso próximo passo", acrescentou.