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Telescópios mapeiam campos magnéticos perto de candidato a buraco negro duplo
Observações do Telescópio Horizonte de Eventos (EHT) em OJ 287 mostram interação entre ondas de choque, produzindo rotações de polarização em direções opostas e gerando feixes de energia com trajetórias torcidas
As observações do fluxo de energia aconteceram ao longo de cinco dias – Imagem retirada do artigo
Pela primeira vez, observações da rede global de radiotelescópios do Telescópio Horizonte de Eventos (EHT, na sigla em inglês) revelam o balé cósmico que molda os poderosos feixes de energia lançados no coração de uma galáxia distante. Os cientistas observaram diretamente o campo magnético que surge da interação dinâmica entre ondas de choque – regiões de plasma (gás ionizado) comprimido – e ondas de pressão em forma de hélice num jato de buraco negro supermassivo em OJ 287, que é um provável sistema duplo de buracos negros localizado a 1,6 bilhão de anos-luz da Terra. A análise das observações revela que as ondas que formam o jato se movem em trajetórias torcidas consistentes, e não só em linha reta ou em curvas simples.
O EHT é uma rede global de radiotelescópios que atua como um telescópio virtual do tamanho da Terra com que colaboram várias instituições, a USP entre elas. Capaz de identificar uma bolinha de pingue-pongue na Lua, sua resolução permitiu a captura de duas ondas de choque brilhantes percorrendo o jato em velocidades diferentes. Ao se moverem, essas ondas interagem em um padrão de ondas conhecido como Kelvin-Helmholtz (que forma vórtices e ondulações parecidas com as ondas do mar) em um campo magnético helicoidal, isto é, em forma de hélice. Com isso, produzem um fenômeno notável: a polarização da luz (direção de oscilação das ondas) gira em direções opostas.
Os resultados do estudo foram publicados na revista científica Astronomy & Astrophysics.
Física do jato
As observações duraram cinco dias — entre 5 e 10 de abril de 2017 — e exibiram comportamentos de polarização distintos: a onda mais rápida gira no sentido anti-horário a 3,7° por dia, enquanto a mais lenta gira no sentido horário a 2,5° por dia.
As instabilidades do padrão de ondas de Kelvin-Helmholtz são causadas pelo cisalhamento (deformação) de velocidade entre o plasma do jato e o meio circundante, criando um padrão de onda helicoidal com comprimento de 100 microssegundos de arco (1,5 anos-luz). À medida que os choques percorrem esse padrão, iluminam diferentes fases do campo magnético helicoidal, explicando naturalmente as rotações opostas observadas.
“Essas rotações em direções opostas são a evidência definitiva,” explica José L. Gómez, pesquisador do Instituto de Astrofísica de Andalucía-CSIC e autor principal do artigo. “Quando os choques interagem com a instabilidade de Kelvin-Helmholtz, eles revelam a estrutura helicoidal do campo magnético”, completa.
As observações mostraram mudanças rápidas tanto na estrutura quanto na polarização. Segundo Efthalia Traianou, coordenadora do Grupo de Trabalho de AGNs do EHT, “é a primeira vez que observamos diretamente a interação de choques e instabilidades em um jato de buraco negro”. As modelagens detalhadas mostram que os componentes do jato se movem em trajetórias torcidas consistentes, e não apenas em linhas retas ou curvas simples.
Laboratório de buracos negros binários
Conhecido por suas erupções periódicas e dramáticas, OJ 287 oferece um laboratório único para estudar a física de buracos negros. O EHT observa o jato em escalas de 10 a 100 raios gravitacionais do buraco negro primário — exatamente onde os jatos são lançados e onde os campos magnéticos desempenham papel crucial.
“Essas medições nos permitem mapear diretamente a geometria do campo magnético na região de lançamento e colimação do jato,” explica Ilje Cho, do Korea Astronomy and Space Science Institute (Kasi).
Observações do EHT de OJ 287 em 5 e 10 de abril de 2017, mostrando a estrutura do jato com resolução sem precedentes, apenas 0,75 anos-luz do buraco negro supermassivo -Foto: Colaboração EHT/E. Traianou
Papel brasileiro
O Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas (IAG) da USP passou a integrar formalmente a colaboração EHT em 2022, com a chegada do professor Ciriaco Goddi, que é colaborador do EHT desde 2014.
O docente liderou o grupo responsável pela calibração dos dados do Atacama Large Millimeter Array (Alma), um dos pilares da rede global de telescópios. O Alma é o maior e mais poderoso radiotelescópio do mundo, localizado a 5 mil metros de altitude no Deserto do Atacama, no Chile. “Os dados do Alma, obtidos simultaneamente com o EHT, são essenciais para calibrar os dados e detectar a fraca emissão polarizada ao longo do jato de OJ 287,” explica Goddi.
Em uma parceria entre o Brasil e a Argentina, a USP colidera a construção de um novo telescópio que em breve integrará o EHT: o Large Latin American Millimeter Array (LLAMA), no deserto da Puna de Atacama, na Argentina. “Localizado a apenas 180 km do Alma, o LLAMA fornecerá linhas de base intermediárias sensíveis com o Alma,” acrescenta Goddi. “Essas linhas serão cruciais para detectar a fraca emissão polarizada em escalas muito maiores, permitindo mapear a complexa configuração do campo magnético por dezenas de anos-luz ao longo do jato de OJ 287.”
O artigo está disponível on-line e pode ser lido aqui.
*Com informações da Colaboração EHT. Adaptado para o Jornal da USP
**Estagiária sob orientação de Moisés Dorado
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A reprodução de matérias e fotografias é livre mediante a citação do Jornal da USP e do autor. No caso dos arquivos de áudio, deverão constar dos créditos a Rádio USP e, em sendo explicitados, os autores. Para uso de arquivos de vídeo, esses créditos deverão mencionar a TV USP e, caso estejam explicitados, os autores. Fotos devem ser creditadas como USP Imagens e o nome do fotógrafo.
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