Os astrônomos usaram o Event Horizon Telescope (EHT) para observar uma violenta dança cósmica entre um suposto par de buracos negros supermassivos no centro de uma galáxia distante. A evidência desta rivalidade entre monstros cósmicos reside nas propriedades distorcidas dos jatos que explodem em torno de buracos negros.
O Um buraco negro supermassivo O par, ou binário, esconde-se no coração do quasar OJ287, uma galáxia a 1,6 mil milhões de anos-luz de distância, no centro de uma galáxia. Usando uma resolução próxima à de uma bola de tênis na superfície da Lua, a equipe detectou duas ondas de choque fluindo pelo jato OJ287. Os choques, curiosamente, foram vistos viajando em velocidades diferentes. E à medida que viajam, através de fortes campos magnéticos, estas ondas de choque criam um fenómeno nunca antes visto.
Desde então, o EHT continuou a agitar a ciência dos buracos negros.
“Este resultado mostra que o EHT não é apenas útil para criar imagens espetaculares, mas também pode ser usado para compreender a física que governa os jatos dos buracos negros”, disse Mariafelicia De Laurentis, membro da equipe do EHT, em comunicado. “Um passo fundamental na comparação de modelos teóricos com observações é distinguir observacionalmente entre geometria e, em vez disso, os efeitos dos processos físicos reais.”
Instantâneos de um jato de buraco negro
A equipe capturou dois instantâneos do sistema OJ287 em 5 de abril de 2017 e novamente em 10 de abril do mesmo ano. Estes revelaram mudanças substanciais tanto na estrutura como na polaridade do OJ287 que ocorreram ao longo de cinco dias terrestres. Este é o intervalo mais curto em que tais mudanças foram observadas num jato de buraco negro.
Acredita-se que essas mudanças sejam o resultado de choques interagindo com instabilidades na velocidade conhecidas como instabilidades de Kelvin-Helmholtz. Eles resultam em uma estrutura altamente torcida dentro do jato, com três componentes distintamente polarizados: dois girando lentamente em direções opostas e um girando rapidamente na direção oposta. Isto representa a primeira confirmação direta de um campo magnético helicoidal por um jato de buraco negro.
“Estamos resolvendo espacialmente os componentes individuais do choque e observando suas interações com a instabilidade Kelvin-Helmholtz”, disse o membro da equipe Ilje Cho, da Korea Astronomy and Space Science. “Esta é a primeira vez que observamos diretamente estas interações entre choques e instabilidades num jato de buraco negro.”
“Estas variações observadas no jacto são normalmente explicadas em termos do efeito de precessão do jacto. No entanto, os modelos anteriores esperavam que os componentes do jacto se movessem balisticamente com o jacto,” disse Rocco Ligo, membro da equipa EHT do Instituto Nacional Italiano de Astrofísica (INAF). “No entanto, as nossas observações indicam movimentos não balísticos destes componentes, questionando a hipótese a priori como a única explicação para a morfologia observada da fonte.” Os movimentos rápidos medidos pela equipe sugeriram que a energia cinética das partículas excedia a energia magnética nas regiões internas do jato. Isto favorece o desenvolvimento da instabilidade Kelvin-Helmholtz, que surge devido à diferença de velocidade na superfície entre o jato, que se move a velocidades próximas da velocidade da luz, e o material circundante, muito mais lento. Estas instabilidades podem causar distorções em forma de hélice, que se manifestam como estruturas “torcidas” semelhantes às detectadas pelo EHT no jato OJ287.
A estrutura torcida do jato observada em OJ287, a alta polarização dos três componentes e a evolução de seus ângulos de polarização indicam uma interação complexa entre a instabilidade Kelvin-Helmholtz e choques no jato penetrado pelo campo magnético helicoidal.
“Essas rotações em direções opostas são a prova definitiva”, disse o líder da equipe de pesquisa, José L. Gomez, no comunicado. “Quando os componentes da onda de choque interagem com a instabilidade Kelvin-Helmholtz, eles iluminam diferentes fases da estrutura helicoidal do campo magnético, criando as oscilações de polarização que observamos.”
O modelo da equipe propõe que as instabilidades de Kelvin-Helmholtz criam estruturas filamentares que interagem na propagação de vibrações no jato.
“Essas interações comprimem o campo magnético e aumentam a emissão em regiões específicas do jato, explicando as características observadas tanto na intensidade total quanto na luz polarizada, bem como rápidas variações nos ângulos de polarização e movimentos aparentes não balísticos observados apesar do jato retilíneo global”, disse Lyco. “Pela primeira vez, dados EHT de alta resolução permitem a visualização direta destas estruturas, fornecendo evidências definitivas da interação entre instabilidades de jatos, choques e campos magnéticos helicoidais.”
OJ287 era um candidato ideal para fazer estas observações, uma vez que os buracos negros supermassivos dançantes do par são bem conhecidos pelas suas explosões periódicas, o que os torna num laboratório único para estudar a física dos buracos negros.
A pesquisa da equipe foi publicada em 8 de janeiro na revista Astronomia e Astrofísica.
