Os astrônomos usaram o Event Horizon Telescope (EHT) para observar uma violenta dança cósmica entre um par de supostos buracos negros supermassivos no centro de uma galáxia distante. A evidência deste encontro entre monstros cósmicos reside nas propriedades tortuosas dos jatos que irrompem em torno do buraco negro.
esse buraco negro supermassivo O binário espreita no centro do quasar OJ287, que fica no centro de uma galáxia a cerca de 1,6 mil milhões de anos-luz da Terra. Usando uma resolução capaz de localizar uma bola de tênis na superfície lunar, a equipe descobriu duas ondas de choque viajando pela corrente de jato do OJ287. Curiosamente, vemos que as ondas de choque viajam a velocidades diferentes. À medida que passam por fortes campos magnéticos, estas ondas de choque parecem produzir um fenómeno nunca antes visto.
Desde então, o EHT continuou a agitar o campo da ciência dos buracos negros.
“Este resultado demonstra que o EHT pode ser usado não apenas para gerar imagens espetaculares, mas também para compreender a física que governa os jatos dos buracos negros”, disse Mariafelicia De Laurentis, membro da equipe do EHT, em comunicado. “Distinguir observacionalmente entre resultados devidos à geometria e resultados de processos físicos reais é um passo crítico na comparação de modelos teóricos com observações.”
Instantâneo do jato do buraco negro
A equipe capturou dois instantâneos do sistema OJ287 em 5 de abril de 2017 e 10 de abril do mesmo ano. Estes revelam mudanças significativas na estrutura e polarização do OJ287 em apenas cinco dias terrestres. Este é o intervalo mais curto durante o qual tais mudanças foram observadas em jatos de buracos negros.
Acredita-se que essas mudanças sejam o resultado da interação do choque com uma instabilidade de velocidade conhecida como instabilidade de Kelvin-Helmholtz. Eles formam estruturas altamente retorcidas dentro do jato, com três componentes de polarização diferentes: dois mais lentos e girando em direções opostas entre si, e um mais rápido e girando no sentido anti-horário. Isto representa a primeira confirmação direta de um campo magnético espiral usando um jato de buraco negro.
“Estamos resolvendo espacialmente os componentes individuais do choque e observando a sua interação com a instabilidade Kelvin-Helmholtz”, disse o membro da equipe Ilje Cho, do Instituto Coreano de Astronomia e Ciência Espacial. “Esta é a primeira vez que observamos diretamente a interação entre choque e instabilidade num jato de buraco negro.”
Rocco Lico, membro da equipa EHT do Instituto Nacional Italiano de Astrofísica (INAF), disse: “Estas mudanças observadas no jacto são geralmente explicadas por efeitos de precessão no próprio jacto. No entanto, os modelos de precessão prevêem o movimento balístico dos componentes do jacto ao longo do jacto.” “No entanto, as nossas observações indicam movimentos não balísticos destes componentes, pondo em causa a hipótese da precessão como a única explicação para a morfologia da fonte observada.” O movimento rápido medido pela equipe sugere que a energia cinética das partículas excede a energia magnética das regiões internas do jato. Isto favorece o desenvolvimento da instabilidade Kelvin-Helmholtz, que surge da diferença de velocidade superficial entre um jato que se move quase à velocidade da luz e o material circundante, muito mais lento. Essas instabilidades podem causar torções helicoidais, manifestando-se como estruturas “torcidas” como as encontradas pelo EHT no jato OJ287.
A estrutura torcida do jato observada em OJ287, o alto grau de 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 por um campo magnético helicoidal.
“Essas rotações em direções opostas são inquestionáveis”, disse o líder da equipe José L. Gomez, do Instituto de Astronomia da Andaluzia, em um comunicado. “Quando os componentes da onda de choque interagem com a instabilidade Kelvin-Helmholtz, eles iluminam diferentes fases da hélice do campo magnético, produzindo as oscilações de polarização que observamos.”
O modelo da equipe propõe que a instabilidade Kelvin-Helmholtz cria estruturas filamentosas que interagem com os choques que se propagam no jato.
“Essas interações comprimem o campo magnético e amplificam a emissão em regiões específicas do jato, explicando as características observadas na intensidade total e na luz polarizada, bem como as rápidas mudanças no ângulo de polarização e o aparente movimento não balístico observado apesar da presença de um jato direto global”, disse Rico. “Pela primeira vez, os dados de alta resolução do EHT permitem-nos visualizar diretamente estas estruturas, fornecendo evidências concretas da interação entre instabilidades de jatos, choques e campos magnéticos helicoidais.”
OJ287 é um candidato ideal para estas observações porque o buraco negro supermassivo dançante do par é conhecido pelas suas explosões periódicas, o que o torna um laboratório único para o estudo da física dos buracos negros.
Os resultados da pesquisa da equipe foram publicados na revista em 8 de janeiro. Astronomia e Astrofísica.
