Astrônomos descobrem padrão universal em jatos de buracos negros

Jatos relativísticos são fluxos de partículas e plasma lançados a velocidades próximas à da luz pelos arredores de alguns buracos negros. Eles podem se estender por milhares ou até milhões de anos-luz. Acredita-se que sejam produzidos pela interação entre o disco de acreção, os campos magnéticos e a rotação do buraco negro.

Entender como esses jatos são formados é uma das grandes questões da Astrofísica de altas energias. Buracos negros podem transformar parte da energia gravitacional liberada pela matéria em queda em fluxos relativísticos colimados, mas ainda não está claro quais condições determinam exatamente quando esse mecanismo é ativado.

Um novo trabalho publicado na Nature Astronomy encontrou uma relação entre a formação de jatos em buracos negros estelares e supermassivos. Os pesquisadores identificaram que os dois tipos parecem começar a lançar jatos no mesmo estágio crítico de seu ciclo de alimentação, apesar de suas massas diferirem por várias ordens de grandeza.

Jatos relativísticos

Jatos relativísticos são fluxos de partículas e plasma lançados a velocidades próximas à da luz a partir das regiões centrais de alguns sistemas que abrigam buracos negros. Eles podem se estender por milhares ou até milhões de anos-luz, atravessando o meio interestelar e intergaláctico.

Esses jatos podem ser observados em diferentes escalas, desde sistemas com buracos negros de massa estelar até galáxias que abrigam buracos negros supermassivos. A emissão de radiação ao longo do jato pode ocorrer em várias faixas do espectro eletromagnético, incluindo ondas de rádio, raios X e raios gama.

Como eles se formam?

Os jatos relativísticos estão associados à matéria que orbita e cai em direção ao buraco negro por meio de um disco de acreção. Nesse ambiente, o plasma ionizado é atravessado por campos magnéticos, que podem ser amplificados e organizados pela rotação do disco e do próprio buraco negro.

Parte da energia gravitacional liberada pela acreção pode ser convertida em energia eletromagnética e cinética, alimentando fluxos de partículas. A rotação do buraco negro também pode contribuir diretamente para a extração de energia em um processo descrito pelo mecanismo de Blandford–Znajek.

A relação entre diferentes buracos negros

Embora tenham massas muito diferentes, os buracos negros parecem obedecer às mesmas leis físicas fundamentais. Os buracos negros estelares surgem do colapso gravitacional de estrelas massivas, enquanto os supermassivos, com milhões ou bilhões de massas solares, crescem ao longo de milhões ou bilhões de anos.

Para contornar essa dificuldade, o novo estudo analisou eventos de disrupção de maré (TDEs). Ao analisar 20 eventos em diferentes comprimentos de onda, os pesquisadores encontraram que os jatos podem surgir quando a taxa de alimentação cai para cerca de 2% do limite de Eddington.

O que falta entender?

Apesar da relação encontrada, ainda existem questões sobre o mecanismo que determina quando um buraco negro passa a produzir um jato. O estudo ajuda a explicar por que alguns TDEs apresentam emissão de rádio rapidamente, enquanto outros parecem permanecer inativos e só desenvolvem um jato dias depois.

A descoberta também pode mudar a forma como esses fenômenos são observados, permitindo prever períodos em que um buraco negro tem maior probabilidade de lançar um jato. Isso é especialmente importante para radiotelescópios, que possuem tempo de observação limitado.