Um novo estudo liderado pela Curtin University e realizado em conjunto com vários radiotelescópios ao redor do mundo mostra que a energia transportada pelos jatos dos buracos negros é extremamente surpreendente. Seu poder pode ser equivalente a 10.000 sóis. A teoria de longa data de como os buracos negros remodelam a estrutura em grande escala do universo ganhou importante apoio observacional.

O artigo foi publicado na "Nature Astronomy". A equipe de pesquisa teve como alvo o famoso sistema estelar binário de raios X "Cygnus X-1", que contém o primeiro buraco negro confirmado e uma estrela supergigante massiva. Os resultados da observação mostram que o jato produzido por este sistema pode rivalizar com a energia de cerca de 10.000 sóis em termos de produção instantânea de energia.

Para conseguir esta medição, os cientistas conectaram radiotelescópios distribuídos ao redor do mundo para construir uma matriz de observação com “abertura em escala terrestre” para capturar as mudanças sutis no jato durante o período orbital em resolução angular extremamente alta. A pesquisa aponta que quando um buraco negro orbita uma estrela companheira, o poderoso vento estelar da supergigante impacta continuamente o jato, fazendo com que a direção do jato se desvie e sua trajetória oscile, semelhante à forma como os ventos fortes perturbam a coluna de água de uma fonte.

Ao analisar simultaneamente a força do vento estelar e a deflexão do jacto, a equipa foi capaz de inferir pela primeira vez a potência do jacto numa escala de “tempo real”, em vez de apenas fazer estimativas médias de longo prazo abrangendo milhares de anos como no passado. Os resultados mostram que aproximadamente 10% da energia liberada durante a queda da matéria perto do buraco negro é expelida pelo jato em alta velocidade e injetada no ambiente circundante. Esta proporção é altamente consistente com as suposições comumente usadas em simulações numéricas em grande escala do universo há muito tempo, mas anteriormente carecia de verificação observacional direta.

O estudo também fornece um parâmetro chave da velocidade do jato: o material do jato é ejetado a cerca de metade da velocidade da luz, cerca de 150.000 quilómetros (cerca de 93.000 milhas) por segundo, um valor que tem sido difícil de determinar com precisão há décadas. Steve Prabu, o primeiro autor do artigo e agora trabalhando na Universidade de Oxford, chama vividamente esses jatos que são constantemente "empurrados" pelo vento estelar de "jatos dançantes" para descrever a cena dinâmica de suas direções em constante mudança durante o movimento orbital das estrelas binárias.

Um dos co-autores, o professor James Miller-Jones do Instituto de Radioastronomia da Universidade Curtin e da Filial Curtin do Centro Internacional de Pesquisa de Radioastronomia, apontou que os métodos técnicos anteriores forneciam principalmente a potência média do jato ao longo de uma linha de base muito longa, que era difícil de corresponder à radiação de raios X produzida imediatamente quando a matéria caiu no buraco negro. Neste estudo, como podem rastrear continuamente o grau em que o jato é curvado pelo vento estelar durante o período orbital, os cientistas foram capazes de comparar diretamente a energia do jato com a energia dos raios X na mesma escala de tempo.

O professor Miller-Jones enfatizou que a teoria geralmente acredita que os processos físicos próximos ao buraco negro são de natureza altamente semelhante, independentemente da massa do buraco negro, desde buracos negros estelares até buracos negros supermassivos. Portanto, esta medição precisa da potência do jato de "Cygnus X-1" fornece uma importante "âncora" para a compreensão dos jatos de buracos negros de diferentes escalas e pode ser usada para calibrar vários modelos de jatos de buracos negros com massas que variam de 10 a 10 milhões de vezes a do Sol.

À medida que uma nova geração de grandes instalações científicas, como o radiotelescópio Square Kilometer Array, em construção na Austrália Ocidental e na África do Sul, entra em operação, os astrônomos esperam detectar sinais de jatos de buracos negros de milhões de galáxias distantes. A equipa de investigação afirmou que com esta medição de referência do "Cygnus X-1", no futuro, ao contar e interpretar a produção global de energia destas enormes amostras, serão capazes de avaliar com mais precisão o efeito de feedback dos buracos negros no gás da galáxia hospedeira, na formação de estrelas e até na estrutura do universo em grande escala.

A pesquisa aponta que os jatos dos buracos negros são um dos principais mecanismos físicos que alteram o ambiente circundante e moldam a evolução das galáxias. Eles podem injetar energia e matéria no espaço intergaláctico, inibir ou desencadear a formação de uma nova geração de estrelas e, assim, desempenhar um papel “regulador” na história do universo. Esta medição de potência utilizando "jatos dançantes" acrescenta uma referência observacional sólida a esta imagem macroscópica e espera-se que promova uma maior compreensão da humanidade sobre o papel central dos buracos negros e dos seus jatos na evolução do Universo.