Uma equipa de investigação internacional de astrónomos anunciou recentemente que resolveu com sucesso o mistério de longa data de um distante blazar PKS 1424+240, explicando porque é que este objeto ainda pode produzir um dos mais brilhantes raios gama de alta energia e neutrinos cósmicos observados, embora o seu movimento de jato pareça ser lento. Os resultados relevantes foram publicados na Astronomy & Astrophysics Letters em 6 de junho.
PKS 1424+240 está a bilhões de anos-luz de distância da Terra, mas é bem conhecido na comunidade astronômica. É uma importante fonte de raios gama de energia extremamente alta e um dos blazares de neutrinos mais brilhantes atualmente conhecidos no céu. Corresponde a um dos picos de alta energia mais proeminentes no mapa de neutrinos de nove anos do Observatório de Neutrinos IceCube. A equipa de investigação destacou que este estudo não está apenas relacionado com um único corpo celeste, mas também aponta directamente para um problema central da astrofísica contemporânea de altas energias - como os objectos cósmicos extremos aceleram partículas para energias extremamente elevadas e simultaneamente produzem fotões e neutrinos de energia extremamente elevada.
Um blazar é um tipo de núcleo galáctico ativo cujo centro é impulsionado por um buraco negro supermassivo. Enquanto o buraco negro engole o material circundante, ele ejeta jatos de plasma quase à velocidade da luz ao longo do seu eixo de rotação em direção aos pólos. Em comparação com outros núcleos galácticos activos, a particularidade dos blazares é que um dos jactos está quase virado para a Terra, fazendo com que pareça excepcionalmente brilhante em toda a banda electromagnética. Também fornece aos cientistas um “laboratório” natural para estudar os processos físicos mais extremos do universo. Alguns cientistas descrevem o PKS 1424+240 como sendo como o "Olho de Sauron" no espaço profundo, devido à estrutura geométrica de sua imagem e aos jatos direcionados para a Terra.
De acordo com as expectativas teóricas, os blazares de raios gama mais brilhantes são frequentemente acompanhados por estruturas de jatos que parecem mover-se muito rapidamente em observações de rádio. No entanto, observações de rádio do PKS 1424+240 mostraram que os seus jactos pareciam ser invulgarmente lentos, uma contradição que se tornou parte de um longo debate conhecido como a "crise do factor Doppler". Para descobrir a verdade, a equipe de pesquisa recuperou e analisou 15 anos de dados observacionais do Very Long Baseline Array (VLBA), que consiste em um total de 10 antenas de rádio no território continental dos Estados Unidos, Havaí e St.
Os cientistas usam a tecnologia de interferometria de linha de base muito longa (VLBI) para processar conjuntamente sinais de radiotelescópios distribuídos por uma ampla área, o que equivale a usar um telescópio virtual do "calibre da Terra" para obter resolução angular extremamente alta. A equipe combinou um total de 42 imagens de rádio com informações de polarização adquiridas entre 2009 e 2025 para construir uma visão mais profunda e detalhada do jato do que nunca. Estas observações fazem parte do projeto de longo prazo MOJAVE (Monitoring Active Galactic Nucleus Jets with VLBA), que visa estudar sistematicamente o brilho, a polarização e a estrutura do campo magnético de jatos galácticos ativos para compreender como a atividade perto de buracos negros supermassivos está ligada à radiação de alta energia e à produção de neutrinos.
"Quando reconstruímos esta imagem, foi simplesmente deslumbrante," disse o primeiro autor Yuri Kovalev, que lidera o projeto Mu SES e está agora no Instituto Max Planck de Radioastronomia. "Nunca vimos tal cena - um jato quase de frente para nós, acompanhado por uma estrutura de campo magnético anular (em forma de anel) quase perfeita." Os resultados mostram que a Terra está quase diretamente no eixo deste jato, e o ângulo da sua linha de visão é inferior a 0,6 graus. Em outras palavras, os humanos estão quase olhando diretamente para o jato ao longo da direção.
Esta estrutura geométrica tornou-se a chave para resolver o mistério. Como o jato está apontado quase precisamente para a Terra, o efeito de brilho Doppler na relatividade aumentará muito o seu brilho aparente em nossa direção. O estudo descobriu que esse efeito pode amplificar a radiação em cerca de 30 vezes e, ao mesmo tempo, fazer com que o jato pareça se mover mais lentamente do que realmente acontece nas imagens de rádio devido ao efeito de projeção, criando uma clássica “ilusão de ótica”. O coautor Jack Livingston, também do Instituto Max Planck de Radioastronomia, destacou que este alinhamento não só explica o aumento extremo do brilho, mas também resolve naturalmente o problema de longa data de “o jato é muito lento”.
A perspectiva quase “frontal” também oferece aos cientistas uma rara oportunidade de vislumbrar os detalhes do campo magnético do jato. Com a ajuda de sinais de rádio polarizados, a equipe detectou um componente claro do campo magnético em forma de anel (em formato de donut) no jato, o que indicou que há uma corrente contínua no jato, e seu campo magnético desempenha um papel importante na emissão, colimação e estabilidade do jato. Os investigadores especulam que esta delicada estrutura magnética também pode ser um dos principais mecanismos que acelera partículas suficientemente altas para produzir raios gama e neutrinos de alta energia.
"Desvendar este problema confirma ainda que os núcleos galácticos activos contendo buracos negros supermassivos não são apenas aceleradores poderosos de electrões de alta energia, mas também fábricas naturais para a aceleração de protões. Esta é a fonte dos neutrinos de alta energia que observamos." Kovalev enfatizou. Esta investigação faz parte do projeto MuSES (Multi-Messenger High Energy Study), financiado pelo Conselho Europeu de Investigação, que se concentra em explorar como os núcleos galácticos ativos aceleram partículas e deixam a sua marca numa variedade de sinais cósmicos, como luz e neutrinos. A comunidade científica geralmente acredita que descobrir a relação precisa entre o processo de aceleração de prótons e a produção de neutrinos continua sendo um dos problemas não resolvidos mais significativos da astrofísica atualmente.
Os resultados mais recentes não só explicam porque é que alguns blazares ainda conseguem emitir radiação extremamente brilhante e de alta energia, apesar de os jactos parecerem “lentos”, mas também reforçam a ligação entre vários elementos físicos chave a um nível mais macro: jactos relativísticos, estruturas de campo magnético, raios gama e neutrinos de alta energia. A equipe de pesquisa afirmou que esta descoberta revela novas pistas para a compreensão do acelerador de partículas natural mais poderoso do universo, e fornece esclarecimentos importantes para a astronomia multi-mensageira - ao analisar conjuntamente vários "mensageiros", como fótons e neutrinos, espera-se que os humanos restaurem de forma mais abrangente a verdadeira aparência de eventos extremos no universo.