Buraco negro em Cygnus dispara jatos equivalentes a dez mil sóis

Astrônomos mediram pela primeira vez a potência instantânea dos jatos expelidos pelo sistema binário Cygnus X-1, localizado a cerca de 7.200 anos-luz da Terra. Os dados revelam uma produção equivalente a quase 10.000 sóis, com velocidades próximas à metade da velocidade da luz aproximadamente 540 milhões de quilômetros por hora. A pesquisa, liderada por Steve Prabu, da Universidade de Oxford, utilizou 18 anos de observações de rádio de alta resolução obtidas por uma rede internacional de telescópios.

Medição direta marca avanço científico

A equipe conseguiu calcular a potência do jato a partir do grau de curvatura observado nas estruturas. As imagens de rádio combinadas com modelagem computacional permitiram capturar a atividade dos jatos em tempo real, em vez de se basearem em médias históricas. Antes deste trabalho, a potência do jato só podia ser inferida por meio de métodos indiretos em escalas de tempo muito longas.

Os cientistas concentraram-se na forma como os jatos interagiam com o intenso vento estelar produzido pela estrela supergigante azul que orbita o buraco negro. Os fluxos não se deslocavam em linha reta; pareciam curvados e deslocados pela pressão gerada pelo vento da estrela companheira. Prabu se referiu a elas como “jatos dançantes” devido ao seu movimento oscilatório causado pelo ambiente estelar.

Cygnus X-1: um sistema histórico

Cygnus X-1 ocupa um lugar especial na astronomia por ter sido o primeiro candidato a buraco negro amplamente aceito pelos cientistas. Descoberto na década de 1960, o sistema permanece um dos mais estudados da Via Láctea. O buraco negro é relativamente modesto em comparação com os buracos negros supermassivos encontrados nos centros galácticos, mas permanece altamente ativo porque continuamente atrai gás de sua estrela companheira.

Esse material alimenta o processo de acreção ao redor do buraco negro e contribui para a formação dos jatos. O buraco negro fornece à sua companheira a oportunidade de alimentá-lo, criando uma troca contínua entre os dois objetos enquanto orbitam um ao outro. Os pesquisadores também descobriram que cerca de 10% da energia liberada quando a matéria cai em direção ao buraco negro é dissipada pelos jatos.

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Implicações para a física cósmica

As observações publicadas na revista Nature Astronomy podem ajudar os cientistas a compreender melhor o papel mais amplo que os jatos de buracos negros desempenham no universo. Esses fluxos podem gerar ondas de choque e turbulência que influenciam o gás circundante e as estruturas cósmicas a grandes distâncias. Os jatos também fornecem um importante canal de retroalimentação cinética entre buracos negros em acreção e seus arredores.

Segundo os autores da pesquisa, sem essa injeção de energia no ambiente circundante, os modelos de formação de estruturas em larga escala no universo não conseguem reproduzir as propriedades observadas das galáxias. Medir a potência do jato diretamente, em vez de calcular a média ao longo de milênios, representa um grande avanço técnico para astrônomos que trabalham com objetos compactos.

Próximos passos na pesquisa

A equipe de pesquisa observou que estudar esses jatos com mais detalhes pode aprimorar a compreensão de como os buracos negros interagem com seus ambientes. Prabu afirmou que espera aplicar técnicas semelhantes a outros sistemas de buracos negros em estudos futuros:

• Análise de jatos em múltiplos sistemas binários
• Refinamento de modelos computacionais de interação estelar
• Investigação de curvatura em diferentes fases orbitais
• Medição de variações de potência ao longo do tempo
• Aplicação de técnicas de radioastronomia de alta resolução

O trabalho começou enquanto Prabu estava afiliado à Universidade Curtin, na Austrália, e envolveu colaboração internacional. A possibilidade de medir a potência dos jatos em muitos mais sistemas permanece como objetivo central da próxima geração de pesquisas em radioastronomia. As observações detalhadas de 2016 revelaram os jatos em evolução de Cygnus X-1 ao longo de um período orbital completo, oferecendo um registro visual do fenômeno que intriga astrônomos há décadas.