Um buraco negro supermassivo, ao lançar jatos astrofísicos para o espaço, talhou a maior estrutura de origem galáctica já observada.
Porphyrion e a maior estrutura de origem galáctica
A estrutura recebeu o nome de Porphyrion, em referência ao rei dos gigantes da mitologia grega, e estende-se por cerca de 7 megaparsecs no espaço-tempo. Isso equivale a aproximadamente 23 milhões de anos-luz de ponta a ponta - uma dimensão enorme, grande o suficiente para a colocar como um componente relevante da teia cósmica que liga o Universo.
"Porphyrion mostra que coisas pequenas e coisas grandes no Universo estão intimamente ligadas. Estamos a ver um único buraco negro a produzir uma estrutura numa escala semelhante à de filamentos e vazios cósmicos", disse ao ScienceAlert o astrónomo Martijn Oei, da Universidade de Leiden, nos Países Baixos, e do Caltech.
"Se reduzirmos os jatos ao tamanho da Terra e o buraco negro na mesma proporção, o buraco negro teria 0,2 milímetros: o tamanho de uma ameba ou de um ácaro na sua pele. Portanto, esses jatos gigantes são inacreditáveis: é como se uma única ameba conseguisse gerar uma fonte poderosa de energia do tamanho de toda a Terra!"
A descoberta é impressionante e abre uma série de questões - sobretudo porque não se trata de um caso isolado. Ela surge na sequência de Alcyoneus, uma galáxia cujos jatos se estendem por 16 milhões de anos-luz. Isso indica que os ingredientes necessários para produzir jatos de buracos negros considerados "impossíveis" - tão grandes que se supunha que não conseguiriam existir - podem, afinal, ser relativamente comuns no Universo.
Como nascem jatos astrofísicos de buracos negros
Os mecanismos por trás da formação de jatos astrofísicos produzidos por buracos negros ainda não são bem compreendidos.
O que se sabe é que, quando um buraco negro está a alimentar-se, parte do material na borda interna do disco de acreção - o disco que roda em torno dele e vai sendo engolido - é desviada e acelerada ao longo das linhas de campo magnético em direção aos polos. A partir daí, esse material é expelido para o espaço sob a forma de jatos intensos de plasma e campo magnético, viajando a uma fração significativa da velocidade da luz.
Esses jatos aparecem por todo o Universo. Buracos negros supermassivos atravessam fases de alimentação e crescimento em surtos, e os jatos são um resultado natural desse processo. No entanto, os casos de Alcyoneus e Porphyrion trazem dificuldades específicas.
Por que jatos tão gigantes desafiam a física
O primeiro desafio é que, para criar jatos dessa escala, o buraco negro teria de se alimentar de modo contínuo - o que pressupõe um reservatório gigantesco de matéria - ao longo de cerca de 1 mil milhão de anos. Isso não é o padrão observado, embora claramente não seja impossível, já que estamos a observar o resultado.
O segundo desafio está no tamanho em si. Para ver Porphyrion, estamos a olhar 7,5 mil milhões de anos para trás no tempo, numa época em que o espaço intergaláctico era mais denso do que hoje. E, quanto mais um jato cresce, maior tende a ser a sua instabilidade. Quando uma instabilidade surge, a expectativa é que o jato se desfaça.
"Tanto o trabalho de caneta e papel quanto simulações numéricas da física dos jatos sugerem que jatos são estruturas instáveis: uma vez perturbados, os distúrbios tendem a crescer e não a diminuir", afirmou Oei.
"No fim, os jatos são destruídos. Assim, instabilidades (magneto)hidrodinâmicas, juntamente com o tempo limitado de alimentação dos jatos (que, ainda assim, pode estender-se por milhares de milhões de anos!), provavelmente impõem um 'limite superior' aproximado ao crescimento dos jatos - embora não tenhamos certeza de onde esse limite está."
Como, então, os jatos de Alcyoneus e Porphyrion conseguiram manter-se estáveis ao longo de distâncias tão vastas no espaço-tempo continua a ser um enigma.
O que Porphyrion pode revelar sobre a teia cósmica
Apesar do mistério, essas estruturas podem estar a oferecer pistas sobre a própria arquitetura do Universo. Ao longo de todas as épocas do espaço-tempo, existe uma estrutura conhecida como teia cósmica: um sistema colossal de filamentos composto por matéria escura, cuja gravidade reúne e guia galáxias; os nós formados por aglomerados de galáxias onde os filamentos se cruzam; e os enormes vazios entre esses filamentos.
De acordo com os cálculos da equipa, o comprimento dos jatos de Porphyrion corresponde a cerca de 66% do raio do vazio em que Porphyrion se encontrava naquele momento.
Isso sugere que esses mega-jatos podem ter influência na forma como a teia cósmica é moldada. Os investigadores propõem que eles possam estar por trás das temperaturas estranhamente elevadas medidas em vazios cósmicos e também das estruturas de campos magnéticos detectadas nessas regiões - características que os jatos poderiam ter deixado ali.
O ponto torna-se ainda mais relevante porque o buraco negro em questão é de um tipo frequentemente observado no Universo primordial: um buraco negro ativo em modo radiativo, ou seja, que emite muita radiação. Isso pode significar que, no início do Universo, existiam muito mais jatos gigantes do que se imagina, com um papel importante na "escultura" da teia cósmica.
Mais tarde no tempo cósmico, acredita a equipa, o Universo ainda pode estar repleto de galáxias com esse tipo de assinatura.
"Acho que galáxias com jatos gigantes são mais comuns do que imaginamos", disse Oei.
"Isso porque sistemas de jatos gigantes ficam mais difíceis de observar conforme ficam maiores. Eles também são mais difíceis de observar no Universo mais distante. Assim, o número de jatos gigantes detectados neste momento é limitado pelas nossas capacidades instrumentais. Quando os instrumentos melhorarem nos próximos anos, espero que muitas mais galáxias com jatos gigantes sejam encontradas."
E, com elas, talvez cheguem algumas respostas para essas perguntas belas e desconcertantes.
O estudo da equipa foi publicado na Nature.
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