A maioria das galáxias é formada em torno de enormes buracos negros. Embora muitos deles sejam comparativamente dóceis, como aquele no centro da nossa Via Láctea, alguns são ferozes e devoram o material ao seu redor, liberando no espaço jatos enormes e incrivelmente brilhantes de partículas de alta energia.

Usando dados do observatório orbital Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE), recém-lançado, pesquisadores ofereceram na última quarta-feira (23) uma explicação sobre como esses jatos se tornam tão luminosos: partículas subatômicas chamadas elétrons são energizadas por ondas de choque que se movem em velocidade supersônica se afastando do buraco negro.

Os pesquisadores estudaram um objeto exótico chamado blazar no centro de uma grande galáxia elíptica, a Markarian 501, localizada a cerca de 460 milhões de anos-luz da Terra na direção da constelação de Hércules. Um ano-luz é a distância que a luz percorre em um ano, 9,5 trilhões de quilômetros.

Os blazares são um subconjunto dos objetos chamados quasares que são movimentados por buracos negros supermassivos que se alimentam de gás e outros materiais no centro das galáxias e enviam dois jatos de partículas em direções opostas para o espaço. Os blazares são orientados de forma que um de seus dois jatos, do nosso ponto de vista na Terra, vem diretamente para nós.

"Os blazares são os objetos mais persistentemente brilhantes no universo observável. Eles são os mais energéticos, têm os maiores e mais assustadores buracos negros. Tudo o que acontece ao seu redor é muito fascinante", disse o astrônomo Yannis Liodakis, do Centro Finlandês de Astronomia do ESO, principal autor da pesquisa publicada na revista Nature.

Os cientistas há muito procuram entender como os jatos lançados por blazares se tornam tão luminosos e o comportamento das partículas neles. Os jatos desse blazar se estendem a uma distância de aproximadamente um milhão de anos-luz.

O IXPE, lançado em dezembro passado em uma colaboração entre a agência espacial americana, Nasa, e a Agência Espacial Italiana, mede o brilho e a polarização –uma propriedade da luz que envolve a orientação das ondas eletromagnéticas– da luz em raios X de fontes cósmicas. Diferentes fenômenos, como ondas de choque ou turbulência, apresentam "assinaturas" de polarização.

Os pesquisadores encontraram evidências de que as partículas do jato ficam energizadas quando atingidas por uma onda de choque que se propaga para fora dentro do fluxo e emitem raios X conforme se aceleram. Uma onda de choque é produzida quando algo se move mais rapidamente que a velocidade do som, através de um meio como o ar –como um jato supersônico ao voar pela atmosfera da Terra– ou uma região com partículas e campos magnéticos chamada plasma, como neste caso.

"A luz que vemos dos jatos vem de elétrons", disse o astrofísico da Universidade de Boston Alan Marscher, coautor do estudo. "Raios X do tipo que observamos em Markarian 501 só podem vir de elétrons de energia extremamente alta."

A força motriz por trás desse drama é um buraco negro, um objeto extraordinariamente denso com uma gravidade tão poderosa que nem mesmo a luz consegue escapar. O buraco negro supermassivo no centro de Markarian 501 tem uma massa em torno de um bilhão de vezes a massa do nosso Sol –cerca de 200 vezes mais que a massa de Sagitário A*, o buraco negro supermassivo da Via Láctea.

"Os buracos negros são laboratórios únicos para estudarmos a física fundamental em condições extremas que não podemos reproduzir na Terra", disse Liodakis.

"No entanto, antes de podermos usá-los como tal, precisamos entender todos os processos físicos que ocorrem. Há muitos anos observamos a luz de alta energia dessas fontes e tínhamos algumas teorias de como as partículas que emitem essa luz seriam energizadas. As capacidades de polarização de raios X do IXPE nos permitiram pela primeira vez testar diretamente nossas teorias", disse Liodakis.