No centro da galáxia M87, localizada a cerca de 55 milhões de anos-luz na constelação de Virgem, esconde-se M87*, um buraco negro supermassivo cuja massa equivale a seis bilhões e meio de vezes a do nosso Sol. Este colosso gira sobre si mesmo a uma velocidade vertiginosa, e essa rotação gera fenômenos cósmicos de uma violência inaudita. Durante quase um século, os astrônomos observaram sem compreender esses jatos de matéria que escapam do coração da galáxia, estendendo-se por milhares de anos-luz no espaço intergaláctico.
Formação de uma cadeia de plasmoides no plano equatorial de um buraco negro, onde a reconexão magnética acelera partículas a energias extremas. As linhas cinzas representam o campo magnético.
Crédito: Meringolo, Camilloni, Rezzolla (2025)
A equipe da Universidade Goethe de Frankfurt, liderada pelo professor Luciano Rezzolla, desenvolveu uma ferramenta de simulação batizada de FPIC. Este código computacional permite modelar com uma precisão inédita o comportamento das partículas carregadas e dos campos eletromagnéticos no ambiente extremo de um buraco negro em rotação. Os cálculos, que exigiram vários milhões de horas de processamento nos supercomputadores alemães, revelaram que a famosa mecânica de Blandford-Znajek não era a única responsável pela extração de energia.
As simulações evidenciaram um processo físico pouco conhecido: a reconexão magnética. Este fenômeno ocorre quando as linhas de campo magnético se rompem e se reconectam brutalmente, liberando enormes quantidades de energia. No plano equatorial do buraco negro, essa atividade gera cadeias de plasmoides - estruturas de plasma ultra energéticas - que se deslocam a velocidades próximas à da luz. Essas rajadas de plasma contribuem diretamente para alimentar os jatos cósmicos.
O estudo publicado na
The Astrophysical Journal Letters demonstra que essa reconexão magnética produz partículas de energia negativa, um conceito contra-intuitivo mas perfeitamente descrito pelas equações da relatividade geral. Essas partículas exóticas desempenham um papel fundamental na transferência de energia desde o buraco negro para seu ambiente. Esta descoberta abre novas perspectivas para compreender como os núcleos galácticos ativos atingem luminosidades tão extraordinárias e como as partículas são aceleradas a velocidades relativísticas.
Os jatos relativísticos: autoestradas cósmicas de matéria e energia
Os jatos astrofísicos são fluxos colimados de matéria e radiação que escapam das regiões centrais de certos objetos celestes a velocidades que se aproximam da luz. Observados pela primeira vez em 1918 na galáxia M87, essas estruturas frequentemente se estendem por dezenas de milhares de anos-luz, atravessando o espaço intergaláctico.
A formação desses jatos requer condições extremas que se encontram principalmente ao redor de buracos negros supermassivos e estrelas de nêutrons em rápida rotação. Sua energia provém da rotação do objeto central, transferida ao ambiente através de campos magnéticos intensos. As partículas aceleradas nesses jatos emitem radiação síncrotron, visível em todos os comprimentos de onda do espectro eletromagnético.
Esses jatos desempenham um papel crucial na evolução das galáxias ao regular a formação estelar e aquecer o gás intergaláctico. Quando um jato colide com o meio circundante, cria ondas de choque que podem tanto comprimir o gás para formar novas estrelas quanto, ao contrário, dispersá-lo e impedir a formação estelar. Essa regulação determina em parte o tamanho e a morfologia das galáxias.
As observações recentes mostram que os jatos podem variar consideravelmente em intensidade e direção em escalas de tempo astronomicamente curtas. Essa variabilidade é explicada pelos processos de acreção de matéria e reconexão magnética próximos ao horizonte de eventos do buraco negro. O estudo detalhado dessas variações permite aos astrônomos sondar as regiões mais próximas dos buracos negros, inacessíveis pela observação direta.
Fonte: The Astrophysical Journal Letters