De uma maneira parecida com a formação de uma aliança para derrotar a Estrela da Morte de Darth Vader, há mais de uma década os astrônomos formaram o consórcio do Telescópio Terra Blazar da Terra para entender a Arma do Raio da Morte da Natureza (também conhecida como E ao contrário do nome que soa à porta da morte, o GASP provou ser crucial para desvendar os segredos de como o “LHC” da natureza funciona.
"Como os maiores aceleradores do universo, os jatos blazar são importantes para entender", disse Masaaki Hayashida, pesquisador do Instituto Kavli de Astrofísica e Cosmologia de Partículas (KIPAC), autor correspondente do artigo recente que apresenta os novos resultados com o astrofísico KIPAC Greg Madejski. “Mas como eles são produzidos e como são estruturados não é bem compreendido. Ainda estamos procurando entender o básico. "
Blazars dominam o céu de raios gama, pontos discretos no escuro cenário do universo. À medida que a matéria próxima cai no buraco negro supermassivo no centro de um blazar, “alimentando” o buraco negro, ela retira parte dessa energia de volta ao universo como um jato de partículas.
Os pesquisadores haviam teorizado anteriormente que esses jatos são mantidos juntos por fortes gavinhas de campo magnético, enquanto a luz do jato é criada por partículas em espiral em torno dessas "linhas" finas e finas de campo magnético.
No entanto, até agora, os detalhes foram relativamente pouco compreendidos. O estudo recente perturba a compreensão predominante da estrutura do jato, revelando novas percepções sobre essas bestas misteriosas e poderosas.
"Este trabalho é um passo significativo para a compreensão da física desses jatos", disse o diretor do KIPAC, Roger Blandford. "É esse tipo de observação que permitirá descobrir a anatomia deles".
Durante um ano inteiro de observações, os pesquisadores se concentraram em um jato blazar em particular, 3C279, localizado na constelação de Virgo, monitorando-o em várias bandas de onda diferentes: raios gama, raios X, óptico, infravermelho e rádio. Blazars piscam continuamente e os pesquisadores esperam mudanças contínuas em todas as bandas de ondas. No meio do ano, no entanto, os pesquisadores observaram uma mudança espetacular nas emissões ópticas e de raios gama do jato: um surto de 20 dias nos raios gama foi acompanhado por uma mudança dramática na luz óptica do jato.
Embora a maior parte da luz óptica seja não polarizada - consistindo de luz com uma mistura igual de todas as polarizações - a extrema flexão de partículas energéticas em torno de uma linha de campo magnético pode polarizar a luz. Durante os 20 dias de emissão de raios gama, a luz óptica do jato mudou sua polarização. Essa conexão temporal entre mudanças na luz de raios gama e mudanças na polarização óptica sugere que a luz em ambas as bandas de ondas é criada na mesma parte do jato; durante esses 20 dias, algo no ambiente local mudou para causar a variação da luz óptica e de raios gama.
“Temos uma boa idéia de onde é criada a luz óptica do jato; agora que sabemos que os raios gama e a luz óptica são criados no mesmo local, podemos pela primeira vez determinar de onde vêm os raios gama ”, afirmou Hayashida.
Esse conhecimento tem implicações de longo alcance sobre como um buraco negro supermassivo produz jatos polares. A grande maioria da energia liberada em um jato escapa sob a forma de raios gama, e os pesquisadores pensavam anteriormente que toda essa energia deveria ser liberada perto do buraco negro, perto de onde a matéria que flui para o buraco negro libera sua energia no buraco negro. primeiro lugar. No entanto, os novos resultados sugerem que - como a luz óptica - os raios gama são emitidos relativamente longe do buraco negro. Hayashida e Madejski disseram que, por sua vez, sugere que as linhas do campo magnético devem de alguma forma ajudar a energia a viajar para longe do buraco negro antes de ser liberada na forma de raios gama.
"O que descobrimos foi muito diferente do que esperávamos", disse Madejski. “Os dados sugerem que os raios gama são produzidos não um ou dois dias-luz do buraco negro [como era esperado], mas mais perto de um ano-luz. Isso é surpreendente. "
Além de revelar onde a luz do jato é produzida, a mudança gradual da polarização da luz ótica também revela algo inesperado sobre a forma geral do jato: o jato parece se curvar à medida que se afasta do buraco negro.
"Em um ponto durante um surto de raios gama, a polarização girou cerca de 180 graus à medida que a intensidade da luz mudou", disse Hayashida. "Isso sugere que todo o jato se curva."
Esse novo entendimento do funcionamento interno e da construção de um jato blazar requer um novo modelo de trabalho da estrutura do jato, em que o jato se curva dramaticamente e a luz mais energética se origina longe do buraco negro. Madejski disse que é aqui que entram os teóricos. “Nosso estudo apresenta um desafio muito importante para os teóricos: como você construiria um jato que poderia estar carregando energia tão longe do buraco negro? E como poderíamos detectar isso? Levar em consideração as linhas do campo magnético não é simples. Cálculos relacionados são difíceis de fazer analiticamente e devem ser resolvidos com esquemas numéricos extremamente complexos. ”
O teórico Jonathan McKinney, bolsista da Universidade de Stanford Einstein e especialista na formação de jatos magnetizados, concorda que os resultados colocam tantas perguntas quanto respondem. "Há uma longa controvérsia sobre esses jatos - sobre exatamente de onde vem a emissão de raios gama. Este trabalho restringe os tipos de modelos de jatos possíveis ”, disse McKinney, que não está associado ao estudo recente. "Do ponto de vista de um teórico, estou empolgado porque significa que precisamos repensar nossos modelos".
Enquanto os teóricos consideram como as novas observações se encaixam nos modelos de como os jatos funcionam, Hayashida, Madejski e outros membros da equipe de pesquisa continuarão coletando mais dados. "Existe uma clara necessidade de realizar essas observações em todos os tipos de luz para entender melhor isso", disse Madejski. “É preciso uma quantidade enorme de coordenação para realizar esse tipo de estudo, que incluiu mais de 250 cientistas e dados de cerca de 20 telescópios. Mas vale a pena."
Com esses e futuros estudos com vários comprimentos de onda, os teóricos terão novas idéias para criar modelos de como os maiores aceleradores do universo funcionam. Darth Vader foi negado todo o acesso a estes resultados da pesquisa.
Fontes: Comunicado à Imprensa do DOE / SLAC National Accelerator Laboratory, um artigo publicado na revista Nature de 18 de fevereiro de 2010.
