A maioria das galáxias é formada em torno de buracos negros enormes. Enquanto muitos destes buracos negros são dóceis, como o que está no centro da Via Láctea, alguns são violentos – atraem o material circundante e lançam jactos brilhantes de partículas de alta energia para o espaço.

A partir de dados recolhidos pelo Explorador de Polarimetria de Imagens Raios-X (IXPE, na sigla em inglês), um observatório espacial lançado no final de 2021, uma equipa de investigadores oferece agora uma explicação para a grande luminosidade destes jactos de plasma: os electrões (partículas subatómicas) são estimulados por ondas de choque, que se movem a uma velocidade supersónica para longe do buraco negro.

Os investigadores estudaram um objecto exótico, um blazar, presente no centro de uma grande galáxia elíptica – a Markarian 501, a cerca de 460 milhões de anos-luz da Terra. Um ano-luz é a distância que a luz percorre durante um ano.

Estes blazares são um grupo dos quasares que são impulsionados por buracos negros supermaciços, por sua vez alimentados por gás e outros materiais no centro das galáxias. Os blazares lançam dois jactos de partículas para o espaço em direcções opostas e estão colocados de modo a que um destes dois jactos pareça avançar em direcção à Terra (mas apenas do nosso ponto de vista).

“Os blazares são um dos objectos mais brilhantes no Universo observável. E têm os buracos negros maiores e mais assustadores. Tudo o que acontece em torno dos blazares é fascinante”, diz Yannis Liodakis, do Centro Finlandês para a Astronomia, líder do trabalho agora publicado na revista científica Nature.

Há muito tempo que os cientistas procuram perceber como é que estes jactos lançados pelos blazares se tornam tão luminosas e de que forma as partículas se comportam dentro destes raios de luz – são jactos que percorrem uma distância de um milhão de anos-luz.

Lançado em Dezembro do ano passado, numa colaboração entre a NASA e a Agência Espacial Italiana, o IXPE mede o brilho e a polarização da luz dos raios-X oriunda de fontes cósmicas. A polarização é uma propriedade da luz que envolve a orientação das ondas electromagnéticas – fenómenos diferentes, como ondas de choque ou turbulência, apresentam “assinaturas” de polarização distintas.

As respostas sobre estes jactos de plasma surgiram quando os investigadores encontraram provas de que as partículas ganham energia quando são atingidas por uma onda de choque, que se propaga dentro do fluxo de partículas e emite raios-X à medida que o jacto acelera. Uma onda de choque é produzida quando algo se move mais rapidamente do que a velocidade do som através de um meio como o ar, por exemplo – como acontece com um jacto supersónico a voar na atmosfera da Terra – ou através de uma região com partículas e campos magnéticos apelidada de plasma, como neste caso.

“A luz que conseguimos ver dos jactos surge dos electrões”, explica Alan Marscher, astrofísico da Universidade de Boston e co-autor deste estudo. “Raios-X deste tipo só podem surgir de electrões com níveis de energia extremamente elevados.”

O fio condutor por detrás deste acontecimento é o buraco negro, um objecto extraordinariamente denso e com uma gravidade tão potente que nem a própria luz lhe consegue escapar. O buraco negro supermaciço no centro da galáxia Markarian 501 tem uma massa mil milhões de vezes superior à do nosso Sol. Ou seja, cerca de 200 vezes vezes maior do que a massa do Sagitário A, o buraco negro supermaciço no centro da Via Láctea.

“Os buracos negros são laboratórios únicos para estudar física em condições extremas, impossíveis de replicar na Terra”, aponta Liodakis.

“Ainda assim, antes de os podermos usar como laboratórios, temos de compreender todos os processos físicos que acontecem lá. Durante muitos anos, observávamos luz com altos níveis de energia oriundos destas fontes e tínhamos algumas hipóteses sobre como as partículas que emitem esta luz seriam estimuladas. A capacidade de polarização de raios-X do IXPE permitiu, pela primeira vez, testar directamente estas hipóteses”, conclui Liodakis.