Imagem de rádio inédita revela dois buracos negros e seus jatos na OJ 287

A coreografia complexa de dois buracos negros presos numa órbita condenada acaba de ser exposta numa imagem de rádio direta sem precedentes.

Pela primeira vez, astrónomos conseguiram ver, de forma direta, jatos distintos associados a ambos os buracos negros de um sistema binário já conhecido - um resultado que, na prática, confirma o modelo de “núcleo duplo” da galáxia chamada OJ 287.

Situada a cerca de 3,5 bilhões de anos-luz, a OJ 287 tem o seu comportamento extremo, no centro, acompanhado há décadas. Ainda assim, esta é a primeira imagem a registar assinaturas inequívocas dos dois objetos.

“Pela primeira vez, conseguimos obter uma imagem de dois buracos negros orbitando um ao outro. Na imagem, os buracos negros são identificados pelos intensos jatos de partículas que emitem”, diz o astrónomo Mauri Valtonen, da Universidade de Turku, na Finlândia.

“Os próprios buracos negros são perfeitamente negros, mas podem ser detetados por esses jatos de partículas ou pelo gás brilhante que os rodeia.”

OJ 287: um quasar alimentado por um buraco negro supermassivo

A OJ 287 pertence a uma classe de galáxias conhecida como quasar, considerados os objetos mais brilhantes do Universo. Essa luminosidade vem da atividade do buraco negro supermassivo no centro da galáxia, que se alimenta de um enorme disco de material.

À medida que a matéria gira em torno do buraco negro, o atrito e a gravidade aquecem esse material até temperaturas extremas, fazendo-o brilhar intensamente.

O que torna a OJ 287 diferente: dois buracos negros e um ciclo de 12 anos

Apesar de partilhar as características gerais de outros quasares, a OJ 287 destaca-se por um detalhe observado há muito tempo. Já em 1982, astrónomos notaram variações no brilho com uma periodicidade de 12 anos, um padrão compatível com a presença de um companheiro em órbita do buraco negro central - num trajeto orbital incomum que, periodicamente, atravessa o disco.

“O que é especial na OJ287 é que se acredita que ela abrigue não um, mas dois buracos negros orbitando um ao outro numa órbita de doze anos, o que produz um padrão facilmente reconhecível de variações de luz no mesmo período”, afirma Valtonen.

Como jatos astrofísicos nascem perto do horizonte de eventos

Quando buracos negros “engolem” matéria de forma ativa, alguns fenómenos podem ocorrer. Um deles é a formação de jatos astrofísicos: parte do material na região mais interna do disco - a mais próxima do buraco negro - é desviada ao longo de linhas de campo magnético para fora do horizonte de eventos.

Ao atingir as regiões polares, esse material é lançado para o espaço a velocidades enormes.

Observações anteriores da OJ 287 já tinham mostrado um jato gigantesco a partir do maior dos dois buracos negros, com uma massa de 18 bilhões de vezes a massa do Sol. O problema era que o jato do buraco negro menor - de 150 milhões de massas solares - continuava difícil de identificar.

O papel do RadioAstron e a assinatura do jato secundário

A OJ 287 foi observada muitas vezes, e o registo mais nítido veio de um interferómetro de base muito longa chamado RadioAstron, em 2014.

Em conjunto com antenas em Terra, o observatório espacial alcançou uma resolução recorde, distinguindo estruturas a 3,5 bilhões de anos-luz - o equivalente a fotografar uma moeda na superfície da Lua. Os investigadores consideraram que, se o jato do buraco negro menor estivesse presente, ele teria de aparecer nos dados do RadioAstron.

Assim, voltaram ao mapa de rádio do quasar e isolaram várias estruturas associadas a um jato astrofísico gerado por um buraco negro em alimentação. Em paralelo, calcularam como o movimento do buraco negro secundário deveria alterar o trajeto do seu jato.

Como o buraco negro secundário se desloca muito mais depressa em relação ao primário, o jato esperado seria “torcido”, numa forma semelhante à água que sai de uma mangueira de jardim enquanto ela roda.

Por fim, a equipa comparou o mapa do RadioAstron e os cálculos da trajetória do jato secundário com modelos anteriores do comportamento de buracos negros binários. O resultado mostrou que uma das estruturas do jato no mapa coincidiu quase perfeitamente com as previsões teóricas para o jato do buraco negro secundário.

Na imagem, o jato principal atravessa o núcleo galáctico na diagonal, enquanto um traço mais ténue e inclinado acompanha o caminho previsto para o jato do buraco negro menor. Além disso, as propriedades de Doppler dos jatos indicam que o jato secundário se move mais devagar, a cerca de metade da velocidade do jato primário.

Dessa forma, as imagens do RadioAstron - obtidas há quase uma década - tornam-se a primeira evidência em imagem de dois jatos astrofísicos, cada um emergindo de um buraco negro supermassivo diferente.

Próximos passos: confirmação e novas observações

O passo seguinte será confirmar a descoberta. Um novo mapa de rádio da OJ 287 está atualmente a ser construído e pode trazer pistas adicionais sobre o comportamento do jato.

Para observações futuras, no entanto, pode ser necessário esperar até à década de 2030, quando o jato secundário voltar a tornar-se visível.

A pesquisa da equipa foi publicada no Jornal Astrofísico.