Um telescópio gigante – oito vezes o tamanho da Terra – revela uma visão sem precedentes de um enorme jato cósmico

Os astrónomos obtiveram imagens sem precedentes de jatos de plasma de um buraco negro supermassivo no blazar 3C 279, revelando padrões complexos que desafiam as teorias atuais. Este esforço internacional, utilizando redes avançadas de radiotelescópios, detectou filamentos espirais perto da fonte dos jatos, indicando um possível papel dos campos magnéticos na formação destes jatos. (Conceito do artista.)

Um telescópio maior que a Terra encontrou uma corda de plasma no universo.

Usando uma rede de radiotelescópios na Terra e no espaço, os astrônomos conseguiram capturar a imagem mais detalhada já vista de um jato vindo de… plasma Fotografando de super massa Buraco negro No coração de uma galáxia muito, muito distante.

O jato, que vem de um núcleo brilhante distante chamado 3C 279, viaja quase à velocidade da luz e mostra padrões complexos de torção perto de sua fonte. Estes padrões desafiam a teoria padrão que tem sido utilizada há 40 anos para explicar como estes fluxos se formam e mudam ao longo do tempo.

Uma grande contribuição para as observações foi feita pelo Instituto Max Planck de Radioastronomia em Bonn, Alemanha, onde os dados de todos os telescópios participantes foram combinados para criar um telescópio virtual com um diâmetro efetivo de cerca de 100.000 km.

Suas descobertas foram publicadas recentemente em Astronomia da natureza.

Figura 1: Filamentos emaranhados no blazar 3C 279. Imagem de alta resolução do plano relativístico nesta fonte conforme observado pela RadioAstron. A imagem revela uma estrutura complexa no plano com vários filamentos do tamanho de um parsec formando uma espiral. A coleção inclui dados de radiotelescópios de todo o mundo e da órbita da Terra, incluindo o radiotelescópio Effelsberg de 100 metros. Os dados foram posteriormente processados ​​no Centro de Correlação do Instituto Max Planck de Radioastronomia. Fonte: Colaboração NASA/DOE/FermiLAT; Vlba/Jorstad et al.; Rádio Astron/Fuentes e outros

Visão dos Blazares

Blazers são as fontes mais brilhantes e poderosas de radiação eletromagnética do universo. É uma subclasse de núcleos galácticos ativos que inclui galáxias com um buraco negro supermassivo central que acumula matéria do disco circundante. Cerca de 10% dos núcleos galácticos ativos, classificados como quasares, produzem jatos de plasma relativísticos. Os basares pertencem a uma pequena fração de quasares nos quais podemos ver esses jatos direcionados quase diretamente para o observador.

Recentemente, uma equipe de pesquisadores, incluindo cientistas do Instituto Max Planck de Radioastronomia (MPIfR), em Bonn, Alemanha, obteve imagens da região de jato mais interna do blazar 3C 279 com resolução angular sem precedentes e descobriu filamentos espirais notavelmente regulares que podem exigir revisão. modelos usados ​​até agora para explicar os processos pelos quais os jatos são produzidos em galáxias ativas.

“Graças à RadioAstron, a missão espacial em que o radiotelescópio em órbita alcançou lugares tão distantes quanto a Lua, e a uma rede de vinte e três radiotelescópios distribuídos pela Terra, obtivemos a imagem de mais alta resolução do interior de um planeta. ” “Os jatos estelares que fluem até agora permitem-nos observar pela primeira vez a estrutura interna dos jatos com tanto detalhe”, diz Antonio Fuentes, investigador do Instituto Astrofísico Andaluz (IAA-CSIC) em Granada, Espanha, que lidera o estudo. o trabalho.

Implicações teóricas e desafios

A nova janela sobre o universo aberta pela missão RadioAstron revelou novos detalhes no jato de plasma de 3C 279, um brilho com um buraco negro supermassivo em seu núcleo. O jato contém pelo menos dois filamentos retorcidos de plasma que se estendem por mais de 570 anos-luz do centro.

“Esta é a primeira vez que vimos tais filamentos tão perto da fonte dos jactos, e isso diz-nos mais sobre como o buraco negro forma o plasma. O influxo também foi observado por dois outros telescópios, GMVA e EHT, em comprimentos de onda muito mais curtos (3,5 mm e 1,3 mm), mas não conseguiram detectar as figuras filamentosas porque eram demasiado ténues e demasiado grandes para esta resolução,” diz Eduardo Ros, membro da equipa de investigação e programador europeu do GMVA. “Isso mostra como diferentes telescópios podem revelar diferentes características do mesmo objeto”, acrescenta.

Figura 2: A observação RadioAstron VLBI fornece um telescópio virtual com até oito vezes o diâmetro da Terra (linha de base máxima 350.000 km). Crédito: Roscosmos

Os jatos de plasma vindos dos blazers não são retos e uniformes. Eles mostram as voltas e reviravoltas que mostram como o plasma é afetado pelas forças que cercam o buraco negro. Os astrónomos que estudam estas torções em 3C279, chamadas filamentos espirais, descobriram que são causadas por instabilidades que ocorrem no plasma do jato. No processo, também perceberam que a velha teoria que usavam para explicar como os fluxos mudam ao longo do tempo já não era válida. Portanto, são necessários novos modelos teóricos que possam explicar como estes filamentos espirais se formam e evoluem perto da origem do jato. Este é um grande desafio, mas também uma grande oportunidade para aprender mais sobre estes incríveis fenómenos cósmicos.

“Um aspecto particularmente interessante que emerge dos nossos resultados é que eles indicam a presença de um campo magnético helicoidal que confina o fluxo”, diz Guang-Yao Zhao, atualmente afiliado ao MPIfR e membro da equipe de cientistas. “Portanto, o campo magnético, girando no sentido horário em torno do jato em 3C 279, poderia guiar e direcionar o plasma do jato movendo-se a 0,997 vezes a velocidade da luz.”

“Filamentos espirais semelhantes já foram observados em jatos extragalácticos antes, mas em escalas muito maiores, onde se acredita que sejam causados ​​por diferentes partes do jato movendo-se em velocidades diferentes e cortando umas contra as outras”, acrescenta Andrei Lobanov, outro cientista do MPIfR no equipe de pesquisadores. . “Com este estudo, estamos a entrar num terreno inteiramente novo em que estes filamentos podem realmente estar ligados a processos mais complexos nas imediações do buraco negro que produz os jactos.”

O estudo do fluxo interno em 3C279, que aparece agora na última edição da Nature Astronomy, expande a busca contínua para compreender melhor o papel dos campos magnéticos na formação inicial de fluxos relativísticos de núcleos galácticos ativos. Ele enfatiza os muitos desafios restantes para a modelagem teórica atual desses processos e demonstra a necessidade de melhorias adicionais nos instrumentos e técnicas radioastronômicas que proporcionam uma oportunidade única de obter imagens de objetos cósmicos distantes com resolução angular padrão.

Progresso tecnológico e cooperação

Usando uma técnica especial chamada Interferometria de Linha de Base Muito Longa (VLBI), um telescópio virtual com diâmetro efetivo igual à separação máxima entre as antenas envolvidas na observação é criado combinando e correlacionando dados de diferentes observatórios de rádio. O cientista do projeto RadioAstron, Yuri Kovalev, agora no MPIfR, enfatiza a importância da cooperação internacional em saúde para alcançar tais resultados: “Observatórios de doze países foram sincronizados com a antena espacial usando relógios de hidrogênio, formando um telescópio virtual do tamanho da distância da Terra. ” lua.”

“As experiências com o RADIOASTRON que levaram a imagens como esta do quasar 3C279 são conquistas extraordinárias que se tornaram possíveis através de colaborações científicas de observatórios internacionais”, afirma Anton Zinsos, diretor do MPIfR e uma das forças motrizes por trás da missão RadioAstron nas últimas duas décadas. E cientistas em muitos países. A missão levou décadas de planejamento conjunto antes do satélite ser lançado. A captura de imagens reais é possível através da ligação de grandes telescópios no solo, como o Eifelsberg, e através da análise cuidadosa dos dados no nosso centro de ligação VLBI em Bonn.

Referência: “Estruturas Neamáticas como origem da anisotropia de rádio a jato” por Antonio Fuentes, Jose L. Gomez, José M. Martí, Manel Perocho, Guang Yao Zhao, Rocco Lecco, Andre P. Kovalev, Andrew Chell, Kazunori Akiyama, Katherine Bowman, He Sun, Ilji Zhu, Eftalia Traiano, Teresa Toscano, Rohan Dahalli, Marianna Fushi, Leonid I. Gurvits, Svetlana Jorstad, Jae-Young Kim, Alan B. Marcher, Yusuke. Mizuno, Eduardo Ros e Tuomas Savolainen, 26 de outubro de 2023, Astronomia da natureza.
doi: 10.1038/s41550-023-02105-7

Mais Informações

A missão de radiointerferômetro Terra-Espaço, ativa de julho de 2011 a maio de 2019, consiste em um radiotelescópio em órbita de 10 metros (Spektr-R) e um conjunto de cerca de duas dúzias dos maiores radiotelescópios terrestres do mundo, incluindo o radiotelescópio Effelsberg a 100 metros. Quando os sinais dos telescópios individuais foram combinados utilizando interferometria de ondas de rádio, este grupo de telescópios forneceu uma resolução angular máxima equivalente a um radiotelescópio de 350.000 quilómetros de diâmetro – aproximadamente a distância entre a Terra e a Lua. Isso torna o RadioAstron o instrumento de maior resolução angular da história da astronomia. O projeto RadioAstron foi liderado pelo Centro de Astronomia Espacial do Instituto Físico Lebedev da Academia Russa de Ciências e pela Sociedade Científica Lavochkin e produzido sob um contrato com a empresa espacial estatal ROSCOSMOS, em cooperação com organizações parceiras na Rússia e outros países. Os dados astronómicos desta missão estão a ser analisados ​​por cientistas individuais em todo o mundo, conduzindo a resultados como os mostrados aqui.

Os seguintes colaboradores nos trabalhos submetidos pertencem ao MPIfR, em ordem de aparição na lista de autores: Guang-Yao Zhao, Andrei P. Lobanov, Yuri Y. Kovalev, Efthalia (Thalia) Traianou, Jae-Young Kim, Eduardo Ros, e Tuomas Savolainen. Os colaboradores Rocco Lecco e Gabriele Bruni também foram afiliados ao MPIfR durante o período da missão da RadioAstron.

Yuri Y. Kovalev reconhece o Prêmio de Pesquisa Friedrich Wilhelm Bessel da Fundação Alexander von Humboldt.