Equipe internacional consegue observação inédita de estrutura interna de jato de quasar

Pesquisadores do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas da USP, com apoio da FAPESP, participaram do estudo

Agência FAPESP * – Um grupo internacional de cientistas publicou novas observações do primeiro quasar já identificado – conhecido como 3C 273, localizado na constelação de Virgem – que mostram as porções mais internas e profundas do proeminente jato de plasma do quasar.

Quasares são um dos tipos mais ativos e brilhantes dos buracos negros supermassivos encontrados no núcleo de quase todas as galáxias. Esses buracos negros supermassivos no centro das galáxias emitem jatos estreitos e incrivelmente poderosos de plasma, que escapa em velocidade próxima à da luz. Mas o processo de formação desses jatos ainda é um mistério para astrônomos e astrofísicos.

O novo estudo, publicado em artigo no periódico The Astrophysical Journal, inclui observações do jato do Quasar 3C 273 na maior resolução angular e na maior profundidade já obtidas em um buraco negro central e traz um novo entendimento sobre a colimação dos jatos, que é o processo no qual eles são concentrados em um feixe estreito e pode avançar por distâncias extremas, para muito além da área dominada pela gravidade do buraco negro e até mesmo escapando da galáxia hospedeira desse buraco. Os feixes supermassivos também têm influência na evolução galáctica.

O trabalho teve participação de pesquisadores do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas (IAG) da Universidade de São Paulo (USP), com financiamento da FAPESP.

“O 3C 273 tem sido estudado há décadas como o laboratório ideal mais próximo para jatos de quasar”, conta Hiroki Okino, autor principal do trabalho e doutorando na Universidade de Tóquio e no Observatório Astronômico Nacional do Japão. “No entanto, mesmo sendo um vizinho próximo, até recentemente não possuíamos uma visão nítida o suficiente para ver onde esse poderoso jato estreito de plasma é moldado.”

A imagem do jato do quasar 3C 273 dá aos cientistas a primeira visão das porções mais internas do jato de um quasar, onde ocorre a colimação e o estreitamento do feixe. A equipe também determinou que o ângulo do plasma fluindo do buraco negro é comprimido ao longo de uma distância muito extensa.

Uso de radioantenas

O trabalho foi possibilitado pelo uso coordenado de um conjunto de radioantenas ao redor do globo, combinando os instrumentos Global Millimeter VLBI Array (GMVA) e Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), no Chile. O GMVA e o ALMA foram conectados ao redor de continentes utilizando uma técnica chamada interferometria de longa linha de base (VLBI) para obter informações altamente detalhadas de fontes astronômicas distantes.

O astrofísico Ciriaco Goddi, que atualmente é pesquisador visitante no IAG, participou da equipe deste trabalho como responsável por observar, calibrar e analisar os dados do ALMA, em colaboração com o centro holandês do European ALMA Regional Centre (ARC) e o observatório do Haystack. “As novas imagens mostram o jato 3C 273 com um nível de detalhe nunca antes alcançado. Em particular, graças à combinação de GMVA e ALMA, podemos finalmente ter acesso à base desses poderosos jatos e investigar seus mecanismos de aceleração e colimação”, comenta Goddi.

Por meio do desenvolvimento de hardware e software para VLBI, os 66 radiotelescópios do ALMA foram transformados na estação de interferometria astronômica mais sensível do mundo. A obtenção de dados nesses comprimentos de onda aumenta significativamente a resolução e sensibilidade do conjunto.

Também foram feitas observações utilizando o High Sensitivity Array, para estudar o quasar 3C 273 em diferentes escalas, com o objetivo de medir a forma global do jato. Os dados desse estudo foram coletados em 2017, na mesma época em que as observações do Event Horizon Telescope (EHT) revelaram a primeira imagem de um buraco negro.

O novo estudo abre a possibilidade de novas explorações dos processos de colimação em outros tipos de buracos negros. Dados obtidos em frequências mais altas, como 230 e 345 GHz com o EHT, permitem que cientistas observem detalhes mais sutis em quasares e outros buracos negros.

*Com informações da Assessoria de Imprensa do IAG-USP.