Uma equipe internacional de astrônomos encontrou novas evidências sobre o mecanismo que permite a buracos negros supermassivos produzir poderosos jatos de plasma enquanto recebem grandes quantidades de matéria.
A descoberta foi realizada a partir de observações da galáxia 3C 120, localizada a aproximadamente 420 milhões de anos-luz da Terra, na direção da constelação de Touro.
No centro dessa galáxia existe um buraco negro supermassivo com aproximadamente 60 milhões de vezes a massa do Sol. Ele é cercado por matéria que se desloca em sua direção e, ao mesmo tempo, produz um jato de partículas que viajam a velocidades próximas à da luz.
Embora esse comportamento seja conhecido em diferentes galáxias ativas, explicar como a matéria que alimenta o buraco negro está relacionada à formação desses jatos continua sendo um dos desafios da astrofísica.
Agora, pesquisadores liderados por Hirofumi Noda, da Universidade de Tohoku, e Kazuhiro Hada, da Universidade da Cidade de Nagoya, no Japão, conseguiram investigar simultaneamente duas regiões fundamentais desse sistema.
A equipe utilizou a missão espacial XRISM, especializada em observações de raios X, e redes internacionais de radiotelescópios capazes de produzir imagens de altíssima resolução.
Os resultados foram publicados em 19 de outubro de 2026 na revista científica The Astrophysical Journal Letters.
Para compreender a importância da descoberta, é necessário observar o que acontece com a matéria que se aproxima de um buraco negro.
Ao contrário da ideia de que esses objetos simplesmente absorvem tudo o que existe ao redor, grande parte do material que se aproxima deles forma uma estrutura conhecida como disco de acreção.
Esse disco é composto por gás que gira ao redor do buraco negro, aquecendo-se à medida que perde energia e se desloca para regiões mais internas.
Dependendo das condições físicas, o material pode assumir diferentes configurações.
Quando um buraco negro recebe matéria a uma taxa elevada, os modelos frequentemente preveem a formação de um disco relativamente fino e denso, no qual o gás é mais frio em comparação com o plasma das regiões internas extremamente quentes.
Esse tipo de disco consegue transportar matéria em direção ao buraco negro, mas apresenta dificuldades para sustentar a configuração de campos magnéticos intensos e organizados que alguns modelos associam à produção de jatos poderosos.
Entretanto, existem buracos negros que apresentam exatamente essa combinação: recebem grandes quantidades de matéria e produzem jatos relativísticos.
A galáxia 3C 120 é um exemplo desse comportamento.
Seu núcleo é extremamente ativo e emite radiação em diferentes comprimentos de onda, enquanto um jato de plasma se estende para longe da região central.
A pesquisa procurou determinar como o material está distribuído nas proximidades do buraco negro e onde o jato começa a se formar.
Para isso, a equipe utilizou a capacidade da missão XRISM de medir com grande precisão a energia dos fótons de raios X.
Um dos principais resultados veio da identificação de uma linha de emissão produzida por átomos de ferro.
Essa emissão, conhecida como linha K-alfa do ferro, é uma ferramenta importante para investigar as regiões próximas aos buracos negros.
Quando os raios X emitidos nas proximidades do buraco negro atingem o material do disco de acreção, podem provocar processos que produzem emissões características do ferro.
A energia dessa radiação pode ser alterada pelo movimento do gás e pelos efeitos gravitacionais intensos existentes perto do buraco negro.
Consequentemente, a linha de emissão observada não apresenta necessariamente o mesmo formato que teria em um laboratório.
Ela pode aparecer alargada e deformada, carregando informações sobre a velocidade do material e a região de onde a radiação foi emitida.
Ao analisar essas alterações, os pesquisadores conseguiram estimar até onde o disco de acreção mais frio se estende em direção ao buraco negro.
Os resultados indicam que esse disco termina a uma distância de aproximadamente 20 raios gravitacionais do objeto central.
O raio gravitacional é uma escala de distância definida pela massa do buraco negro. Ele corresponde à razão entre o produto da constante gravitacional pela massa e o quadrado da velocidade da luz.
Essa medida permite comparar estruturas próximas a buracos negros de diferentes massas.
No caso de 3C 120, o resultado indica que o disco fino não se prolonga continuamente até as regiões mais próximas do horizonte de eventos.
Em vez disso, os dados são compatíveis com a existência de uma região interna ocupada por um fluxo de plasma muito mais quente e geometricamente espesso.
Esse material pode atingir temperaturas de centenas de milhões de graus.
A diferença é importante porque um fluxo quente e espesso apresenta condições físicas distintas das encontradas em um disco fino.
Sua estrutura pode favorecer a presença e a organização de campos magnéticos em grande escala nas proximidades do buraco negro.
Esses campos são considerados fundamentais em um dos principais modelos teóricos utilizados para explicar a produção de jatos relativísticos.
Entretanto, identificar a estrutura do disco não seria suficiente para determinar como ela se relaciona com o jato.
Por isso, a equipe combinou os resultados em raios X com observações realizadas por redes internacionais de radiotelescópios.
Entre os instrumentos utilizados estão a rede global de interferometria de base muito longa em ondas milimétricas, a rede norte-americana VLBA e a rede de interferometria de base muito longa do Leste Asiático.
Esses sistemas combinam sinais recebidos por radiotelescópios separados por grandes distâncias.
A técnica permite alcançar uma resolução angular extremamente elevada, necessária para investigar estruturas compactas próximas a buracos negros supermassivos.
Enquanto o XRISM forneceu informações sobre o material que circunda o buraco negro, as observações em rádio e ondas milimétricas permitiram examinar a geometria do jato.
Os pesquisadores analisaram como a largura do jato varia com a distância em relação à região central.
A partir dessas medições, extrapolaram seu perfil em direção ao buraco negro para estimar as dimensões da região onde ele é lançado.
Os resultados indicam que a base do jato é compatível com uma região de dimensões semelhantes ou menores que o raio onde o disco fino parece terminar.
Essa correspondência é o principal resultado do estudo.
Ela sugere que a formação do jato está associada à região interna ocupada pelo plasma quente, e não diretamente ao disco fino que se estende por distâncias maiores.
As observações também oferecem suporte a um mecanismo teórico conhecido como processo de Blandford-Znajek.
Nesse modelo, campos magnéticos intensos associados ao ambiente do buraco negro permitem extrair parte de sua energia de rotação.
Essa energia pode ser transferida para partículas e campos eletromagnéticos, contribuindo para a formação de jatos que se deslocam a velocidades relativísticas.
O processo não significa que a matéria esteja escapando de dentro do horizonte de eventos.
Os jatos são produzidos no ambiente externo ao buraco negro, onde a matéria e os campos magnéticos interagem em condições extremas.
A região quente identificada em 3C 120 apresenta características compatíveis com as condições necessárias para sustentar esse mecanismo.
Entretanto, os pesquisadores não observaram diretamente a extração da energia rotacional do buraco negro.
A interpretação depende da combinação entre os dados observacionais e os modelos físicos que descrevem a interação entre o plasma, os campos magnéticos e a rotação do objeto central.
Ainda assim, a pesquisa representa um avanço importante porque relaciona duas propriedades que normalmente são investigadas de maneira separada.
De um lado, os raios X permitem estudar a estrutura do material que alimenta o buraco negro.
Do outro, as ondas de rádio revelam a forma e a evolução do jato.
Ao observar o mesmo sistema com essas técnicas, a equipe conseguiu estabelecer uma relação espacial entre o disco de acreção e a região de lançamento do plasma.
Isso ajuda a explicar como um buraco negro pode manter uma taxa elevada de acreção e, ao mesmo tempo, produzir um jato poderoso.
A resposta sugerida pelos resultados é que o disco não precisa apresentar a mesma estrutura em todas as distâncias.
Uma região externa relativamente fria e fina pode coexistir com um fluxo interno extremamente quente e espesso.
Essa transição permitiria que o sistema continuasse recebendo grandes quantidades de matéria, enquanto suas regiões internas oferecem condições favoráveis à formação do jato.
A descoberta também possui implicações para o estudo da evolução das galáxias.
Os jatos produzidos por buracos negros supermassivos podem transportar grandes quantidades de energia para o gás existente ao redor dos núcleos galácticos.
Ao interagir com esse material, podem aquecê-lo, deslocá-lo e modificar as condições necessárias para a formação de novas estrelas.
Esses processos fazem parte do que os astrônomos chamam de retroalimentação dos núcleos galácticos ativos.
Compreender como os jatos são produzidos é, portanto, importante não apenas para estudar os próprios buracos negros, mas também para investigar como eles influenciam o ambiente das galáxias que os abrigam.
A equipe já está realizando novas observações coordenadas de um buraco negro ainda mais massivo, utilizando novamente o XRISM e redes internacionais de radiotelescópios.
O objetivo é verificar se a relação identificada em 3C 120 também aparece em outros sistemas.
Essa comparação será importante para determinar se a presença de um fluxo interno quente representa uma característica comum dos buracos negros que produzem jatos relativísticos intensos.
Os pesquisadores também pretendem confrontar as observações com simulações computacionais capazes de reproduzir o comportamento da matéria e dos campos magnéticos nas proximidades desses objetos.
Se o mesmo padrão for encontrado em diferentes galáxias ativas, será possível estabelecer restrições mais precisas aos modelos que explicam a formação dos jatos.
Por enquanto, os resultados de 3C 120 oferecem uma evidência observacional importante de que a geometria do material próximo ao buraco negro pode desempenhar um papel decisivo na produção desses fluxos de plasma.
A combinação de observações em raios X e rádio abre uma nova possibilidade para investigar regiões do Universo onde a gravidade, os campos magnéticos e a matéria interagem em condições que não podem ser reproduzidas diretamente em laboratório.
Sobre a Imagem: A “cor” dos raios X da vizinhança do buraco negro, medida com precisão pelo satélite astronômico de raios X XRISM. Os comprimentos de onda são esticados e as cores são alteradas devido aos efeitos da relatividade geral. (Canto superior direito) Imagem do jato obtida pelo Global Millimeter VLBI Array em um comprimento de onda de 3 mm. (Embaixo) Representação artística do ambiente ao redor de um buraco negro supermassivo em rápida expansão. O disco de acreção frio e plano se trunca em aproximadamente 20 vezes o raio do buraco negro, dando lugar a um fluxo de acreção quente dentro do qual o jato é lançado.
Créditos da Imagem: Universidade de Tohoku.
Artigp Científico: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/aeaa2c