Astrônomos avistam o “Olho de Sauron” no espaço profundo

Uma olhada na garganta de uma galáxia ativa revela um campo magnético em forma de anel que pode explicar a radiação gama extrema e os neutrinos

Olhando dentro do cone de jato de plasma do blazar PKS 1424+240 com um radiotelescópio do Very Long Baseline Array (VLBA). © NSF/AUI/NRAO/B. Saxton/YY Kovalev et al. 

Localizado a bilhões de anos-luz de distância, o blazar PKS 1424+240 há muito tempo intrigava os astrônomos. Ele se destacava como o blazar emissor de neutrinos mais brilhante conhecido no céu — conforme identificado pelo Observatório de Neutrinos IceCube — e também emitia raios gama de altíssima energia, observados por telescópios terrestres Cherenkov. No entanto, estranhamente, seu jato de rádio parecia se mover lentamente, contradizendo as expectativas de que apenas os jatos mais rápidos poderiam gerar emissões tão intensas de alta energia.

Agora, graças a 15 anos de observações de rádio ultraprecisas do Very Long Baseline Ar-ray (VLBA), os pesquisadores conseguiram unir uma imagem profunda deste jato com resolução inigualável.

“Quando reconstruímos a imagem, ela parecia absolutamente deslumbrante”, diz Yuri Kovalev, principal autor do estudo e pesquisador principal do projeto MuSES, financiado pelo ERC, no Instituto Max Planck de Radioastronomia (MPIfR). “Nunca vimos nada parecido — um campo magnético toroidal quase perfeito com um jato apontando diretamente para nós.”

Como o jato está alinhado quase exatamente na direção da Terra, sua emissão de alta energia é dramaticamente amplificada pelos efeitos da relatividade especial. "Esse alinhamento causa um aumento no brilho por um fator de 30 ou mais", explica Jack Livingston, coautor do MPIfR. "Ao mesmo tempo, o jato parece se mover lentamente devido aos efeitos de projeção — uma ilusão de ótica clássica."

O "Olho de Sauron" - uma imagem impressionante do jato de plasma no blazar PKS 1424+240, visto de frente. O jato é atravessado por um campo magnético toroidal quase perfeito (visto a laranja). Devido à relatividade especial, os raios gama e os neutrinos altamente energéticos são fortemente direcionados para a Terra, mesmo que o jato pareça mover-se lentamente da nossa perspetiva. Crédito: Y.Y. Kovalev et al.

Essa geometria frontal permitiu aos cientistas observar diretamente o coração do jato do blazar — uma oportunidade extremamente rara. Sinais de rádio polarizados ajudaram a equipe a mapear a estrutura do campo magnético do jato, revelando sua provável forma helicoidal ou toroidal. Essa estrutura desempenha um papel fundamental no lançamento e na colimação do fluxo de plasma e pode ser essencial para acelerar partículas a energias extremas.

“A resolução deste quebra-cabeça confirma que núcleos galácticos ativos com buracos negros supermassivos não são apenas poderosos aceleradores de elétrons, mas também de prótons — a origem dos neutrinos de alta energia observados”, conclui Kovalev.

A descoberta é um triunfo para o programa MOJAVE, um esforço de décadas para monitorar jatos relativísticos em galáxias ativas usando o Very Long Baseline Array (VLBA). Os cientistas empregam a técnica de Interferometria de Linha de Base Muito Longa (VLBI), que conecta radiotelescópios ao redor do globo para formar um telescópio virtual do tamanho da Terra. Isso proporciona a mais alta resolução disponível em astronomia, permitindo o estudo dos detalhes sutis de jatos cósmicos distantes.

"Quando iniciamos o MOJAVE, a ideia de um dia conectar diretamente jatos de buracos negros distantes a neutrinos cósmicos parecia ficção científica. Hoje, nossas observações estão tornando isso realidade", diz Anton Zensus, diretor do MPIfR e cofundador do programa.

Este resultado fortalece a ligação entre jatos relativísticos, neutrinos de alta energia e o papel dos campos magnéticos na formação de aceleradores cósmicos — marcando um marco na astronomia multimensageira.

Sociedade Max Planck