Buracos negros alternam jatos e ventos como “gangorras cósmicas”, revelam astrônomos

Buracos negros deixam de ser vistos apenas como abismos devoradores para ganhar o papel de administradores de energia que alternam, de forma rítmica, dois tipos distintos de ejeção de matéria. A conclusão vem de um trabalho liderado por pesquisadores da Universidade de Warwick, no Reino Unido, que analisou três anos de dados do sistema binário 4U 1630-472 e encontrou a primeira evidência observacional de que jatos de plasma supersônicos e ventos de raios X jamais aparecem simultaneamente.

Buracos negros e a redefinição como gestores energéticos

Diferentemente da imagem popular de corpos que apenas engolem tudo ao redor, os buracos negros estudados apresentam um mecanismo interno de autorregulação. O estudo, publicado na revista Nature Astronomy, demonstra que a quantidade total de massa expelida tende a permanecer constante, mesmo quando a forma dessa expulsão muda. Esse equilíbrio sugere um processo refinado de gerenciamento energético, em que o objeto decide, por razões ainda ligadas ao seu campo magnético, qual forma de saída dominará em cada fase.

O sistema binário 4U 1630-472: laboratório natural de buracos negros

A base da descoberta é o sistema 4U 1630-472, composto por um buraco negro com cerca de dez massas solares e uma estrela companheira. O objeto compacto atrai continuamente material da parceira, formando um disco de acreção luminoso. Essa fonte quase ininterrupta de matéria faz do binário um laboratório ideal para investigar como a energia é distribuída entre jatos e ventos. Ao longo de aproximadamente três anos, os astrônomos acompanharam episódios repetidos de alternância entre os dois modos de expulsão, elaborando um cronograma que evidencia o padrão de “liga e desliga” observado.

Metodologia: de NICER a MeerKAT, 36 meses de observação focada

Para capturar a alternância, a equipe combinou instrumentos sensíveis a diferentes frequências. O telescópio de raios X NICER, instalado na Estação Espacial Internacional pela NASA, foi responsável por identificar a presença ou ausência de ventos altamente energéticos. Já o radiotelescópio MeerKAT, na África do Sul, monitorou a emissão em rádio, sinal indireto da existência de jatos de plasma supersônicos. A análise cruzada dos dois conjuntos de dados ao longo de 36 meses mostrou que, sempre que as emissões de rádio se intensificavam — indicando jatos ativos — a assinatura de ventos em raios X praticamente desaparecia. O fenômeno invertia-se nos períodos seguintes: o rádio enfraquecia, e o vento ressurgia.

Gangorra cósmica: alternância entre jatos e ventos em buracos negros

Os cientistas descrevem o comportamento como uma “gangorra cósmica”, porque a alta de um componente coincide com o desaparecimento do outro. Segundo o estudo, a alternância não decorre de mudanças na velocidade com que o buraco negro se alimenta de matéria. Em vez disso, a hipótese mais provável é a reorganização do campo magnético localizado na região interna do disco de acreção. Quando as linhas de campo se ajustam para lançar jatos rápidos em direções opostas, o ambiente que propicia ventos de raios X deixa de existir. Reconfigurado o campo, o cenário se inverte: abrem-se rotas para ventos, e o jato se extingue.

Consequências para a evolução das galáxias

A alternância não afeta apenas o buraco negro; o processo repercute no meio interestelar ao redor. Jatos concentrados podem atravessar grandes distâncias, esculpindo cavidades no gás de uma galáxia, enquanto ventos distribuídos aquecem e dispersam matéria mais próxima. Cada modo de expulsão interfere no ritmo de formação de estrelas da vizinhança, ora comprimindo nuvens de gás, ora impedindo que elas se agrupem. Assim, compreender a gangorra energética ajuda a explicar por que certas regiões galácticas apresentam surtos de surgimento estelar, enquanto outras permanecem estagnadas.

Observações paralelas reforçam o quadro geral

Embora o foco do estudo tenha sido 4U 1630-472, descobertas obtidas com o Very Large Telescope, do Observatório Europeu do Sul, e com o telescópio de raios X Chandra, da NASA, apontam que pares de jatos extremamente potentes também emergem de outros sistemas estelares. Esses registros independentes reforçam a noção de que a saída de material em alta velocidade é um fator comum na dinâmica de objetos compactos e deve ser considerada em qualquer modelo que busque explicar a evolução de sistemas binários ou até mesmo de galáxias inteiras.

Por que a gangorra não é fruto de variações na alimentação?

Se o disco de acreção fornece matéria de maneira quase contínua, a pergunta natural é por que o buraco negro não produz jatos e ventos simultaneamente. A resposta mais aceita pelo estudo reside na limitação imposta pelo campo magnético: a configuração que canaliza plasma em feixes colimados é incompatível com aquela que lança gás ionizado em zigue-zague, visível em raios X. Assim, a própria estrutura magnética age como um “interruptor” que alterna o canal de saída.

Implicações para futuras missões e modelos teóricos

A equipe sugere que monitoramentos de longo prazo, utilizando instrumentos capazes de registrar simultaneamente sinais em rádio e em raios X, sejam incorporados a missões futuras. O objetivo é determinar se a razão entre o tempo gasto em cada modo de ejeção permanece constante em diferentes sistemas ou varia com parâmetros como massa do buraco negro e composição do disco de acreção. Esses dados poderão ser usados para refinar simulações numéricas e ajustar variáveis hoje incertas, como a intensidade do campo magnético necessário para sustentar jatos durante períodos prolongados.

Próximos passos na investigação dos buracos negros

Os pesquisadores planejam estender a mesma abordagem observacional a outros binários conhecidos, a fim de verificar se a gangorra energética é universal ou restrita a subgrupos de buracos negros de massa estelar. Caso o padrão se repita, a alternância entre jatos e ventos poderá ser incorporada como componente fundamental em modelos cosmológicos que descrevem como objetos extremamente densos influenciam a história de suas galáxias hospedeiras.