Observações inéditas do James Webb revelam explosões em infravermelho médio de Sagitário A*

O Telescópio Espacial James Webb (JWST) registrou, pela primeira vez, erupções de Sagitário A* no infravermelho médio, oferecendo um conjunto de dados que preenche uma lacuna crítica no estudo do buraco negro supermassivo situado no centro da Via Láctea. As detecções, obtidas com o espectrômetro de média resolução do instrumento MIRI, revelam nuances antes invisíveis e fornecem pistas sobre a interação entre matéria aquecida e campos magnéticos em torno de um objeto cuja massa ultrapassa quatro milhões de sóis.

Quem participa das observações e por que elas são relevantes

A investigação foi liderada por uma equipe internacional de astrônomos que inclui Sebastiano von Fellenberg, do Instituto Max Planck de Radioastronomia, na Alemanha. O grupo utilizou a alta sensibilidade do JWST para observar Sagitário A* em um regime de comprimento de onda que permanecia inexplorado: o infravermelho médio. Até então, a comunidade científica acompanhava as chamas do buraco negro apenas em rádio, infravermelho próximo e outras faixas do espectro eletromagnético. A ausência de dados no infravermelho médio dificultava a conexão direta entre as emissões em rádio e aquelas observadas em comprimentos de onda mais curtos.

O que foi visto pelo James Webb

As novas observações capturaram explosões conhecidas como chamas ou flares, eventos em que a radiação emitida pela matéria circundante aumenta de forma repentina. A capacidade de registrar essas chamas no infravermelho médio permite analisar como a intensidade dos campos magnéticos se relaciona com a distribuição de elétrons energéticos que orbitam próximo ao horizonte de eventos. Ao mesmo tempo, as medidas ressaltam diferenças importantes entre a variabilidade nessa faixa de comprimento de onda e aquela tipicamente observada em rádio, indicando processos físicos distintos ou estágios diferentes de uma mesma dinâmica.

Onde as erupções se originam

Embora Sagitário A* possua um horizonte de eventos do qual nada escapa, as explosões identificadas não vêm do interior do buraco negro, mas sim da matéria que forma um disco de acreção à sua volta. Esse material, sujeito a intensas forças gravitacionais e magnéticas, aquece-se a temperaturas extremas e produz radiação antes de atravessar o ponto sem retorno. Em particular, as simulações apontam que as chamas podem surgir quando linhas de campo magnético se reconectam, liberando grandes quantidades de energia em um processo que gera radiação síncrotron.

Como a radiação síncrotron molda o sinal observado

A radiação síncrotron ocorre quando elétrons de alta velocidade espiralam em torno de linhas de campo magnético, emitindo energia ao longo do percurso. No caso de Sagitário A*, a variação do índice espectral ao longo da vida útil de cada chama revelou um fenômeno conhecido como resfriamento síncrotron, em que as partículas perdem energia gradativamente. Esse comportamento explica a assinatura detectada no infravermelho médio e fornece uma maneira relativamente direta de estimar a intensidade do campo magnético, independentemente do número exato de elétrons presentes na região emissora.

Por que o infravermelho médio é essencial para fechar o quebra-cabeça

Antes do JWST, medições no infravermelho próximo já permitiam inferir o campo magnético, mas essas estimativas dependiam de várias suposições, inclusive da densidade de elétrons e da geometria da fonte. O acesso ao infravermelho médio oferece um método “limpo” de aferição, pois o índice espectral nesse intervalo é sensível de forma mais direta à força do campo, reduzindo incertezas nos modelos teóricos. Assim, os dados recém-adquiridos unem as faixas de rádio e infravermelho próximo, compondo um panorama contínuo das emissões de Sagitário A*.

Quando e de que forma as medições foram realizadas

As observações dependem do modo de espectrômetro de média resolução (MRS) do instrumento MIRI, instalado no JWST. Por estar em órbita fora da atmosfera terrestre, o telescópio se beneficia de níveis de ruído extremamente baixos no infravermelho médio, comprimento de onda que a atmosfera bloqueia de maneira significativa em telescópios de solo. A combinação de sensibilidade e cobertura espectral ampla torna o MIRI/MRS o primeiro instrumento capaz de mapear, em uma única sessão, toda a banda necessária para identificar o resfriamento síncrotron nas chamas de Sagitário A*.

Como os resultados impactam os modelos de buracos negros

A liberdade de calibrar o campo magnético com menos hipóteses ajuda a refinar cenários de emissão de energia perto do horizonte de eventos. Modelos que descrevem o transporte de calor, a dissipação de energia e a aceleração de partículas agora podem ser confrontados com restrições observacionais mais rigorosas. Além disso, a distinção entre variabilidade no infravermelho médio e no rádio sugere que diferentes populações de elétrons, ou até mesmo distintos mecanismos de reconexão magnética, participam das chamas, um ponto que os teóricos precisarão acomodar em futuras simulações.

Quais dados estão disponíveis para a comunidade científica

A equipe disponibilizou o trabalho no repositório arXiv, acompanhado de dois artigos complementares que detalham metodologia, análise espectral e implicações para a física de buracos negros. A publicação aberta garante que pesquisadores de múltiplas áreas possam reproduzir os resultados, verificar as técnicas de redução de dados e propor interpretações adicionais. Essa transparência é crucial em um campo onde cada nova medição pode alterar de forma substancial a compreensão dos processos físicos.

Perspectivas abertas pelas observações do JWST

Com o infravermelho médio agora integrado ao arsenal de comprimentos de onda para Sagitário A*, futuras campanhas poderão comparar chamas observadas em diferentes épocas, correlacionar as assinaturas com eventos de rádio e verificar se o resfriamento síncrotron ocorre sempre da mesma maneira. Ao mesmo tempo, a possibilidade de medir o campo magnético com maior precisão libera um parâmetro crítico para calibrar modelos que descrevem a região mais interna da nossa galáxia. Dessa forma, o trabalho inaugura uma etapa em que a física de buracos negros, antes baseada em lacunas de dados, passa a contar com uma cadeia espectral quase ininterrupta, da rádio frequência até o infravermelho próximo.

As observações pioneiras do James Webb, portanto, não apenas completam um vazio no espectro eletromagnético de Sagitário A*, mas também entregam uma ferramenta quantitativa de alta confiabilidade para investigar campos magnéticos e dinâmica de partículas nas proximidades de buracos negros supermassivos. Como resultado, a comunidade astronômica dispõe agora de um ponto de ancoragem robusto para aprimorar teorias sobre processos de acreção, reconexão magnética e emissões de radiação em ambientes extremos.