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out 23

Os Blazares e os jatos relativísticos

Imagem do jato relativistico da galáxia ativa M87 capturada pelo telescópio espacial Hubble. A galáxia ativa elíptica gigante M87 emite um jato de 5.000 anos-luz de comprimento que pode ser observado nos comprimentos de onda da luz visível. A galáxia M87 não é considerada tecnicamente um blazar, porque o seu jato não está direcionado para a Terra. Crédito: ESA/Hubble.

Jatos polares são freqüentemente encontrados em torno de objetos cósmicos com discos de acresção em rotação. Nós observamos a presença dos jatos tanto em estrelas recém nascidas como nos mortos pulsares (estrelas de nêutrons). Contudo, os jatos polares mais poderosos são os originados pelos discos de acresção ao redor dos buracos negros, sejam eles os de massa estelar (os microquasares) ou os supermassivos encontrados nos núcleos galácticos. No último caso, os jatos emergem das galáxias ativas, tais como os quasares. Quando os jatos das galáxias ativas estão orientados na direção da Terra, estas são chamadas de blazares.

Qual a razão da existência dos jatos polares?

Infelizmente, até hoje a física inerente à produção dos jatos polares em quaisquer das escalas (estelares ou galácticas) não é completamente entendida. É provável que as linhas de força magnética retorcidas, geradas dentro do disco de acresção em rotação, canalizem o plasma a partir do centro compactado no disco de matéria para dentro dos jatos estreitos que observamos. No entanto ainda é objeto de debates o entendimento sobre a quantidade de energia transferida no processo, a energia necessária que fornece ao material do jato a velocidade de escape suficiente para ser ejetado para o espaço.

Em casos extremos, nos cenários onde os discos de acresção rodeiam buracos negros, o material do jato adquire velocidade altíssima, próxima da velocidade da luz, absolutamente necessária para que o material consiga escapar da violenta gravidade inerente às vizinhanças de um buraco negro. Estes jatos polares expulsos em velocidades próximas de c são em geral chamados de jatos relativísticos.

Os jatos relativísticos emitidos pelos blazares irradiam energicamente através de todo o espectro eletromagnético. Assim, os radiotelescópios terrestres podem observar sua radiação em baixa freqüência (ondas de rádio), enquanto que os telescópios espaciais (tais como o Fermi de raios gama e o Chandra de raios-x) capturam sua radiação de alta freqüência. Como você pode ver na imagem inicial deste artigo, o observatório espacial Hubble capturou a radiação no espectro do visível de jatos da galáxia ativa M87.  No entanto, observações terrestres ópticas de um “raio em linha reta curioso” da M87 foram registradas há mais de um século, em 1918.

Os cientistas estimam que jatos polares são moldados (colimados) por retorcidas linhas de força magnética. Supõe-se que a força motriz que empurra os jatos para fora pode ser de origem magnética e / ou pressão da radiação intensa, mas não há certezas sobre as origens deste fenômeno atualmente. Crédito: NASA/ESA/Hubble.

Uma análise recente dos dados de alta resolução coletados pelo Very Long Baseline Interferometry (VLBI), um complexo que envolve a integração de diversos pratos de radiotelescópios geograficamente distantes entre si que formam uma gigantesca rede virtual, apresenta uma visão pouco mais nítida (embora só ligeiramente) da estrutura e da dinâmica dos jatos de galáxias ativas.

Convém destacar que a radiação de tais jatos é sua maior parte ‘não-térmica’ (ou seja, não é um resultado direto da temperatura do material dos jatos). As emissões das ondas de rádio provavelmente resultam de efeitos da radiação sincrotrônica, onde os elétrons espiralam rapidamente em velocidades relativísticas dentro de um campo magnético e emitem radiação em todo o espectro eletromagnético, mas geralmente com um pico em ondas de rádio. Além disso, por sua vez, observa-se o efeito Compton inverso, onde a colisão do fóton com as partículas de movimento rápido dá mais energia para o fóton e, conseqüentemente, uma maior freqüência para o mesmo. Assim, o efeito Compton inverso pode também contribuir para a emissão em radiações de alta freqüência, detectadas pelos observatórios espaciais de raios-gama e raios-x.

Efeito Compton inverso: elétrons ultra-rápidos interagem com fótons de baixa energia transferindo parte de sua energia de movimento para os fótons, aumentando a frequência e a  energia da radiação resultante.

Efeito Compton inverso: elétrons ultra-rápidos interagem com fótons de baixa energia transferindo parte de sua energia de movimento para os fótons, aumentando a frequência e a energia da radiação resultante.

De qualquer forma, as observações VLBI sugerem que os jatos de blazar se formam dentro de uma distância de 10 ou 100 vezes o raio de Schwarzschild do buraco negro supermassivo e quaisquer forças que trabalham para acelerar os jatos a velocidades relativísticas só podem operar além da distância de 1.000 vezes este raio. Os jatos se libertam da gravidade do buraco negro e conseguem então viajar por distâncias de vários anos-luz, como resultado deste impulso inicial.

Frentes de ondas de choque estacionárias podem ser encontradas perto da base dos jatos, as quais podem representar os locais em que o fluxo magnético conduzido (fluxo de Poynting ), antes dominante, se converte em fluxo de massa cinético, embora as forças magnetohidrodinâmicas continuem a trabalhar para manter o jato colimado, isto é, contido dentro de um feixe estreito, através de longas distâncias.

À esquerda: Uma imagem composta da radiação em raio X/rádio/luz visível da região ativa de Centaurus A (o centro da Via Láctea), que também não é tecnicamente um blazar porque seus jatos não se alinham com a Terra. Créditos: raios-X: NASA / CXC / CFA / R.Kraft et al:.; Submilimétrica / ESO / APEX / A.Weiss al. MPIfR al; Óptica: ESO / WFI. Á Direita: Uma imagem composta que mostra o brilho nas freqüências das ondas rádio em Centaurus A comparado com o tamanho da Lua cheia. As antenas em primeiro plano são do Austrália Telescope Compact Array do CSIRO, que reuniram os dados para esta imagem.

À esquerda: Uma imagem composta da radiação em raio X/rádio/luz visível da região ativa de Centaurus A (o centro da Via Láctea), que também não é tecnicamente um blazar porque seus jatos não se alinham com a Terra. Créditos: raios-X: NASA / CXC / CFA / R.Kraft et al:.; Submilimétrica / ESO / APEX / A.Weiss al. MPIfR al; Óptica: ESO / WFI. Á Direita: Uma imagem composta que mostra o brilho nas freqüências das ondas rádio em Centaurus A comparado com o tamanho da Lua cheia. As antenas em primeiro plano são do Austrália Telescope Compact Array do CSIRO, que reuniram os dados para esta imagem.

Para saber mais detalhes sugerimos a leitura do excelente artigo de Andrei Lobanov: Propriedades físicas dos jatos de blazar a partir de observações fornecidas pelo VLBI (Very Long Baseline Interferometry).

Fonte

Universe Today: Astronomy Without A Telescope – Blazar Jets por Steve Nerlich

Artigo Científico

ArXiv.org: Physical properties of blazar jets from VLBI observations por Andrei Lobanov

._._.

1 comentário

2 menções

  1. Wagner Feldmann

    Qualquer corpo celeste emite, em maior frequencia, jatos de raios no norte ou sul magnéticos. Logicamente isso é mais observável em corpos mais densos. Depende também dos elementos químicos existentes. Alguns formam discos de acresção tanhanha gravidade. Há alguns que formam jatos relativísticos, tamanha turbulência e novos efeitos eletromagnéticos das zonas atmosféricas e gravitacionais, por trombadas de fótons com novos direcionamentos. Observe uma lâmpada incandescente: as linhas de campo podem ser observadas a olho nú, pela passagem rápida dos elétrons pelo filete de tungstênio. Só que no caso, o jato está disperso em igual frequência e comprimento de onda por todos os lados. Na realidade, linhas de campo de força retas só ocorrem nos polos. O planeta terra possui muito ferro e elementos químicos que fazem com que ocorra seu giro de 24 horas em grande velocidade, sendo porisso grande seu efeito magnético e a possibilidade de emissão de jatos de raios refletidos maiores nos polos, que coincidem com o giro norte e sul, diferente de um pulsar.
    Wagner Feldmann
    Engº Químico e Professor de Química e Física
    (12) 38362032 (12) 81984605

  1. Buracos Negros Supermassivos de galáxias em colisão gritam em ondas de rádio » O Universo - Eternos Aprendizes

    […] é assim tão luminosa e ainda menos dão um passo em frente e formam o que é conhecido como ‘jatos relativísticos’ [1]. Os dois jatos de plasma altamente velozes movem-se quase à velocidade da luz e fluem para […]

  2. Cinturão de Fotóns e os Sintomas da Ascensão « Maitreya

    […] negro supermassivo no centro da galáxia. Em muitas outras galáxias, os astrônomos têm observado jatos de partículas ultra velozes alimentados pela matéria em acresção atraída por um buraco ne…. Embora não haja uma evidência direta de que o buraco negro da Via Láctea emita atualmente esse […]

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