Cientistas identificaram a origem de um dos jatos de plasma mais potentes do universo: uma nuvem de gás quente situada a cerca de 1,6 bilhão de quilômetros do centro de um buraco negro. A descoberta desafia modelos teóricos que preveem ser impossível lançar jatos quando matéria cai rapidamente no buraco negro.
O buraco negro da galáxia 3C 120, na constelação do Touro, alimenta-se rapidamente e deveria impedir a formação de qualquer jato. Apesar disso, lança um feixe de plasma que viaja quase à velocidade da luz, e os astrônomos agora sabem por quê.
Como os cientistas viram o invisível
Pesquisadores da Universidade de Tohoku e da Universidade de Nagoya City. Ambas no Japão, usaram o satélite japonês de raios X XRISM para observar a galáxia durante 55 horas em março de 2025.
O instrumento mede a energia de cada raio X com precisão inédita, permitindo ler sinais de átomos de ferro no disco de gás que alimenta o buraco negro.
Perto de um buraco negro, o sinal do ferro fica distorcido: o movimento do disco o desloca e a gravidade o arrasta para energias menores. Essa distorção revela aos astrônomos a distância exata entre o disco e o buraco negro.
Cinco semanas depois, 18 radiotelescópios espalhados pelo mundo observaram a mesma galáxia por 20 horas e formaram a Rede Global Millimeter VLBI. Ligados em uma cadeia que se estende por mais de 9.500 quilômetros, eles resolveram detalhes de 50 milionésimos de um arco de segundo.
O disco termina muito longe
O sinal do ferro mostrou algo surpreendente: o disco fino de gás termina a aproximadamente 17 vezes o raio gravitacional do buraco negro — ou seja. Perto de 1,6 bilhão de quilômetros do centro, mais distante que a órbita de Saturno em torno do Sol. Para um buraco negro com massa de 63 milhões de sóis, essa distância é enorme.
Nesse espaço entre o disco e o buraco negro, o gás se transformou em uma nuvem quente e dilatada. Nessa região, o jato emerge. O arranjo corresponde ao que a teoria prevê para a formação e a manutenção de um jato coeso — um resultado que reconcilia a observação com o modelo teórico esperado há muito tempo.
Por que isso importa para entender jatos
O magnetismo é a chave, e campos magnéticos presos ao buraco negro extraem energia de sua rotação para impulsionar o jato. O gás próximo ao buraco negro precisa manter esses campos no lugar, e apenas um fluxo quente e denso consegue carregar campos magnéticos fortes o suficiente.
Buracos negros que se alimentam lentamente, como o da galáxia M87, possuem esse tipo de fluxo e produzem jatos famosos.
Mas buracos negros que se alimentam rapidamente constroem um disco frio e fino que chega quase até o buraco negro — exatamente o que não deveria permitir um jato forte. Modelos computacionais indicam que tal disco não consegue levar campos magnéticos para o interior nem concentrar um jato num feixe estreito.
O 3C 120 quebra essa regra, oferecendo aos cientistas uma pista crucial sobre como a natureza resolve esse paradoxo.
O estudo observou apenas uma galáxia durante poucas semanas, e por isso, permanece em aberto se todos os buracos negros que se alimentam rapidamente e possuem jatos funcionam desse jeito. Mas a conexão direta entre o ambiente extremo perto do buraco negro e a origem do jato abre caminho para novas investigações sobre esses objetos mais violentos do cosmos.
Se o disco termina a 1,6 bilhão de quilômetros, como os astrônomos conseguem medir isso?
O satélite de raios X XRISM mede a energia de cada raio X com precisão extrema. Quando observa o ferro no disco que orbita próximo ao buraco negro. O sinal aparece distorcido: o movimento do disco o desloca para energias diferentes, e a gravidade intensa o arrasta ainda mais para energias menores.
Quanto mais espalhado e distorcido está o sinal, mais próximo o disco chega do buraco negro. O inverso também vale: se o sinal está menos distorcido, o disco termina mais longe. Assim, ao medir exatamente quanto o sinal do ferro está espalhado, os astrônomos conseguem calcular a distância exata em que o disco acaba.
