Neutrino Pode Ter Sido Gerado Pela Interação de Jatos Emitidos Por Par de Buracos Negros Supermassivos

O evento de neutrino, IceCube 170922A, detectado no IceCube Neutrino Observatory localizado no Polo Sul, parece ter originado de uma galáxia distante ativa, conhecida como TXS 0506+056, localizada a 3.8 bilhões de anos-luz de distância da Terra. A TXS 0506+056 é uma das muitas galáxias ativas e essa detecção mantém um mistério, por que e como, só essa galáxia em particular gerou neutrinos até agora.

Uma equipe internacional de astrônomos, estudou observações feitas em ondas de radio de alta resolução, da fonte, entre 2009 e 2018, antes e depois do evento de neutrino. E a equipe propõem que o aumento na atividade de neutrinos durante um flare anterior e o neutrino único, poderiam ter sido gerados por colisões que acontecem dentro da TXS 0506+056. O impacto do jato de material perto do buraco negro supermassive da galáxia parece ter produzido os neutrinos.

Em 12 de Julho de 2018, a colaboração IceCube anunciou a detecção do primeiro neutrino de alta energia, o evento chamado de IceCube 170922A, que pôde ser rastreado até a sua origem. Enquanto a origem cósmica dos neutrinos tinha sido estimada e pensada por um bom tempo já, esse foi o primeiro evento de neutrino do espaço externo que teve a sua origem confirmada. O lar desse neutrino é um Núcleo Ativo de Galáxia, ou um AGN, uma galáxia que tem no seu coração um buraco negro supermassivo que está num processo voraz de alimentação. Uma equipe internacional pôde agora clarear o mecanismo de produção do neutrino e encontrou um equivalente na Terra: uma colisão cósmica do material no jato emitido pelo AGN.

Os AGNs são os objetos mais energéticos do universo. Eles têm um buraco negro supermassivo no seu centro, a matéria está sendo acumulada e jatos de plasma, são lançados no espaço intergaláctico. Os objetos conhecidos como BL Lac, formam uma classe especial desses AGNs, onde os jatos estão diretamente apontados para nós e dominam a radiação observada. O evento de neutrino IceCube 170922A, parece ter originado do objeto BL Lac TXS 0506+056, uma galáxia com um desvio para o vermelho, z=0.34, correspondendo a uma distância de 3.8 bilhões de anos-luz. Uma análise dos dados de arquivos do IceCube pela Colcaboração IceCube, revelou evidências de um aumento na atividade de neutrinos, antes, entre Setembro de 2014 e Março de 2015.

Outros objetos BL Lac mostram propriedades similares ao TXS 0506+056. E aí é que está o mistério, pois aparentemente, somente o TXS 0506+056 tem uma emissão de neutrinos. O que será que faz esse objeto especial? Ao responder essa pergunta, os astrônomos poderão entender o processo de criação de neutrinos e localizar locais de emissões e estudar uma série de imagens de rádio de alta resolução do jato.

Para a surpresa dos astrônomos, eles encontraram um interação inesperada entre o material do jato no TXS 0506+056. Enquanto os jatos de plasma normalmente fluem em um tipo de canal, a situação é diferente no objeto em estudo. A equipe propôs que o aumento na atividade de neutrinos durante um flare de neutrino em 2014-2015 e a emissão única de neutrino do evento IceCube 170922A pode ter sido gerada por uma colisão cósmica dentro da fonte.

Essa colisão cósmica pode ser explicada por um novo material de jato colididno dentro de um material de jato mais antigo. Uma estrtura fortemente curvada do jato fornece o local perfeito para esse tipo de cenário. Outra explicação envolve a colisão de dois jatos na mesma fonte. Em ambos os cenários, é uma colisão ocorrida dentro do jato que gera o neutrino. Foram realizados cálculos que indicam radiação e emissão de partículas. Essa colisão do material dentro do jato é atualmente o único mecanismo viável que pode explicar a detecção de neutrino dessa fonte. Ela também nos fornece uma ideia importante sobre o material do jato e resolve uma questão antiga se os jatos consistem de elétrons e pósitrons, ou se consistem de elétrons e prótons, ou uma combinação dos dois tipos. Pelo menos uma parte do jato tem que ser dominada por elétrons e prótons, caso contrário não teríamos detectado o neutrino.

No decorrer da evolução cósmica do nosso universo, colisões de galáxias parecem ser um fenômeno frequente. Assumindo que ambas as galáxias contêm buracos negros supermassivos centrais, as colisões galácticas, podem resultar em um par de buracos negros no centro. Esse par pode eventualmente se fundir e produzir um buraco negro supermassivo ainda maior resultante, além de gerar ondas gravitacionais nesse processo.

AGNs com um par de buracos negros e com pequena separação é algo que os astrônomos procuram por muito tempo. Contudo, eles parecem ser muito raros e difíceis de serem identificados. Além da colisão do material no jato, a equipe também descobriu evidências da precessão do jato central da TXS 0506+056. Essa precessão pode, em geral, ser explicada, pela presença de um buraco negro supermassivo, ou pode ser um efeito conhecido como precessão Lense-Thirring, algo que foi previsto pela Teoria Geral da Relatividade de Einstein. Essa precessão pode ter sido disparada por um segundo buraco negro mais distante no centro. Ambos os cenários levam ao jato que observamos.

Quanto mais nós olhamos a fonte do jato, mais complicada fica a estrutura interna do jato e a sua dinâmica. Embora buracos negros binários produzam uma estrutura de fluxo mais complexa, a sua existência é naturalmente esperada pelos modelos cosmológicos de formação de galáxias e de fusão de galáxias.

Essa é a primeira vez que uma potencial colisão de dois jatos na escala de poucos anos-luz tem sido reportada, e a detecção do neutrino cósmico pode ser traçada de volta até a colisão cósmica dos jatos.

Embora a TXS 0506+056 não seja uma galáxia representativa da classe dos objetos BL Lac, essa fonte poderia fornecer o local exato para uma interação repetida do material no jato e a geração de neutrinos.

Fonte:

https://www.mpifr-bonn.mpg.de/pressreleases/2019/9

Sérgio Sacani

Sérgio Sacani

Formado em geofísica pelo IAG da USP, mestre em engenharia do petróleo pela UNICAMP e doutor em geociências pela UNICAMP. Sérgio está à frente do Space Today, o maior canal de notícias sobre astronomia do Brasil.

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