Desvendando Jatos do Universo Primitivo: O Caso do Blazar OH 471

Introdução

Compreender como os buracos negros supermassivos (SMBHs) no universo primitivo lançaram e moldaram os poderosos jatos relativísticos observados em núcleos galácticos ativos (AGNs) é um enigma central na astrofísica. Esses jatos desempenham um papel crucial na co-evolução dos SMBHs e de suas galáxias hospedeiras ao longo do tempo cósmico. Enquanto estudos anteriores se concentraram em AGNs em distâncias mais moderadas, o exame de objetos do universo primitivo, como o blazar OH 471, oferece uma oportunidade única para sondar a física da acreção de SMBHs e da formação de jatos quando o universo era muito mais jovem. Esta pesquisa investiga os mecanismos por trás desses jatos cósmicos primitivos através da análise do blazar OH 471, localizado em um desvio significativo para o vermelho de z = 3,396.

Sondando o Mecanismo de Lançamento de Jatos

Para investigar como os jatos são lançados a partir de SMBHs no universo primitivo, os cientistas focaram no blazar OH 471. Este objeto é um blazar de alto desvio para o vermelho (z = 3,396), o que significa que é um tipo de núcleo galáctico ativo com um jato relativístico apontado quase diretamente para a Terra. O estudo de OH 471 oferece uma janela para as condições de formação de jatos quando o universo era significativamente mais jovem do que é hoje. A pesquisa empregou observações de monitoramento de rádio multifrequência e imagens de Interferometria de Muito Longa Base (VLBI) de alta resolução, abrangendo um período de três décadas, para examinar a estrutura e a variabilidade de OH 471 em escalas de milissegundos de arco.

Variabilidade de Rádio e Estrutura do Jato

O estudo das densidades de fluxo de rádio de OH 471 revelou um espectro auto-absorvido por síncrotron, que é indicativo de fortes campos magnéticos dentro do núcleo compacto da fonte. Ao analisar a modelagem espectral dessas densidades de fluxo de rádio, os pesquisadores puderam estimar o fluxo magnético transportado pelo jato. Essa estimativa é crucial porque permite uma comparação com as previsões teóricas para jatos impulsionados pela energia de spin do buraco negro, especificamente através do mecanismo de Blandford-Znajek. As descobertas sugerem que OH 471 está em um estado conhecido como disco magneticamente arrestado (MAD). Neste estado, o acúmulo de fluxo magnético perto do horizonte de eventos do buraco negro regula o fluxo de acreção, permitindo a extração eficiente da energia rotacional do buraco negro para alimentar o jato.

A análise de dados de VLBI ao longo de várias décadas forneceu insights sobre a estrutura e o movimento do jato. As observações revelaram velocidades aparentemente superluminais, indicando que o jato é altamente relativístico. O componente J2, localizado muito perto do núcleo, mostrou um movimento próprio correspondente a 4,4 vezes a velocidade da luz. Esse movimento rápido, juntamente com a evolução espectral de longo prazo, apoia a ideia de que os flares estão diretamente ligados à ejeção de novos componentes de jato do motor central. A associação temporal entre o surgimento de componentes de jato e flares de rádio sugere uma conexão direta entre a atividade de flare e a expulsão de matéria do núcleo.

Espectros de Rádio e Fluxo Magnético

O monitoramento de longo prazo do espectro de rádio de OH 471 mostrou variabilidade significativa, com uma notável evolução na frequência de turnover da auto-absorção por síncrotron. Essa variabilidade, juntamente com modelagem espectral detalhada, permitiu aos pesquisadores estimar a força do campo magnético e as densidades de partículas na região do núcleo. O estudo descobriu que o fluxo magnético do jato atinge ou até excede as previsões teóricas para jatos impulsionados pelo mecanismo de Blandford-Znajek, um processo que depende da energia de spin do buraco negro. Essa observação apoia fortemente o estado MAD para OH 471. Os valores estimados do fluxo magnético do jato foram comparados com o fluxo magnético previsto para um estado MAD. Os resultados indicaram que o fluxo magnético inferido do jato excede o limite teórico MAD, especialmente durante períodos de atividade crescente, sugerindo que o fluxo magnético se acumulou o suficiente para desencadear novos episódios de ejeção de jato. Esse forte fluxo magnético é visto como a força motriz por trás do poderoso jato observado a partir de OH 471.

Além disso, ao comparar o fluxo magnético de OH 471 com uma amostra de AGNs de desvio para o vermelho mais baixo, o estudo descobriu que OH 471 se alinha amplamente com a relação estabelecida entre o fluxo magnético do jato e quantidades relacionadas à taxa de acreção e massa do buraco negro. Essa consistência sugere que o paradigma do fluxo magnético, que explica o lançamento de jatos, permanece aplicável mesmo no universo primitivo. As descobertas indicam que os processos que impulsionam jatos poderosos são universais, estendendo-se do universo local a épocas cósmicas anteriores.

Conclusão

O estudo do blazar OH 471 de alto desvio para o vermelho fornece evidências convincentes de que o modo de acreção de Disco Magneticamente Arrestado (MAD) desempenha um papel dominante na alimentação dos proeminentes flares de rádio e jatos relativísticos observados em AGNs radio-luzes no universo primitivo. As descobertas indicam que o forte acúmulo de fluxo magnético perto do horizonte de eventos do buraco negro é essencial para extrair eficientemente a energia de spin do buraco negro para lançar esses poderosos jatos. Esta pesquisa destaca a importância da acreção MAD no crescimento de buracos negros supermassivos e na formação dos jatos relativísticos mais antigos. Estudos estatísticos futuros de amostras maiores de AGNs de alto desvio para o vermelho são necessários para confirmar firmemente o papel da acreção MAD na formação da paisagem cósmica primitiva.

Original source: "https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2024/05/aa49934-24/aa49934-24.html"