O primeiro buraco negro já visto está fazendo algo nunca observado antes.

Imagens feitas ao longo do tempo do buraco negro mais “fotogénico” do Universo revelam mudanças estranhas e empolgantes no seu campo magnético.

Com base em observações do Telescópio do Horizonte de Eventos realizadas em 2017, 2018 e 2021, cientistas reconstruíram a evolução da polarização da luz em torno de M87*. O resultado indica que, embora o buraco negro em si se mantenha estável, do lado de fora do horizonte de eventos existe um “tempo” cósmico turbulento e altamente dinâmico.

Mais do que isso: entre 2017 e 2021, o campo magnético parece ter invertido completamente o sentido - a primeira vez que se observa uma viragem desse tipo no ambiente imediato de um buraco negro. Essas evidências podem ajudar a explicar como esses gigantes cósmicos se alimentam e o que impulsiona os jatos extremos que disparam para o espaço intergaláctico.

M87*: o buraco negro supermassivo e os jatos no coração da galáxia

M87* é um buraco negro supermassivo localizado numa galáxia a cerca de 55 milhões de anos-luz (aproximadamente 17 megaparsecs) de distância, com massa de cerca de 6,5 mil milhões de vezes a massa do Sol. Por ter sido o primeiro alvo da colaboração do Telescópio do Horizonte de Eventos a ter a sua “sombra” registada, tornou-se um dos buracos negros supermassivos mais estudados de todo o Universo.

Desde a divulgação da imagem icónica em 2019, a colaboração continuou a observar o M87*, reunindo dados em diferentes anos para acompanhar possíveis alterações no material quente que se agita nas proximidades do seu limite visível. Essas campanhas incluem, até agora, algumas das melhores observações do local onde os jatos são lançados a partir dos polos de um buraco negro ativo.

“Jatos como o de M87 têm um papel central em moldar a evolução das suas galáxias hospedeiras”, explica o astrónomo Eduardo Ros, do Instituto Max Planck de Radioastronomia, na Alemanha. “Ao regular a formação de estrelas e distribuir energia por distâncias imensas, eles influenciam o ciclo de vida da matéria em escalas cósmicas.”

Campo magnético, disco de acreção e a origem dos jatos perto do horizonte de eventos

Acredita-se que o campo magnético seja uma peça-chave para a formação dos jatos. À medida que a matéria se aproxima do buraco negro, ela tende a organizar-se num disco em torno do equador. Porém, nem tudo o que chega à borda interna desse disco acaba inevitavelmente a atravessar o horizonte de eventos para nunca mais ser observado.

Segundo a teoria, uma parte do material é desviada ao longo das linhas de campo magnético que envolvem o horizonte de eventos. Esse material é acelerado em direção aos polos e, a partir daí, é expelido para o espaço a velocidades extremamente altas, próximas à da luz no vácuo. Os jatos resultantes podem atravessar o cosmos por até milhões de anos-luz.

Para compreender como esses jatos conseguem surgir num ambiente tão extremo e próximo de um buraco negro, a equipa do Telescópio do Horizonte de Eventos produziu uma sequência de imagens de M87* em vários anos e analisou-as em detalhe, com o objetivo de mapear as mudanças no material ao redor do buraco negro.

Polarização: o “rasto” da luz num ambiente magnetizado

Um foco especial foi dado à polarização da luz. Quando a luz atravessa uma região fortemente magnetizada, a orientação das suas ondas pode tornar-se mais ordenada e alinhada. Assim, mesmo que a aparência geral das imagens de M87* pareça variar pouco a olho nu, a inclusão dos dados de polarização revela alterações marcantes na estrutura do ambiente magnetizado.

Em termos simples, a polarização funciona como um indicador indireto do comportamento do plasma e das linhas de campo magnético muito perto do horizonte de eventos - uma região onde a gravidade é extrema e as condições físicas desafiam os modelos teóricos.

A inversão do campo magnético de M87* entre 2017 e 2021

A comparação entre os anos observados apontou uma mudança expressiva no padrão do campo magnético:

• 2017: os campos magnéticos pareciam formar uma espiral no sentido horário.
  
• 2018: o padrão mudou para o sentido anti-horário e deu sinais de se estabilizar.
  
• 2021: as linhas voltaram a aparecer em espiral no sentido anti-horário.

Em conjunto, esses resultados sugerem que os campos magnéticos ao redor de M87* podem variar de forma significativa em escalas de tempo cósmico muito curtas, enquanto o buraco negro em si permanece essencialmente o mesmo.

“O mais impressionante é que, enquanto o tamanho do anel se manteve consistente ao longo dos anos - confirmando a sombra do buraco negro prevista pela teoria de Einstein - o padrão de polarização muda de maneira significativa”, afirma o astrónomo Paul Tiede, do Centro de Astrofísica Harvard e Smithsonian.

“Isso mostra que o plasma magnetizado a girar junto ao horizonte de eventos está longe de ser estático; é dinâmico e complexo, levando os nossos modelos teóricos ao limite.”

O que estes resultados significam para a física de buracos negros

As novas medições desenham um cenário de ambiente turbulento e em constante transformação, no qual campos magnéticos intensos ajudam a orientar o fluxo de matéria: parte segue para além do horizonte de eventos, e parte é lançada ao espaço sob a forma de jatos gigantes.

Além de ajudar a explicar como os jatos são colimados e acelerados, acompanhar a polarização em múltiplas épocas também abre caminho para testar, com mais rigor, como a energia é transferida entre o disco, o plasma e os campos magnéticos nas vizinhanças imediatas de um buraco negro supermassivo.

Também vale lembrar que o Telescópio do Horizonte de Eventos é, na prática, uma rede de radiotelescópios espalhados pelo planeta que opera como um “instrumento do tamanho da Terra”. Essa abordagem permite ver detalhes incrivelmente pequenos - e, por isso, comparar anos diferentes torna-se essencial para separar o que é estrutura persistente do que é variabilidade real do sistema.

Próximos passos: rumo ao primeiro “filme” de M87*

Observações futuras devem aprofundar essas conclusões e oferecer uma visão ainda mais detalhada do ambiente magnético de M87*.

“Abrindo uma nova fronteira na astrofísica de buracos negros no domínio do tempo, o Telescópio do Horizonte de Eventos está a planear uma série ambiciosa de observações em sequência rápida ao longo de março e abril de 2026”, diz o astrónomo Remo Tilanus, do Observatório Steward da Universidade do Arizona.

“Estamos entusiasmados por nos prepararmos para capturar o primeiro filme de M87*, algo que está na nossa lista de desejos desde aquela primeira imagem de um buraco negro.”

A pesquisa foi publicada na revista Astronomia e Astrofísica.