Astrônomos indianos identificam primeira galáxia de rádio com quatro ciclos de atividade de buraco negro

Quatro gerações de jatos em uma galáxia gigantesca

Uma galáxia que se estende por cerca de 4,2 milhões de anos-luz preservou evidências de quatro episódios distintos de atividade em torno de seu buraco negro supermassivo central, oferecendo aos astrônomos um registro excepcionalmente longo de uma fonte cósmica que se desliga e volta a entrar em atividade.

Pesquisadores do Instituto Indiano de Educação e Pesquisa Científica (IISER) de Pune e do Centro Nacional de Astrofísica de Rádio (NCRA-TIFR) identificaram quatro pares de estruturas brilhantes de rádio na galáxia em forma de S J023721.13-010528.5. Cada par está associado a uma geração diferente de jatos, poderosos fluxos de partículas energéticas lançados da região ao redor do buraco negro.

A equipe descreve o objeto como a primeira galáxia de rádio conhecida com evidências de quatro episódios desse tipo. Entre as dezenas de milhares de galáxias de rádio estudadas pelos astrônomos, a maioria apresenta um único período importante de atividade dos jatos. Apenas seis haviam sido identificadas anteriormente com evidências de três episódios.

O estudo foi liderado por Pavan Khadekar, doutorando no IISER Pune, sob orientação de Dharam Vir Lal, do NCRA-TIFR, e Ramana Athreya, do IISER Pune. Os resultados foram publicados no The Astrophysical Journal em 21 de outubro de 2026.

O que significa um ciclo de atividade de um buraco negro?

Um buraco negro supermassivo pode ter uma massa milhões ou bilhões de vezes maior que a do Sol. O material que se acumula ao seu redor pode formar um fluxo quente e giratório. Parte da energia liberada nessa região pode alimentar jatos que se estendem muito além do corpo visível da galáxia hospedeira.

Os astrônomos chamam uma galáxia de galáxia de rádio quando estruturas associadas a essa atividade emitem intensamente em comprimentos de onda de rádio. Radiotelescópios detectam essa radiação e revelam características que podem não aparecer em fotografias comuns feitas em luz visível.

Os jatos podem permanecer ativos por milhões de anos antes de enfraquecer. Uma retomada posterior pode lançar um novo par enquanto as estruturas mais antigas ainda são detectáveis em regiões mais distantes. Assim, uma galáxia pode preservar várias gerações de atividade ao mesmo tempo, como marcas sucessivas em uma paisagem que registram acontecimentos de diferentes épocas.

No caso de J023721.13-010528.5, a principal descoberta é a presença de quatro gerações no mesmo sistema. O buraco negro permanece no mesmo lugar ao longo desses episódios; o que muda é a atividade associada ao material ao seu redor e aos jatos que ele alimenta.

Como a equipe reconstruiu a história da galáxia

Khadekar e seus colegas combinaram observações do Radiotelescópio Gigante de Ondas Métricas (GMRT), na Índia, do Very Large Array, nos Estados Unidos, e do telescópio MeerKAT, na África do Sul. Em conjunto, essas observações permitiram à equipe examinar a extensa estrutura de rádio da galáxia e distinguir características associadas a diferentes episódios.

A evidência decisiva foi a identificação de quatro pares de pontos brilhantes. Um ponto brilhante é uma região luminosa associada a um jato, geralmente onde o fluxo rápido transfere energia para o material ao redor. Essas regiões ajudam os astrônomos a rastrear o percurso de um jato e suas interações com o ambiente.

Quatro pares significam oito regiões brilhantes, organizadas em quatro conjuntos associados. A formação de pares é importante porque os jatos geralmente emergem em direções opostas a partir da região central. Os pesquisadores interpretaram os quatro conjuntos como evidências de gerações distintas, e não de um único episódio contínuo.

Athreya inicialmente não estava convencido de que a galáxia tivesse chegado a uma quarta fase de atividade, apesar da insistência de Lal. Segundo ele, foi preciso tempo para reunir evidências convincentes. Esse rigor foi fundamental para a descoberta: identificar uma quarta geração exigiu que a equipe estabelecesse como as estruturas observadas se encaixavam.

Uma história medida em milhões de anos

As idades estimadas para as gerações de pontos brilhantes vão de cerca de seis milhões a 21 milhões de anos. Os pesquisadores também situam o início do episódio de atividade mais recente alguns milhões de anos atrás. Essas estimativas descrevem uma história reconstruída a partir da emissão de rádio da galáxia, e não mudanças observadas ao longo de uma vida humana.

A sequência geral é:

• Cerca de 21 milhões de anos: a extremidade mais antiga da faixa de idade estimada associada às gerações de jatos observadas.
• Cerca de seis milhões de anos: a extremidade mais recente dessa faixa estimada.
• Alguns milhões de anos atrás: início aproximado do quarto e mais recente episódio de atividade.
• 21 de outubro de 2026: data de publicação dos resultados no The Astrophysical Journal.

Os valores abrangem cerca de 15 milhões de anos entre as extremidades mais antiga e mais recente da faixa citada. Isso dá uma ideia da profundidade do registro, embora os pesquisadores não tenham apresentado um cronograma completo de cada retomada nem dos intervalos de inatividade entre elas.

Os astrônomos estimam a idade das estruturas de rádio com base em suas propriedades físicas e em modelos de sua evolução. As partículas energéticas mudam à medida que emitem radiação e se deslocam, deixando pistas no sinal de rádio. As idades obtidas são estimativas, portanto a sequência deve ser entendida na escala de milhões de anos.

Por que quatro episódios tornam esta galáxia incomum

J023721.13-010528.5 acrescenta um quarto capítulo a um tipo de história que os astrônomos raramente conseguiram acompanhar até mesmo em três etapas. As seis galáxias identificadas anteriormente com três episódios forneciam exemplos de atividade repetida; este objeto amplia em uma geração essa sequência observada.

A escala da galáxia torna esse registro especialmente impressionante. Um ano-luz é a distância percorrida pela luz em um ano, então uma extensão de 4,2 milhões de anos-luz significa que a luz levaria cerca de 4,2 milhões de anos para cruzá-la. Neste caso, o tamanho citado se refere à enorme galáxia e à sua estrutura de rádio.

O formato de S é outro aspecto da geometria observada. O estudo aponta essa forma junto com os vários pares de pontos brilhantes, mas o relato da descoberta não estabelece a causa da curvatura. Explicar o formato e reconstruir os ciclos de atividade são tarefas relacionadas que exigem atenção à disposição das estruturas de rádio.

O valor científico está em ter episódios sucessivos preservados em torno da mesma fonte central de energia. Os pesquisadores podem comparar essas gerações dentro de uma única galáxia, onde elas compartilham a mesma hospedeira e o mesmo ambiente, em vez de depender inteiramente de comparações entre objetos diferentes.

Os jatos estão ficando mais fracos ou mais curtos?

Os pesquisadores sugerem que os jatos podem perder potência, permanecer ativos por menos tempo ou apresentar ambas as mudanças a cada episódio sucessivo. Quatro gerações oferecem mais oportunidades para investigar essa possibilidade do que uma galáxia com apenas uma retomada visível.

Potência e duração descrevem aspectos diferentes. Um jato menos potente fornece energia mais lentamente. Um episódio mais curto fornece energia por menos tempo. Qualquer uma dessas mudanças pode alterar as estruturas deixadas para trás, enquanto o gás ao redor também pode influenciar a expansão e o enfraquecimento do jato.

A hipótese, portanto, diz respeito a como a emissão do buraco negro pode mudar ao longo de episódios repetidos. A descoberta oferece aos pesquisadores um sistema para investigar esse padrão, com remanescentes antigos e estruturas mais recentes disponíveis para comparação.

Ainda não se sabe por que a atividade para e recomeça repetidamente. O material que chega à região central alimenta o processo responsável pelos jatos, portanto mudanças nesse suprimento são relevantes para entender o ciclo. Para determinar o que aconteceu especificamente nesta galáxia, serão necessários mais estudos de suas estruturas de rádio e de seu ambiente.

Três observatórios, um registro compartilhado

A descoberta reuniu observações de instrumentos em três continentes. Diferentes observações de rádio podem ajudar os pesquisadores a examinar tanto estruturas brilhantes e compactas quanto emissões extensas muito mais tênues. No caso de uma galáxia com várias gerações de atividade, recuperar esses vestígios antigos é essencial para reconstruir sua história.

Khadekar, doutorando do IISER Pune que liderou o estudo, descreveu como o acesso aos dados dos observatórios contribuiu para a investigação:

"Muitos radiotelescópios disponibilizam seus dados gratuitamente a pesquisadores de todo o mundo. Essa filosofia colaborativa dos observatórios permite investigações mais abrangentes e um uso mais eficiente dos dados: diferentes cientistas podem usar as mesmas observações para explorar ideias distintas", disse Khadekar.

A combinação das observações do GMRT, do Very Large Array e do MeerKAT ilustra essa abordagem. Uma observação de rádio coletada para uma investigação também pode conter evidências úteis para outra, incluindo estruturas tênues cuja importância fica clara quando são analisadas junto com outros dados.

Novos estudos de galáxias semelhantes podem ajudar a determinar com que frequência ocorre atividade repetida e se os jatos posteriores costumam ficar mais fracos ou durar menos. Por enquanto, J023721.13-010528.5 oferece um caso raro com quatro gerações a serem examinadas, ampliando a história observada de atividade repetida de buracos negros além dos exemplos conhecidos até agora.

Pontos principais

• Pesquisadores do IISER Pune e do NCRA-TIFR identificaram a primeira galáxia de rádio conhecida com evidências de quatro episódios distintos de atividade de um buraco negro.
• A galáxia em forma de S J023721.13-010528.5 se estende por cerca de 4,2 milhões de anos-luz.
• Quatro pares de pontos brilhantes indicam diferentes gerações de jatos, com idades estimadas entre seis milhões e 21 milhões de anos.
• O episódio mais recente parece ter começado alguns milhões de anos atrás.
• A equipe combinou observações do GMRT, na Índia, do Very Large Array, nos Estados Unidos, e do telescópio MeerKAT, na África do Sul.
• Os pesquisadores sugerem que os jatos sucessivos podem ficar mais fracos ou permanecer ativos por menos tempo. Ainda não se sabe a causa das repetidas interrupções e retomadas.