Astrónomos indianos identificam a primeira radiogaláxia com quatro ciclos de atividade de um buraco negro

Quatro gerações de jatos numa galáxia gigantesca

Uma galáxia que se estende por cerca de 4,2 milhões de anos-luz preserva vestígios de quatro episódios distintos de atividade em torno do seu buraco negro supermassivo central, proporcionando aos astrónomos um registo invulgarmente longo de um motor cósmico que se desliga e volta a arrancar.

Investigadores do Indian Institute of Science Education and Research (IISER) Pune e do National Centre for Radio Astrophysics (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 em torno do buraco negro.

A equipa descreve-a como a primeira radiogaláxia conhecida com indícios de quatro episódios deste tipo. Entre as dezenas de milhares de radiogaláxias estudadas pelos astrónomos, a maioria apresenta um período importante de atividade dos jatos. Apenas seis tinham sido identificadas anteriormente com indícios de três episódios.

O estudo foi liderado por Pavan Khadekar, doutorando no IISER Pune, sob a orientação de Dharam Vir Lal, do NCRA-TIFR, e de Ramana Athreya, do IISER Pune. Os resultados foram publicados no The Astrophysical Journal a 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 milhares de milhões de vezes superior à do Sol. A matéria que se acumula à sua volta pode formar um fluxo quente e em rotação. Parte da energia libertada nessa região pode alimentar jatos que se estendem muito para além do corpo visível da galáxia hospedeira.

Os astrónomos chamam radiogaláxia a uma galáxia quando as estruturas associadas a esta atividade brilham intensamente em comprimentos de onda de rádio. Os radiotelescópios detetam essa radiação e revelam estruturas que podem passar despercebidas em fotografias comuns, tiradas em luz visível.

Os jatos podem permanecer ativos durante milhões de anos antes de enfraquecerem. Um novo arranque pode lançar um par de jatos enquanto as estruturas mais antigas ainda são detetáveis mais longe. Assim, uma galáxia pode conservar várias gerações de atividade ao mesmo tempo, tal como marcas sucessivas numa paisagem podem preservar 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 mantém-se ao longo destes episódios; o que muda é a atividade associada à matéria à sua volta e aos jatos que esta alimenta.

Como a equipa reconstituiu a história da galáxia

Khadekar e os seus colegas combinaram observações do Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT), na Índia, do Very Large Array, nos Estados Unidos, e do telescópio MeerKAT, na África do Sul. Em conjunto, estas observações permitiram à equipa examinar a extensa estrutura de rádio da galáxia e distinguir as características associadas a diferentes episódios.

A prova decisiva foram quatro pares de pontos brilhantes. Um ponto brilhante é uma região luminosa associada a um jato, muitas vezes onde o fluxo rápido transfere energia para a matéria circundante. Estas regiões ajudam os astrónomos a acompanhar o percurso de um jato e a forma como interage com o meio envolvente.

Quatro pares significam oito regiões brilhantes, organizadas em quatro conjuntos associados. A identificação dos pares é importante porque os jatos tendem a sair em direções opostas a partir da região central. Os investigadores interpretaram os quatro conjuntos como indícios de gerações distintas, e não de um único episódio contínuo.

Athreya não estava inicialmente convencido de que a galáxia tivesse entrado numa quarta fase de atividade, apesar da insistência de Lal. Disse que foi preciso tempo para reunir provas convincentes. Esse escrutínio foi fundamental para a descoberta: identificar uma quarta geração exigiu que a equipa estabelecesse de que forma as estruturas observadas se relacionavam entre si.

Uma história medida em milhões de anos

As idades estimadas das gerações de pontos brilhantes variam entre cerca de seis milhões e 21 milhões de anos. Os investigadores situam também o início do episódio de atividade mais recente há alguns milhões de anos. Estas estimativas descrevem uma história reconstituída a partir da emissão de rádio da galáxia, e não mudanças observadas ao longo de uma vida humana.

A sequência geral é a seguinte:

• Cerca de 21 milhões de anos: o limite mais antigo do intervalo de idades estimadas associado às gerações de jatos observadas.
• Cerca de seis milhões de anos: o limite mais recente desse intervalo estimado.
• Há alguns milhões de anos: início aproximado do quarto e mais recente episódio de atividade.
• 21 de outubro de 2026: data indicada para a publicação dos resultados no The Astrophysical Journal.

Os valores abrangem cerca de 15 milhões de anos entre os limites mais antigo e mais recente do intervalo referido. Isso dá uma ideia da profundidade do registo, embora os investigadores não tenham apresentado um calendário completo de cada novo arranque nem dos intervalos de inatividade entre eles.

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

Porque são invulgares os quatro episódios desta galáxia

J023721.13-010528.5 acrescenta um quarto capítulo a um tipo de história que os astrónomos raramente conseguiram reconstituir, mesmo quando inclui apenas três episódios. As seis galáxias anteriormente identificadas com três episódios constituíam exemplos de atividade repetida; este objeto prolonga essa sequência observada por mais uma geração.

A dimensão da galáxia torna este registo particularmente impressionante. Um ano-luz é a distância percorrida pela luz num ano, pelo que seriam necessários cerca de 4,2 milhões de anos para a luz atravessar uma extensão de 4,2 milhões de anos-luz. Neste caso, a dimensão indicada corresponde à enorme galáxia e à sua estrutura de rádio.

A forma em S é outro aspeto da geometria observada. O estudo identifica essa forma juntamente com os vários pares de pontos brilhantes, mas o relato da descoberta não estabelece a causa da curvatura. Explicar a forma e reconstituir os ciclos de atividade são tarefas relacionadas, que exigem atenção à disposição das estruturas de rádio.

O valor científico está em encontrar vários episódios sucessivos preservados em torno do mesmo motor central. Os investigadores podem comparar essas gerações dentro de uma única galáxia, onde partilham a mesma galáxia hospedeira e o mesmo meio envolvente, em vez de dependerem inteiramente de comparações entre objetos diferentes.

Os jatos estão a perder força ou a durar menos?

Os investigadores sugerem que os jatos podem perder potência, permanecer ativos durante menos tempo, ou ambas as coisas, a cada episódio sucessivo. Quatro gerações permitem estudar esta possibilidade com mais detalhe do que uma galáxia com apenas um reinício visível.

A potência e a duração são coisas diferentes. Um jato menos potente fornece energia mais lentamente. Um episódio mais curto fornece energia durante menos tempo. Qualquer destas mudanças pode alterar as estruturas que ficam para trás, enquanto o gás circundante também pode influenciar a expansão e o enfraquecimento de um jato.

A hipótese diz respeito, por isso, à forma como a emissão do buraco negro pode mudar ao longo de episódios repetidos. A descoberta proporciona aos investigadores um sistema onde podem estudar esse padrão, comparando os vestígios mais antigos com as estruturas mais recentes.

Ainda se desconhece por que razão a atividade para e recomeça repetidamente. A matéria que chega à região central alimenta o processo que impulsiona os jatos, pelo que eventuais mudanças nesse fornecimento são relevantes para compreender o ciclo. Será necessário estudar mais aprofundadamente as estruturas de rádio e o meio envolvente da galáxia para determinar o que aconteceu neste caso específico.

Três observatórios, um registo partilhado

A descoberta reuniu observações de instrumentos em três continentes. Diferentes observações de rádio podem ajudar os investigadores a examinar tanto estruturas brilhantes e compactas como emissões extensas muito mais ténues. Numa galáxia com várias gerações de atividade, recuperar esses vestígios mais antigos é essencial para reconstituir a sua história.

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

"Muitos radiotelescópios disponibilizam gratuitamente os seus dados a investigadores de todo o mundo. Esta filosofia de colaboração dos observatórios permite investigações mais abrangentes e uma utilização mais eficiente dos dados: diferentes cientistas podem usar as mesmas observações para explorar ideias distintas", afirmou Khadekar.

A combinação de observações do GMRT, do Very Large Array e do MeerKAT ilustra essa abordagem. Uma observação de rádio recolhida para uma investigação também pode conter provas úteis para outra, incluindo estruturas ténues cuja importância se torna evidente quando são analisadas em conjunto com outros dados.

Estudos futuros de galáxias semelhantes poderão ajudar a determinar a frequência da atividade repetida e se os jatos mais recentes tendem a perder potência ou a durar menos. Por agora, J023721.13-010528.5 constitui um caso raro com quatro gerações para estudar, alargando a história observada da atividade repetida de buracos negros para além dos exemplos conhecidos até aqui.

Principais conclusões

• Investigadores do IISER Pune e do NCRA-TIFR identificaram a primeira radiogaláxia conhecida com indícios de quatro episódios distintos de atividade de um buraco negro.
• A galáxia em forma de S J023721.13-010528.5 estende-se por cerca de 4,2 milhões de anos-luz.
• Quatro pares de pontos brilhantes assinalam diferentes gerações de jatos, com idades estimadas entre seis milhões e 21 milhões de anos.
• O episódio mais recente terá começado há alguns milhões de anos.
• A equipa combinou observações do GMRT, na Índia, do Very Large Array, nos Estados Unidos, e do telescópio MeerKAT, na África do Sul.
• Os investigadores sugerem que os jatos sucessivos podem perder potência ou permanecer ativos durante menos tempo. A causa das repetidas interrupções e retomas continua por esclarecer.