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Os buracos negros supermassivos nos núcleo de galáxias libertam radiação e ventos ultra-rápidos, como ilustrado nesta impressão de artista. Os telescópios NuSTAR da NASA e XMM-Newton da ESA mostraram que estes ventos, contendo átomos altamente ionizados, sopram de uma forma quase esférica.
Crédito: NASA/JPL-Caltech
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O NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) da NASA e o XMM-Newton da ESA estão a mostrar que ventos fortes de um buraco negro supermassivo sopram para fora em todas as direções - um fenómeno que há muito se suspeitava, mas que era difícil de provar até agora.
Esta descoberta deu aos astrónomos a sua primeira oportunidade para medir a força destes ventos ultra-rápidos e para provar que são suficientemente poderosos para inibir a capacidade da galáxia hospedeira em fabricar novas estrelas.
"Nós sabemos que os buracos negros nos centros de galáxias podem alimentar-se de matéria e este processo pode produzir ventos. Pensa-se que isto regula o crescimento das galáxias," afirma Fiona Harrison do Instituto de Tecnologia da Califórnia, em Pasadena, EUA. Harrison é a investigadora principal do NuSTAR e coautora de um novo artigo sobre estes resultados publicado na revista Science. "Ao sabermos a velocidade, forma e tamanho dos ventos, podemos descobrir quão poderosos são."
Os buracos negros supermassivos sopram matéria para as suas galáxias hospedeiras, ventos em raios-X que viajam até um-terço da velocidade da luz. No novo estudo, os astrónomos determinaram que PDS 456, um buraco negro extremamente brilhante conhecido como quasar a mais de 2 mil milhões de anos-luz de distância, sustenta ventos que transportam mais energia a cada segundo do que aquela emitida por um bilião de sóis.
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O telescópio NuSTAR da NASA, lançado em Junho de 2012, observou a porção de alta energia do espectro de luz em raios-X emitida pelo buraco negro supermassivo denominado PDS 456.
Crédito: NASA
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"Sabemos agora que os ventos dos quasares contribuem significativamente para a perda de massa numa galáxia, que é o combustível para a formação estelar," explica o autor principal do estudo, Emanuele Nardini, da Universidade Keele na Inglaterra.
O NuSTAR e o XMM-Newton observaram simultaneamente PDS 456 em cinco ocasiões diferentes em 2013 e 2014. Os telescópios espaciais complementam-se um ao outro através da observação de diferentes partes do espectro de luz em raios-X: o XMM-Newton observa baixa energia e o NuSTAR alta energia.
As observações anteriores do XMM-Newton identificaram ventos soprando na nossa direção, mas não conseguiram determinar se estes sopravam em todas as direções. O XMM-Newton detetou átomos de ferro, que são transportados pelos ventos juntamente com outra matéria, apenas diretamente na frente do buraco negro, onde bloqueiam os raios-X. Combinando dados de raios-X mais energéticos de observações do NuSTAR com observações do XMM-Newton, os cientistas foram capazes de descobrir assinaturas do ferro espalhadas nos lados, provando que os ventos emanam do buraco negro não como um feixe, mas de uma forma quase esférica.
"Este é um grande exemplo da sinergia entre o XMM-Newton e o NuSTAR," afirma Norbert Schartel, cientista do projeto XMM-Newton na ESA. "A complementaridade entre estes dois observatórios de raios-X permite-nos revelar detalhes previamente escondidos sobre o lado poderoso do universo."
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O telescópio XMM-Newton da ESA observou a porção de baixa energia do espectro de luz em raios-X emitida por PDS 456.
Crédito: ESA
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Sabendo a forma e extensão dos ventos, os investigadores puderam, então, determinar a força dos ventos e o grau com que conseguem inibir a formação de novas estrelas.
Os astrónomos pensam que os buracos negros supermassivos e as suas galáxias hospedeiras evoluem juntos e regulam o crescimento de cada um. A evidência para tal vem de observações dos bojos centrais de galáxias - quanto mais massivo o bojo central, maior o buraco negro supermassivo.
Esta última descoberta demonstra que o buraco negro supermassivo e os seus ventos de alta velocidade afetam significativamente a galáxia hospedeira. À medida que o buraco negro cresce em tamanho, os seus ventos empurram para a galáxia enormes quantidades de matéria, o que em última análise interrompe a formação de novas estrelas.
Tendo em conta que PDS 456, por padrões cósmicos, está relativamente perto, é brilhante o suficiente para ser estudado em detalhe. Este buraco negro dá aos astrónomos um olhar único sobre uma era distante do nosso universo, há cerca de 10 mil milhões de anos, quando os buracos negros supermassivos e os seus ventos furiosos eram mais comuns e, possivelmente, quando formaram as galáxias que vemos hoje.
"Para um astrónomo, o estudo de PDS 456 é como se um paleontólogo estudasse um dinossauro vivo," comenta o coautor Daniel Stern do JPL da NASA. "Somos capazes de investigar a física destes sistemas importantes com um nível de detalhe não possível para aqueles encontrados a distâncias mais comuns, durante a 'Idade dos Quasares'."
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NASA (comunicado de imprensa)
ESA (comunicado de imprensa)
Universidade Keele
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Quasar:
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Buraco negro supermassivo:
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NuSTAR:
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Observatório XMM-Newton:
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