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UM BURACO NEGRO ENFRAQUECIDO PERMITE QUE A SUA GALÁXIA "DESPERTE"
26 de novembro de 2019

 


O Enxame da Fénix contém o primeiro buraco negro supermassivo confirmado que não consegue impedir a formação de grandes números de estrelas no núcleo do enxame de galáxias onde reside.
Esta imagem foi composta a partir de dados obtidos pelo Chandra, pelo Hubble e pelo VLA. Os raios-X do Chandra ilustram gás quente em roxo e a emissão rádio do VLA mostra jatos em vermelho. Os dados óticos do Hubble mostram galáxias (em amarelo) e filamentos de gás mais frio onde as estrelas se estão a formar (em azul claro).
Crédito: NASA, ESA e NRAO (clique aqui para ver versão legendada)

 

Os astrónomos confirmaram o primeiro exemplo de um enxame de galáxias onde um grande número de estrelas está a nascer no seu núcleo. Usando dados de telescópios espaciais da NASA e de um observatório de rádio da NSF (National Science Foundation), investigadores reuniram novos detalhes sobre como os buracos negros mais massivos do Universo afetam as suas galáxias hospedeiras.

Os enxames de galáxias são as maiores estruturas do cosmos mantidas juntas pela gravidade, consistindo de centenas ou milhares de galáxias embebidas em gás quente, bem como de matéria escura invisível. Os maiores buracos negros supermassivos encontram-se em galáxias nos centros destes enxames.

Durante décadas, os astrónomos procuraram enxames galácticos contendo ricos berçários de estrelas nas suas galáxias centrais. Em vez disso, encontraram buracos negros gigantes e poderosos, bombardeando energia através de jatos de partículas altamente energéticas e mantendo o gás demasiado quente para formar muitas estrelas.

Agora, os cientistas têm evidências convincentes de um enxame de galáxias em que as estrelas se formam a uma velocidade furiosa, aparentemente ligadas a um buraco negro menos eficaz no seu centro. Neste enxame único, os jatos do buraco negro central parecem ajudar na formação estelar. Os investigadores usaram novos dados do Observatório de raios-X Chandra e do Telescópio Espacial Hubble da NASA, e do VLA (Karl Jansky Very Large Array) da NSF para esclarecer observações anteriores deste enxame.

"Este é um fenómeno que os astrónomos têm tentado encontrar há muito tempo," disse Michael McDonald, astrónomo do MIT (Massachusetts Institute of Technology) que liderou o estudo. "Este enxame demonstra que, em alguns casos, o 'output' energético de um buraco negro pode realmente melhorar o arrefecimento, levando a consequências dramáticas."

O buraco negro está no centro de um enxame de galáxias chamado Enxame da Fénix, localizado a mais ou menos 5,8 mil milhões de anos-luz da Terra na direção da constelação da Fénix. A grande galáxia que hospeda o buraco negro é cercada por gás quente com temperaturas de milhões de graus. A massa deste gás, equivalente a biliões de sóis, é várias vezes maior do que a massa combinada de todas as galáxias do enxame.

Este gás quente perde energia à medida que brilha em raios-X, o que deve fazer com que arrefeça até formar um grande número de estrelas. No entanto, em todos os outros enxames galácticos observados, explosões energéticas impulsionadas por um buraco negro fazem com que a maior parte do gás quente não arrefeça, impedindo o nascimento generalizado de estrelas.

"Imagine usar um ar condicionado na sua casa num dia quente, mas depois acender a sua lareira. A sua sala de estar não consegue arrefecer adequadamente até que apague o fogo," disse o coautor Brian McNamara da Universidade de Waterloo no Canadá. "Da mesma forma, quando a capacidade de aquecimento de um buraco negro é desativada num enxame de galáxias, o gás pode então arrefecer."

As evidências desta rápida formação estelar no Enxame da Fénix já tinham sido anteriormente relatadas em 2012 por uma equipa liderada por McDonald. Mas foram necessárias observações mais profundas para aprender detalhes sobre o papel do buraco negro central no renascimento de estrelas na galáxia central, e como isso pode mudar no futuro.

Combinando longas observações em raios-X, no visível e no rádio, os investigadores obtiveram uma melhoria de dez vezes na qualidade dos dados em comparação com as observações anteriores. Os novos dados do Chandra revelam que o gás quente está a arrefecer quase ao ritmo esperado na ausência de energia injetada por um buraco negro. Os novos dados do Hubble mostram que estão localizadas cerca de 10 mil milhões de massas solares de gás frio ao longo dos filamentos que conduzem ao buraco negro, e jovens estrelas estão a formar-se a partir deste gás frio a um ritmo de mais ou menos 500 massas solares por ano. Em comparação, a Via Láctea forma estrelas a um ritmo de aproximadamente uma massa solar por ano.

Os dados rádio do VLA revelam jatos saindo da vizinhança do buraco negro central. Estes jatos provavelmente inflaram bolhas no gás quente detetado nos dados do Chandra. Tanto os jatos quanto as bolhas são evidências do rápido crescimento do buraco negro. No início deste crescimento, o buraco negro pode ter sido subdimensionado, em comparação com a massa da sua galáxia hospedeira, o que permitiria que o arrefecimento rápido não tivesse controlo.

"No passado, as explosões do buraco negro subdimensionado podem ter sido simplesmente fracas demais para aquecer os seus arredores, permitindo que o gás quente começasse a arrefecer," disse o coautor Matthew Bayliss, investigador do MIT durante este estudo, mas que recentemente ingressou no corpo docente da Universidade de Cincinnati. "Mas, à medida que o buraco negro se tornou mais massivo e mais poderoso, a sua influência aumentou."

O arrefecimento pode continuar quando o gás é transportado para longe do centro do enxame pelas explosões do buraco negro. A uma distância maior da influência do aquecimento do buraco negro, o gás arrefece mais depressa do que pode cair para o centro do enxame. Este cenário explica a observação de que o gás frio está localizado em redor das cavidades, com base numa comparação dos dados do Chandra e do Hubble.

Eventualmente, a explosão gerará turbulência, ondas sonoras e ondas de choque suficientes (parecidas às explosões sónicas produzidas pelos aviões supersónicos) para fornecer fontes de calor e impedir mais arrefecimento. Isto continuará até que a explosão cesse e o acumular de gás frio possa recomeçar. O ciclo inteiro pode então repetir-se.

"Estes resultados mostram que o buraco negro tem ajudado temporariamente na formação estelar, mas quando este se fortalece os seus efeitos começam a imitir os de buracos negros noutros enxames, sufocando mais nascimento estelar," acrescentou o coautor Mark Voit da Universidade Estatal do Michigan em East Lansing, EUA.

A ausência de objetos semelhantes mostra que os enxames de galáxias e os seus enormes buracos negros passam pela rápida fase de formação estelar de forma relativamente acelerada.

O artigo que descreve estes resultados foi publicado numa edição recente da revista The Astrophysical Journal e uma pré-impressão está disponível online.

 


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As diferentes exposições obtidas pelo Chandra, Hubble e VLA que resultam na composição da esquerda.
Crédito: NASA, ESA e NRAO


// Hubblesite (comunicado de imprensa)
// Observatório de raios-X Chandra (comunicado de imprensa)
// MIT (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (The Astrophysical Journal)
// Artigo científico (arXiv.org)

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CCVAlg - Astronomia:
17/08/2012 - O incrível Enxame da Fénix

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