ALMA OBSERVA UM DONUT GIRATÓRIO DE GÁS E POEIRA EM REDOR DE UM BURACO NEGRO SUPERMASSIVO 16 de fevereiro de 2018
Impressão de artista d otoro gasoso e empoeirado em torno de um buraco negro supermassivo ativo. O ALMA revelou a rotação do toro muito claramente pela primeira vez.
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)
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Observações de alta resolução com o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) captaram um toro de gás rotativo e empoeirado em torno de um buraco negro supermassivo ativo. A existência de tais estruturas giratórias em forma de donut foi sugerida pela primeira vez há algumas décadas, mas esta é a primeira vez que uma foi confirmada tão claramente. Este é um passo importante na compreensão da coevolução de buracos negros supermassivos e das suas galáxias hospedeiras.
Quase todas as galáxias contêm buracos negros monstruosos escondidos nos seus centros. Os investigadores sabem há muito tempo que quanto mais massiva é a galáxia, mais massivo é o buraco negro central. Isto parece lógico ao início, mas as galáxias hospedeiras são dez mil milhões de vezes maiores que os buracos negros centrais; deveria ser difícil para dois objetos de escalas tão diferentes se afetarem diretamente. Então, como é que se pode desenvolver uma tal relação?
Com o objetivo de resolver este problema sombrio, uma equipa de astrónomos utilizou a alta resolução do ALMA para observar o centro da galáxia espiral M77. A região central de M77 é um "núcleo galáctico ativo", ou NGA, o que significa que a matéria está a cair vigorosamente em direção ao buraco negro supermassivo central e a emitir luz intensa. Os NGAs podem afetar fortemente o ambiente circundante, portanto, são objetos importantes para resolver o mistério da coevolução das galáxias e dos buracos negros.
A equipa fotografou a área em redor do buraco negro supermassivo de M77 e discerniu uma estrutura gasosa e compacta com um raio de 20 anos-luz. E os astrónomos descobriram que a estrutura compacta gira em torno do buraco negro, conforme esperado.
"Para interpretar várias características observacionais dos NGAs, os astrónomos assumiram estruturas giratórias e gasosas em forma de donut e em redor dos buracos negros supermassivos ativos. Isto é o que se chama de 'modelo unificado' do NGA," explicou Masatoshi Imanishi, do NAOJ (National Astronomical Observatory of Japan), o autor principal do artigo publicado na revista The Astrophysical Journal Letters. "No entanto, o donut gasoso e empoeirado é muito pequeno em aparência. Com a alta resolução do ALMA, podemos agora ver diretamente a estrutura."
Muitos astrónomos já tinham observado antes o centro de M77, mas nunca tinha a rotação do donut gasoso sido vista tão nitidamente em torno do buraco negro. Além da resolução superior do ALMA, a seleção das linhas de emissão molecular a observar foi fundamental para revelar a estrutura. A equipa observou a emissão específica de micro-ondas das moléculas de cianeto de hidrogénio (HCN) e iões formílicos (HCO+). Estas moléculas emitem micro-ondas apenas em gás denso, enquanto o mais frequentemente observado monóxido de carbono (CO) emite micro-ondas sob várias condições. Assume-se que o toro em torno do NGA é muito denso, e a estratégia da equipa foi muito bem acertada.
"As observações anteriores revelaram o alongamento este-oeste do toro gasoso empoeirado. A dinâmica revelada a partir dos nossos dados ALMA concorda exatamente com a orientação rotacional esperada do toro," afirma Imanishi.
Curiosamente, a distribuição do gás em torno do buraco negro supermassivo é muito mais complicada do que um modelo unificado simples sugere. O toro parece ter uma assimetria e a rotação não está apenas a seguir a gravidade do buraco negro, mas também contém um movimento altamente aleatório. Estes factos podem indicar que o NGA teve uma história violenta, possivelmente incluindo uma fusão com uma pequena galáxia. No entanto, a identificação do toro giratório é um passo importante.
A Via Láctea, onde vivemos, também tem um buraco negro supermassivo no seu centro. Este buraco negro encontra-se, no entanto, num estado muito calmo. Apenas está a acretar uma pequena quantidade de gás. Portanto, para investigar em detalhe um NGA, os astrónomos precisam de observar os centros de galáxias distantes. M77 tem um dos NGAs mais próximos e é um objeto adequado para examinar o centro em detalhe.
A região central da galáxia espiral M77. O Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA fotografou a distribuição das estrelas. O ALMA revelou a distribuição do gás no centro da galáxia. O ALMA fotografou uma estrutura em forma de ferradura com um raio de 700 anos-luz e um componente central compacto com um raio de 20 anos-luz. Este último é o toro gasoso em redor do NGA. O vermelho indica a emissão dos iões formílicos (HCO+) e o verde indica a emissão do cianeto de hidrogénio.
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Imanishi et al., Telescópio Espcial Hubble da NASA/ESA e A. van der Hoeven
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O movimento do gás em torno do buraco negro supermassivo no centro de M77. O gás que se move na nossa direção é mostrado em azul e o que se move na direção oposta em vermelho. A rotação do gás está centrada em torno do buraco negro.
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Imanishi et al.
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