© ESA (ilustração de buraco negro supermassivo em galáxia ativa)
Uma equipe internacional liderada por Francesco Tombesi do Centro Aeroespacial Goddard da NASA em Greenbelt, no estado americano de Maryland, identificou um novo tipo de escoamento conduzido por buracos negros que parece ser suficientemente poderoso e comum para explicar esta ligação.
A maioria das grandes galáxias contém um buraco negro central com milhões de vezes a massa do Sol, mas as galáxias com buracos negros mais massivos possuem bojos que contêm, em média, estrelas velozes. Esta ligação sugere algum tipo de mecanismo de regeneração entre o buraco negro da galáxia e os seus processos de formação estelar. No entanto, não havia nenhuma explicação adequada de como a atividade do buraco negro massivo, que afeta fortemente uma região com várias vezes o tamanho do nosso Sistema Solar, podia influenciar o bojo galáctico, regiões aproximadamente um milhão de vezes maiores.
"Este era um verdadeiro enigma. Tudo apontava para que os buracos negros supermassivos conduzissem esta ligação, mas só agora estamos começando a compreender como o fazem," afirma Tombesi.
Os buracos negros ativos recebem o seu poder ao absorverem gradualmente o gás muito quente em torno de um vasto disco. Este disco quente situa-se dentro de uma coroa de partículas energéticas, e embora ambos sejam fortes fontes de raios X, esta emissão não consegue explicar as propriedades globais da galáxia. Perto do limite interior do disco, uma fração de matéria em órbita de um buraco negro é regularmente redirecionada para fora sob a forma de um jato de partículas. Embora estes jatos possam expelir material a metade da velocidade da luz, as simulações computacionais mostram que permanecem estreitos e depositam a maioria da sua energia além das regiões de formação estelar da galáxia.
Os astrônomos suspeitavam que lhes faltava algo. Ao longo da última década, emergiram novas evidências de um novo tipo de fluxo exterior conduzido por buracos negros. No centro de algumas galáxias ativas, as observações em raios X, em comprimentos de onda correspondentes àqueles do ferro fluorescente, mostram que esta radiação é absorvida. Isto significa que as nuvens de gás mais frio devem situar-se em frente da fonte de raios X. Estas linhas espectrais absorvidas estão deslocadas das suas posições normais para comprimentos de onda mais curtos; isto é, com um desvio para o azul, o que indica que as nuvens estão se dirigindo na nossa direção.
Em dois estudos publicados previamente, Tombesi e colegas mostraram que estas nuvens representam um tipo distinto de escoamento. No estudo mais recente, que aparece na última edição da revista mensal da Sociedade Astronômica Real, os pesquisadores estudaram 42 galáxias ativas vizinhas usando o satélite XMM-Newton da ESA para descobrir a localização e propriedades dos denominados "fluxos ultra-rápidos". As galáxias foram selecionadas a partir do catálogo "All-Sky Slew Survey" produzido pelo satélite RXTE (Rossi X-ray Timing Explorer) da NASA, todas localizadas a menos de 1,3 bilhões de anos-luz de distância.
Os fluxos apareceram em 40% da amostra, o que sugere que são características comuns das galáxias com buraco negros centrais. Em média, a distância entre as nuvens e o buraco negro central é menos de um décimo de um ano-luz. A sua velocidade média é aproximadamente 14% da velocidade da luz e é estimado que a quantidade de material necessário para alimentar este escoamento é cerca de uma massa solar por ano, comparável à velocidade de acreção destes buracos negros.
"Embora mais lentos que os jatos de partículas, estes jatos ultra-rápidos possuem velocidades muito superiores em relação a outros tipos de fluxos galácticos, o que os torna muito mais poderosos," explica Tombesi.
Ao remover massa que de outro modo caía para o buraco negro supermassivo, os fluxos ultra-rápidos travam o seu crescimento. Ao mesmo tempo, retiram gás das regiões de formação estelar no bojo galáctico, diminuindo e até parando a formação estelar nestas regiões ao afastar as nuvens de gás que representam o material bruto da construção de novas estrelas. Tal cenário explica naturalmente a ligação observada entre o buraco negro de uma galáxia ativa e as suas estrelas no bojo.
Tombesi e a sua equipe antecipam melhorias significativas na compreensão da função dos fluxos ultra-rápidos graças ao telescópio japonês de raios X Astro-H, com lançamento previsto para 2014. Entretanto, pretende focar-se na determinação detalhada dos mecanismos físicos que dão origem aos fluxos ultra-rápidos, um elemento importante na compreensão do panorama geral de como as galáxias ativas se formam, se desenvolvem e crescem.
A maioria das grandes galáxias contém um buraco negro central com milhões de vezes a massa do Sol, mas as galáxias com buracos negros mais massivos possuem bojos que contêm, em média, estrelas velozes. Esta ligação sugere algum tipo de mecanismo de regeneração entre o buraco negro da galáxia e os seus processos de formação estelar. No entanto, não havia nenhuma explicação adequada de como a atividade do buraco negro massivo, que afeta fortemente uma região com várias vezes o tamanho do nosso Sistema Solar, podia influenciar o bojo galáctico, regiões aproximadamente um milhão de vezes maiores.
"Este era um verdadeiro enigma. Tudo apontava para que os buracos negros supermassivos conduzissem esta ligação, mas só agora estamos começando a compreender como o fazem," afirma Tombesi.
Os buracos negros ativos recebem o seu poder ao absorverem gradualmente o gás muito quente em torno de um vasto disco. Este disco quente situa-se dentro de uma coroa de partículas energéticas, e embora ambos sejam fortes fontes de raios X, esta emissão não consegue explicar as propriedades globais da galáxia. Perto do limite interior do disco, uma fração de matéria em órbita de um buraco negro é regularmente redirecionada para fora sob a forma de um jato de partículas. Embora estes jatos possam expelir material a metade da velocidade da luz, as simulações computacionais mostram que permanecem estreitos e depositam a maioria da sua energia além das regiões de formação estelar da galáxia.
Os astrônomos suspeitavam que lhes faltava algo. Ao longo da última década, emergiram novas evidências de um novo tipo de fluxo exterior conduzido por buracos negros. No centro de algumas galáxias ativas, as observações em raios X, em comprimentos de onda correspondentes àqueles do ferro fluorescente, mostram que esta radiação é absorvida. Isto significa que as nuvens de gás mais frio devem situar-se em frente da fonte de raios X. Estas linhas espectrais absorvidas estão deslocadas das suas posições normais para comprimentos de onda mais curtos; isto é, com um desvio para o azul, o que indica que as nuvens estão se dirigindo na nossa direção.
Em dois estudos publicados previamente, Tombesi e colegas mostraram que estas nuvens representam um tipo distinto de escoamento. No estudo mais recente, que aparece na última edição da revista mensal da Sociedade Astronômica Real, os pesquisadores estudaram 42 galáxias ativas vizinhas usando o satélite XMM-Newton da ESA para descobrir a localização e propriedades dos denominados "fluxos ultra-rápidos". As galáxias foram selecionadas a partir do catálogo "All-Sky Slew Survey" produzido pelo satélite RXTE (Rossi X-ray Timing Explorer) da NASA, todas localizadas a menos de 1,3 bilhões de anos-luz de distância.
Os fluxos apareceram em 40% da amostra, o que sugere que são características comuns das galáxias com buraco negros centrais. Em média, a distância entre as nuvens e o buraco negro central é menos de um décimo de um ano-luz. A sua velocidade média é aproximadamente 14% da velocidade da luz e é estimado que a quantidade de material necessário para alimentar este escoamento é cerca de uma massa solar por ano, comparável à velocidade de acreção destes buracos negros.
"Embora mais lentos que os jatos de partículas, estes jatos ultra-rápidos possuem velocidades muito superiores em relação a outros tipos de fluxos galácticos, o que os torna muito mais poderosos," explica Tombesi.
Ao remover massa que de outro modo caía para o buraco negro supermassivo, os fluxos ultra-rápidos travam o seu crescimento. Ao mesmo tempo, retiram gás das regiões de formação estelar no bojo galáctico, diminuindo e até parando a formação estelar nestas regiões ao afastar as nuvens de gás que representam o material bruto da construção de novas estrelas. Tal cenário explica naturalmente a ligação observada entre o buraco negro de uma galáxia ativa e as suas estrelas no bojo.
Tombesi e a sua equipe antecipam melhorias significativas na compreensão da função dos fluxos ultra-rápidos graças ao telescópio japonês de raios X Astro-H, com lançamento previsto para 2014. Entretanto, pretende focar-se na determinação detalhada dos mecanismos físicos que dão origem aos fluxos ultra-rápidos, um elemento importante na compreensão do panorama geral de como as galáxias ativas se formam, se desenvolvem e crescem.
Fonte: ESA
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