Estudo Mostra como os Buracos Negros Supermassivos Evoluíram

Imagem do ALMA mostrando dois discos de gás se movendo em direções opostas ao redor do buraco negro na galáxia NGC 1068. As cores nesta imagem representam o movimento do gás: azul é material se movendo em nossa direção, vermelho se afastando. Os triângulos brancos são adicionados para mostrar o gás acelerado que é expelido do disco interno - formando uma nuvem densa e obscura ao redor do buraco negro. Crédito: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), V. Impellizzeri; NRAO / AUI / NSF, S. Dagnello

No centro de uma galáxia chamada NGC 1068, um buraco negro supermassivo se esconde dentro de uma espessa nuvem de poeira e gás em forma de anel. Quando os astrônomos usaram o ALMA para estudar essa nuvem com mais detalhes, eles fizeram uma descoberta inesperada que poderia explicar por que os buracos negros supermassivos cresceram tão rapidamente no início do Universo.
"Graças à resolução espetacular do ALMA, medimos o movimento do gás nas órbitas internas ao redor do buraco negro", explica Violette Impellizzeri, do Observatório Nacional de Radioastronomia (NRAO), trabalhando no ALMA no Chile e principal autora de um artigo publicado No Astrophysical Journal. "Surpreendentemente, encontramos dois discos de gás girando em direções opostas".
Buracos negros supermassivos já existiam quando o Universo era jovem - apenas um bilhão de anos após o Big Bang. Mas como esses objetos extremos, cujas massas atingem bilhões de vezes a massa do Sol, tiveram tempo de crescer em um período de tempo relativamente curto, é uma questão marcante entre os astrônomos. Essa nova descoberta do ALMA pode fornecer uma pista. "Os fluxos de gás contra-rotativos são instáveis, o que significa que as nuvens caem no buraco negro mais rapidamente do que em um disco com uma única direção de rotação", afirmou Impellizzeri. "Essa pode ser uma maneira pela qual um buraco negro pode crescer rapidamente".
A NGC 1068 (também conhecida como Messier 77) é uma galáxia espiral a aproximadamente 47 milhões de anos-luz da Terra, na direção da constelação da Baleia. No centro, há um núcleo galáctico ativo, um buraco negro supermassivo que se alimenta ativamente de um disco fino e rotativo de gás e poeira, também conhecido como disco de acreção.
Observações anteriores do ALMA revelaram que o buraco negro não está apenas engolindo material, mas também expelindo gás a velocidades incrivelmente altas - até 500 quilômetros por segundo. Esse gás expelido do disco de acreção provavelmente contribui para ocultar a região ao redor do buraco negro dos telescópios ópticos.

Um mapa estelar mostrando a localização da NGC 1068 (também conhecida como Messier 77), uma galáxia espiral a aproximadamente 47 milhões de anos-luz da Terra, na direção da constelação de Cetus (Baleia). Crédito: IAU; Revista Sky \u0026 Telescope; NRAO / AUI / NSF, S. Dagnello

Impellizzeri e sua equipe usaram a capacidade superior da lente zoom do ALMA para observar o gás molecular ao redor do buraco negro. Inesperadamente, eles encontraram dois discos contra-rotativos de gás. O disco interno mede 2-4 anos-luz e segue a rotação da galáxia, enquanto o disco externo (também conhecido como toro) mede 4-22 anos-luz e está girando na direção oposta.
"Não esperávamos ver isso, porque o gás de um disco de acreção de um buraco negro normalmente gira em torno dele em apenas uma direção", disse Impellizzeri. "Algo deve ter perturbado o fluxo, porque é impossível que uma parte do disco comece a girar para trás sozinha".
A contra-rotação não é um fenômeno incomum no espaço. "Vemos isso em galáxias, geralmente a milhares de anos-luz de distância de seus centros galácticos", explicou o co-autor Jack Gallimore, da Universidade Bucknell, em Lewisburg, Pensilvânia. "A contra-rotação sempre resulta da colisão ou interação entre duas galáxias. O que torna esse resultado notável é que o vemos em uma escala muito menor, dezenas de anos-luz em vez de milhares do buraco negro central".
Os astrônomos pensam que o fluxo reverso na NGC 1068 pode ser causado por nuvens de gás que caíram da galáxia hospedeira ou por uma pequena galáxia que passou em uma órbita contrária à sua rotação.
No momento, o disco externo parece estar em uma órbita estável ao redor do disco interno. "Isso mudará quando o disco externo começar a cair no disco interno, o que pode ocorrer após algumas órbitas ou algumas centenas de milhares de anos. Os fluxos rotativos de gás colidirão e se tornarão instáveis, e os discos provavelmente entrarão em colapso em um evento luminoso quando o gás molecular cair no buraco negro.

Fonte: PHYS.ORG