Os jatos dos buracos negros supermassivos podem determinar o destino de sua galáxia hospedeira

Ilustração artística de um buraco negro supermassivo no centro de uma radiogaláxia, lançando jatos poderosos (mostrados em rosa) até o meio circungaláctico (CGM) da galáxia. O estudo revela que esses jatos não iluminam o gás circundante igualmente em todas as direções. Em vez disso, o gás hidrogênio brilha (mostrado em vermelho) com maior intensidade ao longo da trajetória dos jatos de rádio. Isso sugere que os buracos negros podem enviar energia muito além do centro da galáxia e moldar o reservatório de gás maior que regula a formação estelar e o destino das galáxias. Utilizamos dados ópticos do levantamento DESI e observações de rádio do LOFAR Two meter Sky Survey (LoTss). Crédito: Hailey Nelson/Universidade Estadual do Arizona.

As galáxias são enormes e abrigam centenas de bilhões de estrelas. Essas estrelas se formam a partir de gás frio e denso. Toda galáxia grande, incluindo a Via Láctea, é envolta por um imenso envelope de gás chamado meio circungaláctico, ou MCG. Esse reservatório de matéria-prima se estende de 10 a 20 vezes o tamanho da porção visível da galáxia.

O gás eventualmente esfria, move-se para o interior e se aglomera para formar estrelas. Assim, o meio circungaláctico desempenha um papel fundamental na formação de estrelas, planetas e até mesmo da vida dentro de uma galáxia.

Mas os astrônomos há muito se perguntam por que, apesar da grande quantidade de gás formador de estrelas ao seu redor, as galáxias não têm ainda mais estrelas. O que impede que esse combustível esfrie e forme essas estrelas?

Um novo estudo liderado pelas astrônomas Sanchayeeta Borthakur e Namrata Roy encontrou evidências de que jatos estreitos de plasma aquecido, expelidos por buracos negros supermassivos nos centros das galáxias, podem afetar o gás além da galáxia visível e moldar seu futuro. Esses jatos podem perturbar o gás necessário para a expansão contínua das galáxias.

Pequeno em tamanho, grande em influência

Quando um buraco negro supermassivo se alimenta ativamente de gás, ele pode liberar uma enorme quantidade de energia que aquece o gás ao seu redor. Embora esses buracos negros possam ser verdadeiras usinas de energia, eles têm aproximadamente o tamanho do nosso sistema solar. Suas galáxias hospedeiras, por outro lado, podem ter o tamanho de 100 bilhões de sistemas solares como esses.

Como algo tão pequeno pode impactar energeticamente algo tão enorme? Os cientistas ainda não entendem completamente como a energia desses buracos negros ativos alcança tais distâncias ou como ela se transforma ao longo do caminho.

O estudo da equipe fornece evidências de como isso poderia ocorrer. Eles se concentraram em buracos negros ativos que emitem jatos fortes, fluxos estreitos de plasma quente e veloz que se projetam muito além da borda visível de uma galáxia. Eles procuraram por uma marca distinta deixada por esses jatos no estado de ionização do reservatório gasoso.

O gás ionizado, ou "brilho" do gás hidrogênio, que eles procuravam no meio circungaláctico (CGM) é tão tênue que nenhuma galáxia isolada o mostraria claramente. Assim, a equipe combinou observações de centenas de galáxias com jatos ativos, usando dados do instrumento DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument) e medições de jatos de rádio do levantamento LOFAR Two-meter Sky Survey (LoTSS). Eles combinaram medições feitas ao longo dos eixos dos jatos e buscaram um sinal revelador de gás hidrogênio ionizado ao longo dos trajetos dos jatos, conhecido como H-alfa.

Roy, Borthakur e seus colegas mostraram que, quando calculada a média em todas as direções ao redor das galáxias, o sinal era fraco. Ao longo dos jatos de rádio, no entanto, o sinal de H-alfa tornou-se claro e forte. Isso indica que o gás não brilha uniformemente em todos os lugares, mas é particularmente brilhante ao longo dos trajetos dos jatos.

Essas descobertas mostram que os jatos de buracos negros não afetam o gás ao redor das galáxias igualmente em todas as direções. Em vez disso, eles deixam uma marca distinta, fazendo com que o gás se ionize e brilhe principalmente ao longo de seus trajetos.

Os pesquisadores também descobriram que o brilho do hidrogênio ionizado é mais intenso em dois locais: perto da galáxia, onde o jato atinge o meio circungaláctico (CGM) pela primeira vez, e muito mais longe, perto da borda externa do CGM, onde o jato libera a maior parte de sua energia. Esse mecanismo ajuda a moldar o ambiente da galáxia, influenciando seu crescimento e evolução — e determinando se ela continuará a formar estrelas ou se tornará quiescente.

Buracos Negros determinam o destino de uma galáxia

As descobertas oferecem algumas das evidências mais claras até agora de como um buraco negro pode afetar uma galáxia muito além de sua região central. Ao aquecer, agitar e perturbar o gás por todo o meio circungaláctico (CGM), os jatos podem impedir que esse gás esfrie e caia em direção ao centro para alimentar novas estrelas. Isso atua como um freio no crescimento da galáxia, altera seu destino e a torna muito menos ativa na formação de estrelas.

Isso significa que o buraco negro não está apenas se "alimentando" no centro da galáxia, como alguns poderiam pensar. Ele também se estende e altera o ambiente da galáxia, o que pode eventualmente mudar seu destino.

Fonte: PHS.ORG