Quanto mais estudamos o Universo, mais parece provável que cada galáxia orbite um colosso cósmico – um buraco negro supermassivo, alimentando o núcleo galáctico.
Há muito que não sabemos sobre esses objetos gigantes – incluindo a questão gritante de como eles crescem tanto – mas novas pesquisas podem nos ajudar a preencher algumas lacunas. De acordo com uma nova pesquisa de rádio de todas as galáxias em uma região do céu, cada buraco negro supermassivo em um núcleo galáctico devora matéria, embora eles façam isso de maneira um pouco diferente.
“Estamos recebendo cada vez mais indicações de que todas as galáxias têm buracos negros enormemente massivos em seus centros. Claro, eles devem ter crescido até sua massa atual”, disse o astrônomo Peter Barthel, da Universidade de Groningen, na Holanda.
“Parece que, graças às nossas observações, agora temos esses processos de crescimento em vista e lenta mas seguramente estamos começando a entendê-los.”
Há uma lacuna engraçada na faixa de massa dos buracos negros que significa que estamos perdendo uma peça importante do quebra-cabeça de como os buracos negros supermassivos se formam e crescem. Buracos negros de massa estelar – aqueles que se formaram a partir do colapso do núcleo de uma estrela massiva – só foram detectados até 142 vezes a massa do Sol, e mesmo aquele era mais pesado do que o normal, o produto de uma colisão entre dois menores negros buracos.
Os buracos negros supermassivos, por outro lado, têm normalmente entre alguns milhões e bilhões de massas solares. Você pensaria que se buracos negros supermassivos surgissem de buracos de massa estelar, haveria muitos buracos de massa intermediária por aí, mas muito poucas detecções foram feitas.
Uma maneira de tentar descobrir isso é estudando os buracos negros que detectamos, para ver se seu comportamento pode nos fornecer alguma pista; foi o que fez uma equipe de astrônomos liderada por Jack Radcliffe, da Universidade de Pretória, na África do Sul.
Seu foco era uma região do espaço conhecida como GOODS-Norte, localizada na constelação da Ursa Maior. Esta região, objeto de uma pesquisa do céu profundo do Hubble, foi bem estudada, mas principalmente em comprimentos de onda ópticos, ultravioleta e infravermelho.
Radcliffe e sua equipe realizaram análises da região usando uma gama de comprimentos de onda até raios-X, adicionando observações de rádio usando interferometria de linha de base muito longa à mistura. Assim, eles identificaram núcleos galácticos ativos – aqueles contendo um buraco negro supermassivo ativo – que eram brilhantes em diferentes comprimentos de onda.
Quando buracos negros supermassivos estão acumulando material ativamente – sugando gás e poeira de seu espaço circundante – o material se aquece, brilhando com radiação eletromagnética brilhante o suficiente para ser visto através de vastas distâncias cósmicas.
Dependendo da quantidade de poeira que está obscurecendo o núcleo galáctico, alguns comprimentos de onda dessa luz podem ser mais fortes, então nenhuma faixa de comprimento de onda pode ser usada para identificar todos os núcleos galácticos ativos em um pedaço do céu.
Munida dessas informações adicionais, a equipe fez um estudo sobre o AGN em GOODS-Norte, e fez várias observações.
A primeira era que nem todas as acumulações ativas são iguais. Isso pode parecer um acéfalo, e certamente observamos diferentes buracos negros supermassivos se acumulando em taxas diferentes, mas os dados ainda são úteis. Os pesquisadores descobriram que alguns buracos negros supermassivos ativos devoram material em uma taxa muito mais rápida do que outros, e alguns não devoram muito.
Em seguida, eles investigaram a presença de atividade de explosão estelar – ou seja, uma região e período de intensa formação estelar – coincidindo com um núcleo galáctico ativo.
Acredita-se que o feedback de um núcleo galáctico ativo pode extinguir a formação de estrelas ao explodir todas as estrelas materiais, mas alguns estudos mostraram que o oposto também pode acontecer – que o material chocado e comprimido pelo feedback pode colapsar em estrelas bebês.
Eles descobriram que algumas galáxias têm atividade de explosão estelar e outras não. Curiosamente, a atividade estelar contínua pode tornar um núcleo galáctico ativo mais difícil de ver, sugerindo que mais investigação precisará ser feita para definir melhor o papel do feedback na extinção.
Finalmente, eles estudaram os jatos relativísticos que podem disparar dos pólos de um buraco negro supermassivo durante a acumulação ativa. Pensa-se que esses jatos consistem em uma pequena fração de material que é canalizado ao longo das linhas de campo magnético da região interna do disco de acreção para os pólos do buraco negro, onde é lançado no espaço na forma de jatos de plasma ionizado, em velocidades de a porcentagem significativa da velocidade da luz.
Não temos certeza de como e por que esses jatos se formam, e a pesquisa da equipe sugere que a taxa de acúmulo de material não desempenha um grande papel. Eles descobriram que os jatos só se formam às vezes e que não importa se um buraco negro está se alimentando rápido ou devagar.
Esta informação, disseram os pesquisadores, pode ajudar a entender melhor o comportamento de acreção e crescimento de buracos negros supermassivos. E, eles disseram, também mostra que a radioastronomia pode desempenhar um papel mais significativo nesses estudos que estão avançando.
O que significa que, no futuro, teremos um conjunto de ferramentas mais poderoso para tentar desvendar um dos mistérios mais desconcertantes dos buracos negros – de onde diabos os chonkers supermassivos vêm?
A pesquisa da equipe foi publicada e aceita na revista Astronomy & Astrophysics.
Publicado em 15/04/2021 10h29
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