Buracos negros supermassivos freiam nascimentos estelares

Uma imagem de Messier 101, o Catavento Galáxia, feita com o Telescópio Espacial Hubble. Os aglomerados azuis brilhantes nos braços espirais são locais de formação recente de estrelas. Crédito: NASA, ESA, K. Kuntz (JHU), F. Bresolin (Universidade do Havaí), J. Trauger (Jet Propulsion Lab), J. Mold (NOAO), Y.-H. Chu (Universidade de Illinois, Urbana) e STScI

Buracos negros com massas equivalentes a milhões de sóis colocam um freio no nascimento de novas estrelas, dizem os astrônomos. Usando aprendizado de máquina e três simulações de última geração para respaldar os resultados de um grande levantamento do céu, os pesquisadores resolvem um debate de 20 anos sobre a formação de estrelas. Joanna Piotrowska, Ph.D. estudante da Universidade de Cambridge, apresentará o novo trabalho hoje no virtual National Astronomy Meeting (NAM 2021).

A formação de estrelas nas galáxias tem sido um ponto focal da pesquisa em astronomia. Décadas de observações bem-sucedidas e modelagem teórica resultaram em nosso bom entendimento de como o gás colapsa para formar novas estrelas dentro e além de nossa Via Láctea. No entanto, graças a programas de observação de todo o céu, como o Sloan Digital Sky Survey (SDSS), os astrônomos perceberam que nem todas as galáxias no Universo local estão ativamente em formação de estrelas – existe uma população abundante de objetos “quiescentes” que formam estrelas a significativamente baixas taxas.

A questão do que impede a formação de estrelas nas galáxias continua sendo a maior incógnita em nossa compreensão da evolução das galáxias, debatida nos últimos 20 anos. Piotrowska e sua equipe montaram um experimento para descobrir o que poderia ser o responsável.

Usando três simulações cosmológicas de última geração – EAGLE, Illustris e IllustrisTNG – os astrônomos investigaram o que esperaríamos ver no Universo real, conforme observado pelo SDSS, quando diferentes processos físicos estavam interrompendo a formação de estrelas em galáxias massivas.

Diagrama que mostra a importância relativa de buracos negros supermassivos, explosões de supernovas e halos de matéria escura no fechamento da formação de estrelas nas galáxias. Crédito: Joanna Piotrowska

Os astrônomos aplicaram um algoritmo de aprendizado de máquina para classificar as galáxias em formadoras de estrelas e quiescentes, perguntando qual dos três parâmetros: a massa dos buracos negros supermassivos encontrados no centro das galáxias (esses objetos monstruosos têm normalmente milhões ou até bilhões de vezes a massa do nosso Sol), a massa total das estrelas na galáxia, ou a massa do halo de matéria escura ao redor das galáxias, prediz melhor como as galáxias se tornarão.

Esses parâmetros então permitiram à equipe descobrir qual processo físico: injeção de energia por buracos negros supermassivos, explosões de supernovas ou aquecimento de gás em halos massivos é responsável por forçar as galáxias a uma semi-aposentadoria.

Uma imagem do Telescópio Espacial Hubble da galáxia elíptica quiescente NGC 4150. Nesta formação estelar essencialmente desligou. Crédito: NASA, ESA, R.M. Crockett (University of Oxford, UK), S. Kaviraj (Imperial College London e University of Oxford, UK), J. Silk (University of Oxford), M. Mutchler (Space Telescope Science Institute, Baltimore), R. O’Connell (University of Virginia, Charlottesville) e o Comitê de Supervisão Científica WFC3

As novas simulações prevêem a massa supermassiva do buraco negro como o fator mais importante para travar a formação de estrelas. Crucialmente, os resultados da simulação correspondem às observações do universo local, adicionando peso às descobertas dos pesquisadores.

Piotrowska diz: “É realmente emocionante ver como as simulações predizem exatamente o que vemos no universo real. Buracos negros supermassivos – objetos com massas equivalentes a milhões ou até bilhões de sóis – realmente têm um grande efeito em seus arredores. Esses monstros objetos forçam suas galáxias hospedeiras a uma espécie de semi-aposentadoria da formação de estrelas. “


Publicado em 23/07/2021 09h23

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