Astrônomos observaram o efeito de um buraco negro de alimentação distante que está expelindo enormes quantidades de energia e soprando enormes bolhas cósmicas em seu material circundante.
As observações do aglomerado galáctico MS0735 localizado a 2,6 bilhões de anos-luz de distância podem revelar novas informações sobre cavidades misteriosas ou “bolhas de rádio” que cercam o buraco negro e por que elas simplesmente não colapsam como um balão murcho sob pressão de seus arredores.
“Estamos vendo uma das explosões mais energéticas já vistas de um buraco negro supermassivo”, disse o principal autor da pesquisa e físico da Universidade McGill, Jack Orlowski-Scherer, em um comunicado. “Isso é o que acontece quando você alimenta um buraco negro e ele arrota violentamente uma quantidade gigante de energia”.
Buracos negros supermassivos são encontrados no coração da maioria das galáxias massivas, incluindo a Via Láctea, que abriga o buraco negro supermassivo Sagitário A* (Sgr A*) em seu centro.
Essas galáxias domésticas e seus habitantes de buracos negros supermassivos são frequentemente encontrados juntos em agrupamentos de centenas ou mesmo milhares, reuniões chamadas de aglomerados galácticos.
Esses aglomerados também abrigam atmosferas que preenchem o espaço entre as galáxias com gás ou plasma incrivelmente quente a temperaturas de até 90 milhões de graus Fahrenheit (50 milhões de graus Celsius). Embora esse plasma possa esfriar com o tempo e permitir a formação de gás denso e frio e, eventualmente, entrar em colapso para dar origem a novas estrelas, os buracos negros que se alimentam podem funcionar contra esse processo.
Buracos negros supermassivos podem reaquecer esse gás por meio de explosões violentas de material. Esses fluxos ocorrem quando parte dessa matéria não é engolida pelo buraco negro, mas é arrastada para seus pólos de onde é expelida quase à velocidade da luz. Este processo, conhecido como “feedback”, extingue a formação de novas estrelas com os jatos de material também abrindo cavidades no gás circundante.
À medida que esse gás é afastado do centro dos aglomerados galácticos, ele é substituído por bolhas que emitem ondas de rádio.
A mudança desses enormes volumes de gás requer uma enorme quantidade de energia por sua vez e os astrônomos têm se esforçado para entender de onde vem essa energia, além de descobrir o que é deixado para trás nessas cavidades evacuadas.
Para saber mais sobre essas bolhas de gás em aglomerados galácticos e os processos que os criam, a equipe de astrônomos, incluindo Orlowski-Scherer, treinou o receptor MUSTANG-2 do Green Bank Telescope no aglomerado MS0735. As observações do Telescópio Green Bank foram complementadas por dados de raios-X coletados anteriormente do MS0735 pelo Observatório de Raios-X Chandra da NASA.
Eles também empregaram um efeito de distorção sutil que os elétrons que se movem rapidamente no gás quente do aglomerado têm no Cosmic Microwave Background (CMB), um campo de radiação que sobrou de um evento logo após o Big Bang que preenche uniformemente o universo.
Esse efeito sobre essa radiação fóssil que foi emitida 380.000 anos após o início do universo, quando o cosmos se expandiu e esfriou o suficiente para permitir que os elétrons se ligassem aos prótons, criando os primeiros átomos, permitindo que os fótons viajassem livremente, criando a “primeira luz” é chamado o efeito Sunyaev-Zeldovich (SZ).
O MUSTANG-2 realiza suas observações em 90 GHz, uma frequência na qual o sinal de efeito SZ representa principalmente a pressão térmica.
“Com o poder do MUSTANG-2, somos capazes de ver dentro dessas cavidades e começar a determinar precisamente com o que elas estão preenchidas e por que elas não colapsam sob pressão”, disse Tony, colaborador de pesquisa e astrônomo do Observatório Europeu do Sul (ESO). explicou Mroczkowski.
A equipe determinou que pelo menos uma parte do suporte que impede o colapso das cavidades vem de outras coisas além do calor, com essas fontes não térmicas incluindo partículas que viajam quase na velocidade da luz, partículas carregadas de alta velocidade chamadas raios cósmicos e turbulência. Eles também descobriram que uma pequena contribuição vem de campos magnéticos.
Isso implica que, ao misturar fontes térmicas e não térmicas, o suporte de pressão dentro de bolhas de rádio em torno de buracos negros supermassivos é mais sutil do que se pensava anteriormente.
A equipe de astrônomos agora pretende observar o mesmo sistema em diferentes frequências de radiação eletromagnética para ver o quão exótico é o fluxo de saída do buraco negro e obter uma visão mais profunda da física dos aglomerados galácticos.
“Essas novas descobertas são as imagens SZ de alta fidelidade mais profundas até agora do estado termodinâmico de cavidades em um aglomerado de galáxias”, acrescentou o coautor da pesquisa e astrônomo do Laboratório de Pesquisa Naval dos EUA, Tracy Clarke. “Sabíamos que este era um sistema empolgante quando estudamos o núcleo do rádio e os lóbulos em baixas frequências, mas só agora começamos a ver o quadro completo.”
Publicado em 07/01/2023 09h38
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