Um novo estudo mostra que mesmo em vastos vazios cósmicos, os buracos negros em crescimento nos centros das galáxias ainda encontram combustível para consumir.
Nas últimas décadas, os astrônomos descobriram que quase todas as grandes galáxias hospedam um buraco negro supermassivo central com milhões ou bilhões de vezes a massa do Sol. E apesar de representarem apenas uma pequena fração da massa da galáxia que os abriga, esses buracos negros e seus hospedeiros galácticos estão intimamente ligados, crescendo e evoluindo juntos.
Naturalmente, uma questão-chave que poderia iluminar melhor essa relação é como esses buracos negros crescem. Um novo estudo apresentado por Anish Aradhey, aluno do último ano da Harrisonburg High School em Harrisonburg, Virgínia, durante o 242º encontro da American Astronomical Society em Albuquerque, Novo México, descobriu pistas importantes sobre como o tamanho e o ambiente de uma galáxia desempenham um papel na alimentação de sua galáxia. buraco negro supermassivo.
Como alimentar (e encontrar) um buraco negro em crescimento
Buracos negros supermassivos em crescimento, também chamados de núcleos galácticos ativos ou AGN, hospedam enormes discos rodopiantes de material que brilham intensamente em todo o espectro eletromagnético, à medida que poeira e gás são capturados pela gravidade e espiralados para dentro. Um tópico particularmente debatido é como o material primeiro é canalizado para dentro para ativar um AGN – em outras palavras, como tornar o buraco negro “faminto” e começar a “lanchar ou mastigar a matéria circundante”, disse Aradhey na tarde de terça-feira em um conferência de imprensa.
Os astrônomos acreditam que são em grande parte as interações entre galáxias vizinhas que provocam a fome em um buraco negro supermassivo, pois as forças gravitacionais desviam o material para dentro para fornecer um verdadeiro banquete. Mas se sim, o que dizer dos buracos negros em galáxias com poucos vizinhos? Para responder a essa pergunta, disse Aradhey, ele procurou sinais de crescimento de buracos negros supermassivos nos centros das “galáxias mais solitárias em lugares do céu chamados vazios cósmicos”.
Os vazios cósmicos são enormes estruturas tridimensionais semelhantes a bolhas no espaço que, como o próprio nome indica, são relativamente desprovidas de galáxias. Em volume, esses vazios ocupam cerca de 50% do universo. Mas eles contêm menos de 20% de todas as galáxias do cosmos, o que significa que as galáxias que vivem no vazio não têm muitos vizinhos em comparação com suas contrapartes, que tendem a se agrupar em filamentos ou paredes no espaço.
Existem muitas maneiras de detectar a luz do disco em torno de um buraco negro supermassivo em alimentação. Pesquisas anteriores observando galáxias vazias usaram um dos dois métodos, procurando por “impressões digitais” espectrais em sua luz em comprimentos de onda ópticos ou examinando suas cores no infravermelho médio (meio-IR). No último caso, os astrônomos geralmente usam um método de corte de cor – galáxias cuja luz do infravermelho médio é mais azul do que o corte são caracterizadas por muita formação estelar, enquanto aquelas cuja luz é particularmente vermelha mostram sinais de um buraco negro supermassivo se alimentando.
Mas as galáxias vazias tendem a ter altas taxas de formação de estrelas e, portanto, luz mais azul, o que pode mascarar sinais de um crescente buraco negro dentro delas. Então, Aradhey usou um terceiro método: examinar a luz do infravermelho médio de uma galáxia em busca de mudanças ao longo do tempo, usando uma pesquisa de 290.000 galáxias observadas com o telescópio Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) da NASA durante um período de 8,4 anos. Tais variações na luz de uma galáxia também podem indicar atividade AGN, possivelmente devido a flutuações naturais na quantidade, tipo ou temperatura do material que cai no disco de acreção.
Usando esse método, Aradhey identificou 20.000 AGN que foram perdidos por outras pesquisas, incluindo 7% das galáxias que não fizeram o corte “tradicional” de cores de infravermelho médio. Essas galáxias tinham cores de infravermelho médio tão azuis que os astrônomos usando o método de cores teriam perdido sinais de seus buracos negros em acreção porque a cor das galáxias é dominada pela formação estelar.
Aradhey descobriu ainda que, com o tempo, a cor geral do infravermelho médio de uma galáxia muda. Assim, enquanto uma galáxia pode em alguns momentos fazer o corte de cor para ser identificada como hospedando um buraco negro supermassivo faminto, em outros momentos ela parece mais uma galáxia normal de formação de estrelas e seu buraco negro será ignorado. Em um caso de exemplo, Aradhey mostrou que uma galáxia em particular passou apenas 18% de seu tempo com cores de infravermelho médio indicando um AGN, enquanto os outros 82% do tempo seriam perdidos na maioria das pesquisas como um normal, em formação de estrelas. galáxia.
“Precisamos de variabilidade para capturar buracos negros supermassivos como esses”, disse ele.
Tamanho importa
E o papel que o ambiente e as interações desempenham nesses buracos negros? Aradhey descobriu que os AGN são mais comuns em vazios do que em regiões mais densas – desde que esses AGN estejam em galáxias anãs de tamanho médio ou menor. Entre as galáxias maiores, a tendência se inverteu, disse ele, para refletir o que os astrônomos geralmente esperam, com mais galáxias hospedando buracos negros alimentadores em regiões mais densas onde as interações são mais comuns do que nos vazios.
“Essas descobertas indicam que as interações entre as galáxias, que ocorrem com mais frequência nessas regiões mais densas e não ocorrem com muita frequência nas regiões vazias vazias, incentivam os buracos negros supermassivos nos centros dessas galáxias a petiscar, mas isso só se aplica entre os maiores e galáxias mais luminosas”, concluiu. Algo mais está acontecendo nos vazios, porque “as galáxias menores parecem comer com mais eficiência, se você quiser, se forem deixadas sozinhas e não interagirem com suas vizinhas”.
Embora a razão para mais AGN em galáxias menores dentro dos vazios não seja clara, ele disse que uma possibilidade é que essas galáxias possam ser mais capazes de canalizar combustível para um buraco negro supermassivo porque não precisam competir por esse combustível com as proximidades. vizinhos por meio de interações ou outros processos que podem remover o gás e a poeira de uma galáxia, que são comuns em regiões mais densas. Mais trabalho é necessário para observar as características desses buracos negros em crescimento e as galáxias que os hospedam – e seu ambiente – para determinar como esses fatores se influenciam.
Múltiplos métodos
Esses estudos ressaltam o valor da observação de longo prazo e de vários comprimentos de onda, destacando como uma abordagem multifacetada para identificar AGN pode revelar buracos negros crescentes que apenas um ou dois métodos de identificação podem perder. “A falha em detectar ativamente buracos negros supermassivos pode realmente não ser devido à sua raridade, mas ao método pelo qual os astrônomos estão tentando caçá-los”, disse Shobita Satyapal da George Mason University, cujo próprio trabalho olhando em vários comprimentos de onda para alimentação buracos negros formaram uma base para o estudo de Aradhey, em um comunicado de imprensa.
E como os buracos negros supermassivos desempenham um papel vital no desenvolvimento de todas as galáxias em todo o nosso universo, é importante identificar e caracterizar todos eles, não apenas aqueles que são mais fáceis de encontrar.
Aradhey concluiu o estudo com Anca Constantin na James Madison University, também em Harrisonburg, Virgínia.
Publicado em 21/06/2023 00h32
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