Dados do observatório de raios X XMM-Newton da ESA revelaram como buracos negros supermassivos moldam suas galáxias hospedeiras com ventos fortes que varrem a matéria interestelar.
Em um novo estudo, os cientistas analisaram oito anos de observações de XMM-Newton do buraco negro no centro de uma galáxia ativa conhecida como PG 1114 + 445, mostrando como os ventos ultra-rápidos – fluxos de gás emitidos do disco de acreção muito próximo do preto buraco – interaja com a matéria interestelar nas partes centrais da galáxia. Esses fluxos foram vistos antes, mas o novo estudo identifica claramente, pela primeira vez, três fases de sua interação com a galáxia hospedeira.
“Esses ventos podem explicar algumas correlações surpreendentes que os cientistas sabem há anos, mas não conseguiram explicar”, disse o principal autor do estudo, Roberto Serafinelli, do Instituto Nacional de Astrofísica de Milão, na Itália, que conduziu a maior parte do trabalho como parte de seu Ph. D. na Universidade de Roma Tor Vergata.
“Por exemplo, vemos uma correlação entre as massas de buracos negros supermassivos e a dispersão de velocidade das estrelas nas partes internas de suas galáxias hospedeiras. Mas não há como isso se deva ao efeito gravitacional do buraco negro. Nosso estudo pela primeira vez mostra como esses ventos de buracos negros impactam a galáxia em maior escala, possivelmente fornecendo o elo perdido “.
Os astrônomos já haviam detectado dois tipos de vazões nos espectros de raios X emitidos pelos núcleos ativos da galáxia, as densas regiões centrais das galáxias conhecidas por conter buracos negros supermassivos. As chamadas saídas ultra-rápidas (UFOs), feitas de gás altamente ionizado, viajam a velocidades de até 40% da velocidade da luz e são observáveis ??nas proximidades do buraco negro central.
Fluxos mais lentos, conhecidos como absorvedores de calor, viajam a velocidades muito mais baixas, de centenas de km / s, e possuem características físicas semelhantes – como densidade de partículas e ionização – à matéria interestelar circundante. É mais provável que essas saídas mais lentas sejam detectadas a distâncias maiores dos centros das galáxias.
No novo estudo, os cientistas descrevem um terceiro tipo de vazão que combina características dos dois anteriores: a velocidade de um OVNI e as propriedades físicas de um absorvedor quente.
“Acreditamos que este é o ponto em que o OVNI toca a matéria interestelar e a varre como um limpa-neve”, disse Serafinelli. “Nós chamamos isso de ‘escoamento ultra-rápido arrastado’ porque o OVNI neste estágio está penetrando na matéria interestelar. É similar ao vento empurrando barcos no mar.”
Essa captação acontece a uma distância de dezenas a centenas de anos-luz do buraco negro. O OVNI gradualmente empurra a matéria interestelar para longe das partes centrais da galáxia, limpando-a do gás e diminuindo a acreção da matéria ao redor do buraco negro supermassivo.
Embora os modelos tenham predito esse tipo de interação antes, o estudo atual é o primeiro a apresentar observações reais das três fases.
“Nos dados da XMM-Newton, podemos ver material a distâncias maiores do centro da galáxia que ainda não foi perturbado pelo UFO interno”, disse o co-autor Francesco Tombesi da Universidade de Roma Tor Vergata e o Goddard Space da NASA. Centro de Vôo. “Também podemos ver nuvens mais próximas do buraco negro, perto do núcleo da galáxia, onde o OVNI começou a interagir com a matéria interestelar.”
Esta primeira interação acontece muitos anos depois que o OVNI deixou o buraco negro. Mas a energia do OVNI permite que o buraco negro relativamente pequeno tenha impacto sobre o material muito além do alcance de sua força gravitacional.
De acordo com os cientistas, os buracos negros supermassivos transferem sua energia para o ambiente circundante através desses fluxos de saída e, gradualmente, limpam as regiões centrais da galáxia do gás, o que poderia então interromper a formação de estrelas. De fato, as galáxias hoje produzem estrelas com muito menos freqüência do que costumavam nos estágios iniciais de sua evolução.
“Esta é a sexta vez que essas saídas são detectadas”, disse Serafinelli. “É tudo ciência muito nova. Essas fases do fluxo foram previamente observadas separadamente, mas a conexão entre elas não estava clara até agora.”
A resolução de energia sem precedentes da XMM-Newton foi fundamental para diferenciar os três tipos de recursos correspondentes aos três tipos de fluxos de saída. No futuro, com observatórios novos e mais poderosos, como o Telescópio Avançado da ESA para Astrofísica de Alta Energia, Athena, os astrônomos poderão observar centenas de milhares de buracos negros supermassivos, detectando essas correntes de saída mais facilmente. A Athena, que será mais de 100 vezes mais sensível que a XMM-Newton, deverá ser lançada no início dos anos 2030.
“Encontrar uma fonte é ótimo, mas saber que esse fenômeno é comum no Universo seria um grande avanço”, disse Norbert Schartel, cientista do projeto XMM-Newton da ESA. “Mesmo com a XMM-Newton, poderemos encontrar mais dessas fontes na próxima década.”
Mais dados no futuro ajudarão a desvendar as interações complexas entre os buracos negros supermassivos e suas galáxias hospedeiras em detalhes e explicar a diminuição na formação de estrelas que os astrônomos observam ter ocorrido ao longo de bilhões de anos.
Publicado em 24/07/2019
Artigo original: https://phys.org/news/2019-07-black-holes-galaxies.html
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