Uma equipe internacional de pesquisadores, incluindo acadêmicos da Universidade de Bolonha e do Instituto Nacional de Astrofísica da Itália (INAF), observou pela primeira vez a evolução do gás quente proveniente de um buraco negro ativo.
Eles foram capazes de olhar para essas estruturas, fortemente reminiscentes dos fluxos de fumaça produzidos por erupções vulcânicas, com detalhes sem precedentes e em uma escala de tempo de cem milhões de anos.
Seu estudo, publicado na Nature Astronomy, focou no sistema Nest200047 – um grupo de aproximadamente 20 galáxias a aproximadamente 200 milhões de anos-luz de distância. A galáxia central desse sistema abriga um buraco negro ativo ao redor do qual os pesquisadores observaram muitos pares de bolhas de gás com idades variadas, alguns filamentos desconhecidos de campos magnéticos e partículas relativísticas na relatividade especial tão grandes quanto centenas de milhares de anos-luz.
Essas observações foram possíveis graças ao LOFAR (LOw Frequency ARray), o maior radiotelescópio de baixa frequência do mundo. O LOFAR pode interceptar a radiação produzida pelos elétrons mais antigos atualmente detectáveis. Esta ferramenta de última geração decorre do grande esforço de nove países europeus e permitiu aos pesquisadores “voltar no tempo” a mais de 100 milhões de anos atrás e reconstituir a atividade do buraco negro situado no centro do Nest200047.
“Nossa investigação mostra como essas bolhas de gás aceleradas pelo buraco negro estão se expandindo e se transformando no tempo. Na verdade, elas criam estruturas espetaculares em forma de cogumelo, anéis e filamentos semelhantes aos originados de uma poderosa erupção vulcânica no planeta Terra”, afirma Marisa Brienza é a primeira autora deste estudo e investigadora do Departamento de Física e Astronomia “Augusto Righi” da Universidade de Bolonha e membro do INAF.
Bolhas feitas de partículas
No centro de cada galáxia existe um buraco negro supermassivo. A atividade de tal buraco negro impacta crucialmente a evolução da galáxia e do ambiente intergaláctico que o hospeda. Durante anos, os pesquisadores vêm tentando descobrir como e em que taxa a ação desses buracos negros produz esses efeitos.
Quando ativos, os buracos negros consomem tudo o que os rodeia e, nesse processo, liberam enormes quantidades de energia. Às vezes, essa energia chega na forma de fluxos de partículas movendo-se perto da velocidade da luz e produzindo ondas de rádio. Por sua vez, esses fluxos geram bolhas de partículas e campos magnéticos que, por um processo de expansão, podem aquecer e movimentar o meio intergalático que os cerca. Isso tem uma influência imensa na evolução do próprio meio intergaláctico e, conseqüentemente, nas taxas de formação de estrelas.
Este estudo propõe que os buracos negros ativos têm efeitos em escalas que são até 100 vezes maiores do que a galáxia hospedeira e que esse impacto dura até centenas de milhões de anos.
“O LOFAR deu-nos uma visão única da actividade dos buracos negros e dos seus efeitos no meio envolvente”, explica Annalisa Bonafede, uma das autoras do estudo e professora da Universidade de Bolonha e membro do INAF. “Nossas observações do Nest200047 mostram de maneira crucial como os campos magnéticos e as partículas muito antigas aceleradas por buracos negros e, conseqüentemente, envelhecidas, desempenham um papel central na transferência de energia para as regiões externas de grupos de galáxias”.
Para este estudo, os pesquisadores também exploraram observações na banda de raios-X obtidas usando o telescópio eROSITA a bordo do observatório espacial SRG. Os dados de raios-X permitiram aos pesquisadores estudar melhor as características do meio intergaláctico em torno das bolhas de gás emissoras de rádio.
Filamentos de gás:
Essas observações trouxeram outras descobertas inesperadas: finos filamentos de gás com até um milhão de anos-luz feitos de partículas que se movem aproximadamente à velocidade da luz e dos campos magnéticos.
Segundo os pesquisadores, esses filamentos são resquícios das bolhas que o buraco negro Nest200047 produziu há centenas de milhões de anos e que agora estão se estilhaçando e se misturando ao meio intergaláctico. Acredita-se que o estudo dessas estruturas levará à descoberta de novas e importantes informações sobre as características físicas da matéria intergaláctica e do mecanismo físico que regula a transferência de energia entre as bolhas e o ambiente externo.
“No futuro, seremos capazes de estudar os efeitos dos buracos negros nas galáxias e no meio intergaláctico com detalhes crescentes. Eventualmente, seremos capazes de desvendar a natureza dos filamentos que descobrimos graças à resolução angular de LOFAR combinada com os dados das estações internacionais LOFAR”, acrescenta Gianfranco Brunetti, coautor deste estudo e também astrofísico do INAF de Bolonha e coordenador italiano do consórcio LOFAR.
Telescópios
O LOFAR é administrado pela ASTRON, o Netherland Institute for Radio Astronomy, e é composto por milhares de antenas hospedadas por 51 estações de rádio espalhadas por diferentes países europeus. O LOFAR pode interceptar as frequências mais baixas das ondas de rádio na Terra (entre 10 e 240 mega-Hertz). O Instituto Nacional de Astrofísica (INAF) é o chefe da equipa italiana da LOFAR e contribui para o desenvolvimento de uma nova geração de dispositivos electrónicos para o telescópio e do software que regula o seu funcionamento.
A espaçonave SRG foi projetada pela Associação Lavochkin, como parte da corporação Roskosmos e lançada em 13 de julho de 2019 com um lançador de prótons do cosmódromo de Baikonur. O observatório SRG foi construído com a participação do Centro Aeroespacial Alemão (DLR) no âmbito do Programa Espacial Federal Russo por iniciativa da Academia Russa de Ciências representada por seu Instituto de Pesquisas Espaciais (IKI). O telescópio eROSITA foi construído sob a liderança do Instituto Max-Planck de Física Extraterrestre (MPE) e DLR. A espaçonave SRG é operada pela Lavochkin Association e Deep Space Network Antennae em Bear Lakes, Ussurijsk e Baykonur, financiada pela Roskosmos.
Publicado em 20/10/2021 07h12
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