Os buracos negros supermassivos estão matando as galáxias hospedeiras?

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(Foto: NSF)
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Um novo estudo usando observações astronômicas arquivadas em todo o espectro eletromagnético chegou a uma conclusão bastante surpreendente e um tanto inquietante: buracos negros supermassivos nos centros de muitas galáxias podem ter suprimido a formação de estrelas logo após a formação dessas galáxias, efetivamente matando-as.

Em termos muito gerais, quando olhamos ao redor do Universo próximo hoje, vemos dois tipos de galáxias: aquelas que ainda estão produzindo estrelas, como a Via Láctea, e outras que não. Muitas dessas galáxias são elípticas: galáxias parecidas com bolas de algodão que têm muitas estrelas, mas praticamente nenhum gás e poeira, o combustível bruto para fazer estrelas. E, de fato, as estrelas nessas galáxias são muito antigas, indicando que as galáxias formaram estrelas no início, mas depois pararam por algum motivo. A informação está no portal do Syfy.

Estrelas massivas são luminosas e azuis e não vivem muito, então as galáxias formadoras de estrelas tendem a ser mais azuis. Galáxias com estrelas mais velhas parecem mais vermelhas, então as chamamos de “vermelhas e mortas” – um viés antropomórfico, embora não terrível, de que galáxias que fazem estrelas ainda estão “vivas”.

Mas por que? O que matou a formação de estrelas nessas galáxias vermelhas e mortas?

Suspeitamos há algum tempo que, entre outras coisas, podem ser buracos negros. Todas as grandes galáxias têm buracos negros supermassivos em seus centros, com milhões ou mesmo bilhões de vezes a massa do Sol. Não sabemos exatamente como eles crescem, o que é um dos maiores quebra-cabeças da cosmologia no momento. Mas sabemos que eles tinham que se alimentar como gourmands furiosos, devorando matéria a taxas ferozes.

Quando essa matéria cai em direção ao centro galáctico, ela se acumula ao redor do buraco negro e fica terrivelmente quente. Isso cria um poderoso vento de partículas subatômicas que podem fluir para longe do buraco negro a uma velocidade tremenda, com impulso suficiente para expulsar o material que alimenta o buraco negro. Se for poderoso o suficiente, pode realmente explodir o gás da galáxia completamente, desligando a formação de estrelas.

É por isso que algumas galáxias morrem cedo?

Para descobrir, os astrônomos analisaram observações do Universo distante de uma variedade de telescópios, observando a luz visível, infravermelho, rádio e raios-X [link para o papel]. Eles dividiram as galáxias em dois grupos: aquelas com formação estelar ativa e aquelas que estavam quiescentes. Fazer estrelas produz muita luz ultravioleta, que é desviada para o vermelho para o visível e o infravermelho para galáxias muito distantes, então procurar galáxias brilhantes nesses comprimentos de onda é uma boa maneira de distingui-las de galáxias que já podem estar morrendo naquela época e não produzindo estrelas.

Os buracos negros que se alimentam ativamente produzem muitos raios-X e ondas de rádio, então eles se voltaram para essas observações em seguida. Mas eles se depararam com um problema: galáxias quiescentes não produzem muito desse tipo de luz e não aparecem nas pesquisas.

Obra representando o vento de gás soprado pelo disco extremamente quente de material em torno de um buraco negro supermassivo. Crédito: NASA/JPL-Caltech

Então eles fizeram algo inteligente: eles conheciam as posições dessas galáxias a partir das outras observações, então eles foram para as pesquisas de rádio e raios-X e observaram o quão brilhante aquele ponto em cada uma é para todas essas galáxias. Eles então adicionaram todas essas observações para criar uma galáxia “média” e usaram isso para comparar os dois grupos.

Como isso funciona? Uma galáxia individual não produz raios X suficientes para distingui-la estatisticamente do ruído de fundo, que são apenas raios X aleatórios que atingem o detector. Mas se você adicionar muitos deles juntos, em média, os raios-X galácticos se acumularão, enquanto os raios-X de fundo não. É um pouco como jogar uma moeda algumas vezes e obter mais caras do que coroas; isso é estatisticamente significativo? Provavelmente não; você precisa lançá-lo dezenas, centenas de vezes para que o sinal de cara versus coroa cresça sobre o ruído aleatório de lançamentos individuais.

Quando eles fizeram isso com os raios-X e observações de rádio, eles descobriram que essas galáxias distantes estavam de fato emitindo raios-X e ondas de rádio, e mais do que você esperaria apenas vindo dos processos usuais naquela galáxia – muitos objetos emitem esses tipos de luz, que pode ser contabilizado. Isso significa que essas galáxias têm buracos negros engolindo matéria, o que chamamos de galáxias ativas.

Uma imagem da pesquisa COSMOS (centro), usada para observar galáxias distantes em formação de estrelas e quiescentes, com várias galáxias individuais usadas no estudo formando um quadro ao seu redor. Foto: NAOJ

A conclusão? Galáxias ativas com buracos negros em crescimento eram mais propensas a produzir galáxias quiescentes do que aquelas que tinham buracos negros que não estavam se alimentando. Em outras palavras, parece que, em média, os buracos negros ativos estão sufocando a formação de estrelas em suas galáxias hospedeiras, um processo que os astrônomos chamam de extinção.

Os buracos negros estão matando suas galáxias hospedeiras.

Novamente, este é o caso em média. Eles tiveram que somar os sinais de muitas galáxias para chegar a essa conclusão. E enquanto eles provavelmente estão certos – é assim que eu aposto, certamente – a média apaga detalhes. Portanto, esta é uma conclusão ampla que é boa para classes de galáxias, mas pode não valer para as individuais. Algumas galáxias ativas podem ainda ter produzido estrelas, e algumas com buracos negros silenciosos ainda podem ter morrido. A única maneira de superar isso são pesquisas mais profundas, ou olhar mais profundamente para galáxias individuais para entender melhor os caprichos de cada uma.

Isso certamente dará aos astrônomos algo em que pensar. Os buracos negros supermassivos nos centros galácticos definitivamente afetam suas galáxias hospedeiras em geral; sabemos disso há décadas. E suspeitamos que os ventos dos buracos negros possam apagá-los, mas agora há evidências muito boas para isso. Este novo trabalho pode abrir novas maneiras de analisar esse efeito e tentar entender por que algumas galáxias prosperam hoje, como a Via Láctea, e outras não são tão afortunadas.

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