Os astrónomos confirmaram o primeiro exemplo de um enxame de galáxias em cujo núcleo está a nascer um grande número de estrelas. Com a ajuda dos telescópios espaciais da NASA e de um observatório de rádio da National Science Foundation, os investigadores reuniram novos dados sobre como os buracos negros mais massivos do Universo afetam as suas galáxias hospedeiras.

Enxame da Fénix
Imagem composta (raios-X, óptico e rádio) do Enxame da Fénix. Créditos: X-ray: NASA/CXC/SAO/G.Schellenberger et al.; Optical:SDSS.

Os enxames de galáxias são as maiores estruturas do Universo unidas pela gravidade, contendo centenas ou milhares de galáxias envoltas em gás quente, e também matéria escura invisível. Os maiores buracos negros conhecidos encontram-se em galáxias no centro desses enxames.

Durante décadas, os astrónomos procuraram enxames galácticos em cujas galáxias centrais existissem ricos berçários de estrelas. Mas, em vez disso, encontraram buracos negros gigantes e poderosos, lançando jatos de partículas de alta energia e mantendo o gás demasiado quente para poder formar estrelas em grande quantidade.

Contudo, os cientistas têm agora provas evidentes da existência de um enxame de galáxias no qual as estrelas se formam a uma enorme velocidade, o que aparentemente está relacionado com a presença de um buraco negro menos eficaz no seu centro. Neste enxame único, os jatos do buraco negro central parecem ajudar à formação de estrelas. Os investigadores usaram novos dados do Observatório de Raios-X Chandra, do Telescópio Espacial Hubble, e do VLA (Very Large Array) Karl Jansky da NSF para desenvolver melhor as anteriores observações deste enxame.

“Os astrónomos procuravam há muito tempo um fenómeno como este,” disse Michael McDonald, astrónomo do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), que liderou o estudo. “Este enxame demonstra que, em alguns casos, a saída de energia de um buraco negro pode contribuir para o arrefecimento, levando a consequências dramáticas.”

O buraco negro está no centro do enxame de galáxias da Fénix, localizado a cerca de 5,8 mil milhões de anos-luz da Terra na Constelação da Fénix. A grande galáxia que hospeda o buraco negro está rodeada por gás quente com temperaturas de milhões de graus. A massa desse gás, equivalente a biliões de sóis, é várias vezes maior que a massa combinada de todas as galáxias no enxame.

Este gás quente perde energia à medida que brilha em raios-X, o que faz com que arrefeça até estar apto para formar um grande número de estrelas. No entanto, em todos os outros enxames de galáxias observados, as explosões de energia impulsionadas pelos buracos negros impedem o arrefecimento da maior parte do gás quente, impossibilitando assim que nasçam estrelas em grande quantidade.

“Imagine que está a usar o ar condicionado em sua casa num dia quente, mas depois resolve acender a lareira. A sua sala não pode arrefecer convenientemente enquanto não apagar o lume,” explicou Brian McNamara, da Universidade de Waterloo, Canadá, coautor do estudo. “Da mesma forma, quando é desativada a capacidade de aquecimento de um buraco negro num enxame de galáxias, o gás pode arrefecer”.

Os sinais de haver rápida formação de estrelas no enxame da Fénix já tinham sido referidos em 2012, por uma equipa liderada por McDonald. Mas foram necessárias observações mais aprofundadas para se saber mais detalhes sobre o papel do buraco negro central no renascimento de estrelas na galáxia e de que modo este fenómeno pode mudar no futuro.

Combinando longas observações em raios-X, no visível e em rádio, os investigadores conseguiram aumentar dez vezes a qualidade dos dados em comparação com observações anteriores. Os novos dados do Chandra revelam que o gás quente está a arrefecer com uma taxa muito perto da esperada na ausência da energia injetada pelo buraco negro. Os novos dados do Hubble mostram que cerca de 10 mil milhões de massas solares de gás frio se localizam ao longo dos filamentos que levam ao buraco negro, e a partir desse gás frio estão a formar-se estrelas jovens a uma taxa de cerca de 500 massas solares por ano. Em comparação, a taxa de formação de estrelas na Via Láctea é de cerca de uma massa solar por ano.

Os dados do rádio do VLA revelam jatos a sair da vizinhança do buraco negro central. Estes jatos terão provavelmente inflado no gás quente as bolhas que se detetam nos dados do Chandra. Tanto os jatos como as bolhas são provas do rápido crescimento do buraco negro no passado. Na fase inicial desse crescimento, o buraco negro pode ter sido de menor tamanho, em comparação com a massa da galáxia hospedeira, o que permitiria que um arrefecimento rápido sem controlo.

“No passado, as explosões do buraco negro de menor tamanho podem ter sido fracas demais para aquecer a sua vizinhança, permitindo que o gás quente começasse a arrefecer,” disse Matthew Bayliss, investigador do MIT durante este estudo, do qual é coautor, e que recentemente ingressou no corpo docente da Universidade de Cincinnati. “Mas, à medida que o buraco negro se tornou mais massivo e poderoso, a sua influência aumentou.”

O arrefecimento pode prosseguir quando o gás é arrastado do centro do enxame pelas explosões do buraco negro. A uma maior distância da influência de aquecimento do buraco negro, o gás arrefece com mais rapidez do que aquela com que pode cair de volta em direção ao centro enxame. Este cenário explica a observação, com base numa comparação de dados do Chandra e do Hubble, de que o gás frio está localizado à volta das bordas das cavidades.

Cada explosão irá eventualmente gerar turbulência, ondas sonoras e ondas de choque (semelhantes a explosões sonoras produzidas por aviões supersónicos) em quantidade suficiente para gerar fontes de calor e impedir o arrefecimento. Isto irá continuar até que a explosão termine e a acumulação de gás frio possa recomeçar. Todo este ciclo poderá então repetir-se.

“Estes resultados mostram que o buraco negro tem ajudado de modo transitório na formação de estrelas, mas quando ganhar mais força os seus efeitos começarão a ser semelhantes aos dos buracos negros dos outros enxames, asfixiando o nascimento de mais estrelas”, disse Mark Voit, da Universidade Estatal do Michigan em East Lansing, coautor do estudo.

A escassez de objetos semelhantes mostra que os enxames e os seus enormes buracos negros passam pela fase de rápida formação de estrelas relativamente depressa.

O artigo que descreve estes resultados foi publicado numa edição recente da revista The Astrophysical Journal, e está disponível online.

Fonte da notícia: NASA

Classificação dos leitores
[Total: 1 Média: 5]