Os buracos negros supermassivos controlam a formação de estrelas em grandes galáxias

As jovens galáxias brilham com o nascimento a grande ritmo de novas estrelas. Mas à medida que as galáxias evoluem, eventualmente, a formação estelar cessa. Há um novo estudo, publicado a 1 de janeiro de 2018 na revista Nature, que mostra que a massa do buraco negro existente no centro de uma galáxia determina o quão depressa a interrupção da formação de estrelas pode ocorrer.

As grandes galáxias têm um buraco negro central supermassivo (com massa superior à de um milhão de sóis) que revela a sua presença através de efeitos gravitacionais nas estrelas da galáxia e, por vezes, alimentando a forte radiação de um núcleo galáctico ativo (AGN). Pensa-se que a energia emitida a partir de um núcleo galáctico ativo faz cessar a formação estelar na galáxia, já que provoca aquecimento e dissipação do gás que de outra forma arrefeceria e se condensaria para formar estrelas.

Esta ideia já existe há décadas e os astrofísicos descobriram que as simulações da evolução das galáxias devem incorporar a resposta do buraco negro de modo a reproduzir as propriedades observadas nas galáxias. Mas até agora faltavam sinais observáveis de uma ligação entre os buracos negros supermassivos e a formação de estrelas.

“Andávamos a tentar configurar a resposta do buraco negro para que as simulações funcionassem sem sabermos ao certo como tudo acontece,” disse Jean Brodie, professora de Astronomia e Astrofísica na UC Santa Cruz e coautora do artigo. “Esta é a primeira evidência observável direta em que podemos ver o efeito do buraco negro na história da formação das estrelas da galáxia.”

Os novos resultados revelam uma interação contínua entre a atividade do buraco negro e a formação de estrelas ao longo da vida de uma galáxia, afetando todas as gerações de estrelas formadas durante a evolução da galáxia.

O estudo, que foi liderado por Ignacio Martín-Navarro, investigador de pós-doutoramento da UC Santa Cruz, centrou-se em galáxias massivas (para as quais havia sido medida a massa do buraco negro central em estudos anteriores), analisando os movimentos das estrelas próximas ao centro da galáxia. Para determinar as histórias de formação estelar das galáxias, Martín-Navarro analisou os seus espectros detalhados de luz obtidos pelo Estudo de Galáxias Massivas realizado pelo Telescópio Hobby-Eberly.

A espectroscopia permite separar e medir os diferentes comprimentos de onda da luz de um objeto. Martín-Navarro utilizou técnicas computacionais para analisar o espectro de cada galáxia e recuperar a sua história de formação estelar, descobrindo a melhor combinação de populações estelares para se adequarem aos dados espectroscópicos. “Ficamos a saber a quantidade de luz que vem de populações estelares de diferentes idades,” explicou.

Ao comparar histórias de formação de estrelas em galáxias com buracos negros de massas diversas, Martín-Navarro encontrou diferenças marcantes. Essas diferenças apenas apresentaram correlação com a massa do buraco negro e não com a morfologia galáctica, com o seu tamanho ou outras propriedades.

“Para galáxias com a mesma massa estelar mas diferentes massas de buraco negro central, a formação de estrelas terminou mais cedo e mais depressa nas que têm buracos negros maiores, durando mais nas galáxias com buracos negros centrais mais pequenos,” disse o investigador.

Outros investigadores procuraram correlações entre a formação estelar e a luminosidade dos núcleos galácticos ativos, mas sem sucesso. Martín-Navarro julga que pode ser porque as escalas de tempo são muito diferentes: a formação de estrelas ocorre ao longo de centenas de milhões de anos, mas as explosões de núcleos galácticos ativos ocorrem em períodos mais curtos.

Um buraco negro supermassivo só é luminoso quando está a engolir ativamente a matéria das regiões internas da sua galáxia hospedeira. Os núcleos galácticos ativos são altamente variáveis ​​e as suas propriedades dependem do tamanho do buraco negro, da taxa de acreção de matéria nova a cair no seu interior e de outros fatores.

“Usámos a massa do buraco negro como uma aproximação para a energia lançada na galáxia pelo AGN, porque a acreção em buracos negros mais massivos leva a uma resposta mais enérgica dos núcleos galácticos ativos, o que extingue mais rapidamente a formação de estrelas,” explicou Martín-Navarro.

Segundo Aaron Romanowsky, astrónomo da Universidade Estatal de San Jose e dos Observatórios da UC, coautor do estudo, a natureza concreta da resposta do buraco negro que cessa a formação estelar permanece incerta.

“Existem diferentes formas pelas quais um buraco negro pode lançar energia na galáxia, e os teóricos têm muitas ideias para explicar o processo de extinção, mas há muito trabalho a ser feito para relacionar as novas observações como os modelos,” concluiu Romanowsky.

Fonte da notícia: UC Santa Cruz