Cientistas próximos de revelar mistério dos enigmáticos buracos negros supermassivos

Robin Dienel / Carnegie Institution for Science

Astrofísicos publicaram vários novos estudos sondando os buracos negros supermassivos no centro de grandes galáxias. As estruturas massivas estão entre os objetos mais brilhantes, mas menos compreendidos, do universo.

Em termos da história do universo, os buracos negros supermassivos são recém-chegados à arena cósmica. Os astrônomos não conseguem nem mesmo formar concenso sobre como eles se formam — se são apenas buracos negros regulares que continuaram crescendo, se são criados por alguma matéria estelar colapsante incomum ou se formaram logo após o Big Bang e obtiveram uma “vantagem inicial” em acumular massa.

No entanto, o que sabemos é que buracos negros supermassivos são muito grandes e expelem toneladas de matéria e radiação para o universo. Também sabemos que quase todas as galáxias têm um destes no centro — o que elas chamam de núcleos galácticos ativos (AGN). Estudos publicados no início deste ano investigam essas questões-chave.

Um grupo de astrônomos italianos liderados por Samuele Ronchini, do Instituto de Ciência Gran Sasso, usou o telescópio espacial XMM-Newton para estudar um AGN de nome PKS 2251 + 11, um buraco negro que descreveram como “um candidato ideal” em seu artigo de 15 de março publicado no site acadêmico arXiv.org.

No estudo, os astrônomos observaram a radiação expelida do disco de acreção do buraco negro — o cinturão rotativo de gás e matéria estelar lentamente entrando em espiral no buraco negro, mas ainda fora do horizonte de eventos, que é o “ponto sem retorno” onde qualquer coisa acaba engolida pelo buraco negro, até mesmo luz.

Esse material é acelerado muito rápido em torno de grandes buracos negros e isso faz com que ele emita uma tonelada de radiação de ondas de rádio (comprimentos de onda longos) para raios gama (comprimentos de onda muito curtos), inclusive através do espectro visível da luz. O estudo dos italianos analisou os raios X disparados pela PKS 2251 + 11, perpendicular ao seu disco de acreção, formando grandes jatos de matéria e radiação.

“Através da análise de raios-X de uma observação realizada com o observatório XMM-Newton, obtivemos novas informações sobre a geometria, a cinemática e o estado físico das regiões que circundam o SMBH [sigla utilizada em inglês para “buraco negro supermassivo”] no centro do BLRG PKS 2251 + 11″, os astrônomos escreveu no jornal.

Pesquisadores descobriram que cerca de 90% das radiografias foram absorvidas por nuvens de poeira “grossas” a cerca de um terço de um ano-luz de distância do AGN, além obterem muitas informações sobre como o processo de “jateamento” funciona. Os cientistas, porém, destacaram que ainda há muito trabalho a ser feito para entender como esse jato é formado.

Formação de buracos negros

Outro estudo publicado por cientistas americanos da Califórnia, New Hampshire e Massachusetts tentou descobrir como buracos negros supermassivos se formam. O resultado foi publicado pela Sociedade Americana de Astronomia em 24 de janeiro.

Observando que o período de pico do crescimento supermassivo do buraco negro coincide com o período de pico da formação de estrelas — cerca de 10 bilhões de anos após o Big Bang, ou cerca de 3,7 bilhões de anos atrás — eles suspeitam que os dois fenômenos possam estar interligados. Tanto o crescimento do buraco negro central como a formação de estrelas são alimentados pela abundância de gás molecular e poeira que podem ser rastreados pelo infravermelho emitido pela poeira”, escreveram os cientistas.

“Os grãos de poeira, aquecidos pela radiação de estrelas jovens e AGNs, emitem fortemente no infravermelho. Como a atividade AGN também produz raios-X, a expectativa é que o AGN rastreie a emissão de poeira forte e a emissão de raios X e infravermelho sejam [fenômenos] correlacionados”.

“A formação de estrelas está associada a perturbações que estimulam o gás e induzem a acumulação”, observaram os cientistas. “Além disso, o universo local mostra uma correlação estreita entre a massa de SMBHs, a massa protuberante da galáxia hospedeira e a disseminação de velocidades estelares”.

Com esse entendimento, os pesquisadores filtraram dados sobre raios X do Observatório de Raios-X Chandra e infravermelho dos telescópios espaciais Spitzer e Herschel. “Embora a equipe tenha encontrado uma tendência consistente com o infravermelho correlacionando-se com a atividade de raio-X do AGN em uma ampla gama de casos, eles não encontraram nenhum quando comparados com as contribuições de infravermelho do AGN”, escreveram.

Eles sugeriram que essa discrepância poderia ser causada pelo ângulo com o qual vemos o buraco negro supermassivo. Se o jato estiver apontado diretamente para a Terra (o que significa que estamos olhando “para baixo” no disco de acréscimo), ele parece muito diferente de quando vemos a galáxia “de perfil”, olhando para ela ao longo do comprimento do disco. No entanto, eles disseram que “observações mais sensíveis e mais profundas devem ser capazes de resolver mais claramente os processos físicos associados ao AGN”.

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