Galáxias chegam à “maioridade” em bolhas cósmicas

		IMAGEM: Imagem composta do campo estudado. Em amarelo, a imagem da radiação Lyman-alfa, do telescópio Subaru. Em branco, a imagem visível de uma galáxia, do Hubble, combinada com uma em infravermelho (em vermelho) do Spitzer. Em azul, o buraco negro visto pelo Spitzer.   Imagem ampliada e mais informações.

A “maioridade” de galáxias e buracos negros foi identificada, graças aos novos dados do Observatório de Raios-X Chandra da NASA e outros telescópios. Esta descoberta ajuda a compreender a verdadeira natureza das gigan­tescas bolhas de gás observadas em torno de galáxias muito jovens.

Cerca de uma década atrás, os astrônomos descobriram imensos reservatórios de hidro­gênio – que eles batizaram de “bolhas” – ao explorarem jovens galáxias distantes. As bo­lhas brilham luminosas no espectro visível, po­rém a fonte da imensa energia necessária para esse brilho e a natureza desses objetos não es­­tavam claras.

Uma longa observação do Chandra identificou, pela primeira vez, a fonte dessa energia. Os dados de raios-X mostram que uma fonte significativa de energia dentro dessas estru­turas colossais vem de buracos negros super-maciços que ficam parcialmente obscurecidos por densas camadas de poeira e gás. A piro­tecnia da formação de estrelas também parece desempenhar um importante papel – dizem o Telescópio Espacial Spitzer e obser­vações feitas do solo.

“Por dez anos os segredos das bolhas ficou escondido das vistas, mas agora des­cobrimos sua fonte de energia”, declarou James Geach da Universidade Durham University do Reino Unido que chefiou o estudo. “Agora podemos con­cluir algumas importantes discussões acerca do papel que elas desempenham na construção original das galáxias e buracos negros”.

		IMAGEM: Concepção artística de uma galáxia dentro da bolha, vista de perto. As seguidas explosões de supernovas e a ejeção de massa por estrelas em fim de vida geram um poderoso vento que aquece e ilumina as nuvens de gás.  Imagem ampliada e mais informações.

Acredita-se que as galáxias se formam quando o gás flui para dentro sob a ação da gravidade e resfria pela emissão de radiação. Esse pro­cesso deveria terminar quando o gás fosse aquecido pela radiação e escapasse das galá­xias e seus buracos negros. As bolhas pode­riam ser um sinal desse primeiro estágio, ou do segundo.

Com base nos novos dados e em argumentos teóricos, Geach e seus colegas mostram que o aquecimento do gás pelos buracos negros su­per-maciços e as emissões das estrelas em formação, em lugar de resfriar o gás, mais provavelmente energiza as bolhas. Isso implica em que as bolhas representam um estágio on­de as galáxias e os buracos negros estão ape­nas começando a desligar seu rápido cres­ci­mento por causa desses processos de aqueci­mento. Este é um estágio crucial da evolução de galáxias e buracos negros – conhecido como “feedback” – e um que os astrônomos faz tempo tentam compreender.

“Nós estamos vendo sinais de que as galáxias e buracos negros dentro dessas bolhas que es­tão atingindo a maioridade e agora estão empurrando o gás para fora para impedir um futuro crescimento”, diz o co-autor Bret Lehmer, também de Durham. “As galá­xias maciças têm que passar por um estágio assim, ou elas formariam estrelas de­mais e acabariam ficando ridiculamente grandes nos dias atuais”.

O Chandra e uma coleção de outros telescópios, inclusive o Spitzer, observaram 29
bolhas em um grande campo nos céus, batizado de “SSA22.” Essas bolhas, que medem centenas de milhares de anos-luz, são vistas como eram quando o Universo tinha apenas cerca de dois bilhões de anos, ou seja: aproximadamente 15% de sua idade atual.

		IMAGEM: Outra concepção artística de uma galáxia dentro da bolha. Os braços espirais da galáxia aparecem em amarelo e branco. Em amarelo vivo, as emissões do buraco negro gigante o centro da mesma. Imagem ampliada e mais informações.

Em cinco dessas bolhas, os dados do Chandra revelaram a assinatura de buracos negros su­per-maciços em desenvolvimento – uma fonte puntual que brilha fortemente na faixa dos raios-X. Acredita-se que existam esses buracos negros gigantes nos centros da maio­ria das galáxias, inclusive a nossa. Outras três bolhas nesse campo mostram prováveis indí­cios desses buracos negros. Com base em outras observações, inclusive do Spitzer, a equi­pe de pesquisadores foi capaz de esta­belecer que várias dessas galáxias também são dominadas por notáveis níveis de forma­ção de estrelas.

De acordo com os cálculos, a radiação e os poderosos fluxos vindos desses buracos ne­gros e estrelas em formação são suficiente­mente energéticos para causar o brilho do gás de hidrogênio nas bolhas onde residem. Nos casos onde as assinaturas desses buracos ne­gros não foram detectadas, as bolhas são, em geral, menos luminosas. Os autores mostram que buracos negros com energia suficiente para “iluminar” essas bolhas ainda seriam muito fra­cos para serem detectados, dada a exten­são das observações feitas pelo Chandra.

Além de explicar a fonte de energia dessas bolhas, esses resultados ajudam a explicar seu futuro. Dentro do cenário de aquecimento, o gás nessas bolhas não se resfriaria para formar estrelas e iria se somar ao gás aquecido que se en­contra nos espaços intergaláticos. A própria SSA22 pode evoluir para um maciço aglomerado galático.

Segundo Geach: “No início, as bolhas devem ter alimentado suas galáxias, mas o que vemos agora parecem mais ser sobras. Isso quer dizer que teremos que procurar ainda mais atrás no tempo para flagrar as galáxias e buracos negros no ato de formarem bolhas”.

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Esses resultados serão publicados na edição de 10 de julho da Astrophysical Journal. O Centro de Voo Espacial Marshall da NASA, em Huntsville, Alabama, gerencia o programa Chandra para a Diretoria de Missões Científicas da NASA em Washington.
O Smithsonian Astrophysical Observatory controla as opera­ções científicas e de voo do Chandra desde Cambridge, Massachusets.