National Radio Astronomy Observatory

Poderosos jatos expelem material de uma galáxia

Este processo limita os crescimento do buraco negro no centro e a taxa de formação de estrelas

Astrônomos, usando uma rede mundial de rádio telescópios, descobriram um forte indício de que um poderoso jato de material, acelerado até próximo da velocidade da luz pelo buraco negro central de uma galáxia, está expelindo massivas quantidades de gás para fora da galáxia. Segundo eles, este processo está limitando o crescimento do buraco negro e a taxa de formação de estrelas na galáxia, sendo assim uma peça chave para a compreensão do desenvolvimento das galáxias.

Imagem de Radio Telescópio da galáxia 4C12.50, a uns 1,5 bilhões de anos-luz da Terra. A parte em destaque mostra em detalhe a posição da extremidade do jato super rápido de partículas, onde uma massiva nuvem de gás (em amarelo-alaranjado) está sendo empurrada pelo jato. Crédito: Morganti et al., NRAO/AUI/NSF

Os astrônomos vêm teorizando que muitas galáxias deveriam ser mais massivas e ter mais estrelas do que as na verdade existentes. Os cientistas propuseram que dois principais mecanismos poderiam frear ou interromper os processos de aumento da massa e de formação de estrelas – violentos ventos estelares, oriundos de bursts de formação de estrelas e as perdas decorrentes das jatos alimentados pelo buraco negro supermassivo central da galáxia em formação.

“Com as imagens em grande detalhe obtidas por uma combinação intercontinental de radio telescópios, pudemos observar massivas bolhas de gás frio sendo empurradas para fora do centro galático pelos jatos alimentados pelo buraco negro”, diz Raffaella Morganti, do Instituto Holandês para Radio Astronomia e da Universidade de Groningen.

Os cientistas estudaram uma galáxia chamada 4C12.50, a uns 1,5 bilhões de anos-luz da Terra. Eles escolheram essa galáxia porque ela está em um estágio onde o “motor” do buraco negro que produz os jatos, acaba de ser ‘ligado”. Na medida em que o buraco negro, uma concentração de massa tão densa que nem a luz consegue escapar, puxa material para dentro de si, o material forma um disco giratório em torno do buraco negro. Processos que ocorrem nesse disco, sugam a tremenda energia gravitacional do buraco negro e a usam para expulsar material pelos polos do disco.

Nas extremidades de ambos os jatos, os pesquisadores encontraram bolhas de gás de hidrogênio se movendo para fora da galáxia a 1.000 km por segundo. Uma das nuvens tem mais de 16.000 vezes a massa de nosso Sol, enquanto a outra contém 140.000 vezes a massa solar. A nuvem maior, segundo os cientistas, tem mede aproximadamente 160 por 190 anos-luz.

“Este é o indício mais definitivo até hoje de uma interação entre o jato acelerado de uma galáxia assim e uma densa nuvem de gás interestelar”, diz Morganti. “Acreditamos estar observando em ação o processo pelo qual um motor ativo central pode retirar o gás – a matéria prima para a formação de estrelas – de uma galáxia jovem”, acrescenta ela.

Os cientistas também afirmam que suas observações indicam que os jatos expelidos pelo núcleo da galáxia podem tensionar e deformar as nuvens de gás interestelar de forma que o efeito de “empurrão” se expande além da pequena amplitude dos próprios jatos. Além disto, eles relatam que, no estágio de desenvolvimento da 4C12.50, os jatos podem “ligar” e “desligar”, de forma a repetir periodicamente o processo de expulsão de gases da galáxia.

Em julho, outra equipe de cientistas, usando o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), anunciou ter encontrado o gás sendo soprado para fora de uma galáxia mais próxima – a NGC 253 – por um intenso burst de formação de estrelas.

“Acredita-se que ambos os processos possam estar atuando, frequentemente de modo simultâneo, nas galáxias jovens, a fim de regular o crescimento de seu buraco negro central, assim como a taxa na qual elas podem criar novas estrelas”, declarou Morganti.

Morganti e sua equipe usaram radio telescópios na Europa e nos Estados Unidos, combinando seus sinais para formar um gigantesco telescópio intercontinental. Nos Estados Unidos esses incluíram o Very Long Baseline Array (VLBA) da Fundação Nacional de Ciências (NSF), um sistema continental de radio telescópios desde o Hawaii, passando pelos EUA continentais e chegando a St. Croix nas Ilhas Virgens, e mais uma antena do Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) no Novo México. Os radio telescópios europeus empregados foram os de  Effelsberg, Alemanha; Westerbork, na Holanda; e em Onsala, Suécia. O extremo poder de resolução – ou seja, a capacidade de observar pequenos detalhes – de um sistema tão abrangente, foi essencial para localizar precisamente a posição das nuvens de gás afetadas pelos jatos da galáxia.

Morganti trabalhou em conjunto com Judit Fogasy da Universidade Eotvos Lorand em Budapest, Hungria; Zsolt Paragi do Instituto Conjunto de Interferometria de Linha de Base Muito Longa da Europa; Tom Oosterloo do Instituto Holandês para Radio Astronomia e da Universidade de Groningen; e Monica Orienti do Instituto Nacional de Astrofísica da Itália – Instituto de Radio Astronomia. Suas descobertas serão publicadas na edição de 6 de setembro da Science.

O National Radio Astronomy Observatory é uma instalação da National Science Foundation, operado em cooperativa pela Associated Universities, Inc.