A imagem principal, que mostra a galáxia ativa NGC 1433, foi obtida pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA. A estrutura a cores próximo do centro, e em destaque do lado direito, foi obtida pelo ALMA, que revelou pela primeira vez uma estrutura em espiral, assim como uma inesperada corrente de material a deslocar-se para o exterior.
Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/NASA/ESA/F. Combes
Duas equipas internacionais de astrónomos usaram o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para estudar os jactos emitidos por enormes buracos negros situados no centro das galáxias e observar como é que estes jactos afectam o seu meio circundante.
As equipas obtiveram, respectivamente, a melhor imagem de sempre do gás molecular em torno de um buraco negro calmo próximo e inesperadamente viram de relance a base de um jacto poderoso próximo de um buraco negro distante.
Esta imagem detalhada mostra as regiões centrais da galáxia ativa próxima NGC 1433. A imagem ténue de fundo, a azul, que mostra as faixas centrais de poeira da galáxia, foi obtida pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA. As estruturas coloridas próximo do centro correspondem às observações recentes do ALMA, as quais revelaram pela primeira vez uma estrutura em espiral, assim como uma inesperada corrente de material a deslocar-se para o exterior.
Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/NASA/ESA/F. Combes
Existem buracos negros de massa extremamente elevada – com massas que vão até vários milhares de milhões de vezes a massa solar – no coração de quase todas as galáxias do Universo, incluindo a nossa própria galáxia, a Via Láctea. Num passado distante, estes objetos estranhos encontravam-se muito ativos, engolindo enormes quantidades de matéria do seu meio circundante, brilhando intensamente e expelindo pequenas fracções dessa matéria sob a forma de jactos extremamente poderosos. No Universo atual a maioria dos buracos negros de elevada massa encontram-se muito menos ativos do que na sua juventude, mas a interacção entre os jactos e o meio circundante ainda afecta a evolução das galáxias.
Dois novos estudos, ambos publicados hoje na revista da especialidade Astronomy & Astrophysics, fizeram uso do ALMA para investigar jactos de buracos negros a escalas muito diferentes. Um dos estudos investigou um buraco negro próximo e relativamente calmo situado na galáxia NGC 1433, enquanto o outro observou um objeto muito distante e ativo chamado PKS 1830-211.
Esta imagem obtida pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA mostra a distante galáxia ativa PKG 1830-211. A galáxia aparece-nos como um objeto do tipo estelar vulgar, difícil de distinguir entre as miríades de estrelas reais muito mais próximas de nós. As observações ALMA recentes mostram ambos os componentes desta lente gravitacional distante e estão assinaladas a vermelho nesta imagem composta.
Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/NASA/ESA/I. Martí-Vidal
“O ALMA revelou uma estrutura em espiral surpreendente no gás molecular próximo do centro da NGC 1433,” diz Françoise Combes (Observatoire de Paris, França), autora principal do primeiro artigo científico. “Isto explica como é que o material flui para o interior, alimentando o buraco negro. Com as novas observações muito nítidas do ALMA descobrimos um jacto de matéria a ser emitido pelo buraco negro e que se estende ao longo de apenas 150 anos-luz. Esta é a mais pequena corrente molecular a fluir para o exterior alguma vez observada numa galáxia externa.”
A descoberta desta corrente de matéria, que está a ser arrastada com o jacto emitido pelo buraco negro central, mostra como é que tais jactos podem fazer parar a formação estelar e regular o crescimento dos bojos centrais das galáxias – este processo, chamado “feedback”, pode explicar a misteriosa relação entre a massa de um buraco negro no centro de uma galáxia e a massa do bojo circundante. O buraco negro acreta gás e torna-se mais ativo, mas seguidamente produz jactos que “varrem” o gás das regiões circundantes fazendo parar a formação estelar.
Na PKS 1830-211, Ivan Martí-Vidal (Chalmers University of Technology, Onsala Space Observatory, Onsala, Suécia) e a sua equipa observaram também um buraco negro de massa extremamente elevada com um jacto, mas muito mais brilhante e mais ativo que o anterior, situado no Universo primordial (a PKS 1830-211 tem um desvio para o vermelho de 2,5, o que significa que a sua luz teve que viajar cerca de 11 mil milhões de anos antes de chegar até nós. A radiação que observamos foi emitida quando o Universo tinha apenas 20% da sua idade atual. Comparativamente, a radiação emitida pela NGC 1433 leva apenas 30 milhões de anos a chegar à Terra, um tempo muito curto em termos galácticos). Este objeto é invulgar porque a sua intensa radiação atravessa uma galáxia de elevada massa situado no seu percurso a caminho da Terra, dividindo-se em duas imagens por efeito de lente gravitacional.
De vez em quando, os buracos negros de massa extremamente elevada engolem de repente uma enorme quantidade de matéria (o material que cai no buraco negro pode ser uma estrela ou uma nuvem molecular), a qual faz aumentar a potência do jacto e consequentemente a radiação é emitida nas energias mais elevadas. O ALMA conseguiu agora, e completamente por acaso, capturar um destes eventos na PKS 1830-211.
“As observações ALMA no caso desta “indigestão” do buraco negro deram-se completamente por acaso. Estávamos a observar a PKS 1830-211 por outro motivo, quando demos com variações subtis na cor e na intensidade nas imagens da lente gravitacional. Uma análise muito cuidada a este comportamento inesperado levou-nos à conclusão de que estávamos a observar, por um feliz acaso do destino, mesmo no momento em que matéria nova estava a entrar na base do jacto do buraco negro,” diz Sebastian Muller, co-autor do segundo artigo científico.
A equipa verificou também se este fenómeno violento teria sido observado por outros telescópios e ficou surpreendida ao descobrir um sinal de raios gama muito claro, graças a observações de monitorização do Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi da NASA. O processo que deu origem ao aumento de radiação nos longos comprimentos de onda observados pelo ALMA, foi igualmente responsável por aumentar de forma dramática a radiação no jacto, levando-a até às energias mais elevadas do Universo (esta energia é emitida sob a forma de raios gama, a forma de energia do espectro electromagnético de maior energia e menor comprimento de onda).
“Esta é a primeira vez que se estabelece uma ligação tão clara entre raios gama e radiação rádio submilimétrica, proveniente da base do jacto de um buraco negro,” acrescenta Sebastian Muller.
As duas novas observações são apenas o início das investigações levadas a cabo com o ALMA no âmbito do funcionamento de jactos emitidos por buracos negros de massa extremamente elevada, tanto próximos como distantes. A equipa de Combes está já a estudar outras galáxias ativas próximas com o ALMA e o objeto PKS 1830-211 será o foco de muita investigação futura com o ALMA e outros telescópios.
“Há ainda muito para aprender sobre como é que os buracos negros criam estes enormes jactos energéticos de matéria e radiação,” conclui Ivan Martí-Vidal. “Mas os novos resultados, obtidos ainda antes do ALMA estar completamente construído, mostram que esta é uma ferramenta extremamente poderosa para estudar estes jactos. As descobertas ainda agora começaram!”
Este é um artigo do ESO.
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