Buracos negros supermassivos podem ter trilhões de vezes mais massa que o Sol, só existem em locais específicos e podem chegar a trilhões. Como objetos como esse podem estar escondidos? Eles estão protegidos da nossa visão por espessas colunas de gás e poeira.
No entanto, os astrônomos estão desenvolvendo uma maneira de encontrá-los: procurando por donuts que brilham no infravermelho.
Parece quase certo que grandes galáxias como a nossa Via Láctea hospedam buracos negros supermassivos (SMBHs) em seus centros. Elas crescem por meio de fusões com outras pequenas e médias empresas e por meio de acréscimos. Quando estão acumulando material ativamente, são chamados Núcleos Galácticos Ativos (AGN) e tornam-se tão brilhantes que podem ofuscar todas as estrelas de toda a sua galáxia. Os AGN mais luminosos são chamados quasares.
Os SMBHs, como todos os buracos negros, não emitem luz. Em vez disso, a luz vem do toro de gás e poeira em turbilhão que forma um anel de acreção ao redor do SMBH. O gás e a poeira ficam superaquecidos e emitem radiação eletromagnética. Até agora, os cientistas obtiveram imagens apenas de dois SMBHs, ambos com o Telescópio Horizonte de Eventos (EHT). (Para ser claro, o EHT na verdade não “vê” o SMBH. Em vez disso, ele vê a luz vinda do disco de acreção e a sombra que o SMBH projeta no disco.)
Mesmo sem vê-los, os astrônomos têm certeza de que a maioria das grandes galáxias hospeda um SMBH. Como? As estrelas próximas ao centro das galáxias movem-se de maneiras incomuns, como se estivessem sob a influência de um objeto extremamente massivo. A intensa radiação do AGN também é uma forte evidência de SMBH. Modelos de formação e evolução de galáxias e lentes gravitacionais fornecem evidências adicionais.
No entanto, os astrónomos ainda querem encontrar mais deles para que possam confirmar os seus modelos ou adaptá-los para se adequarem aos resultados observacionais. O problema é que muitos deles estão ocultos por gás e poeira. Se esse gás e poeira forem espessos e densos o suficiente, eles agem como um véu, bloqueando até mesmo a luz de raios X de baixa energia. Isso significa que a nossa visão do centro da galáxia está obscurecida, mesmo que seja um AGN.
Se podemos ou não ver o centro de uma galáxia como esta depende da nossa visão. Numa visão “lateral”, o toro o bloqueia, enquanto numa visão “superior” ou “inferior”, isso não acontece.
Os astrônomos querem entender quantos SMBHs existem no Universo, mas obviamente não há como encontrá-los e contá-los todos. O que eles esperam fazer é determinar a proporção entre SMBHs ocultos e não ocultos. Para fazer isso, eles precisam de uma amostra grande o suficiente para extrapolar. Dessa forma, eles podem ter uma ideia mais precisa de quantas PMEs existem.
Uma nova pesquisa usando dados de vários telescópios da NASA avançou a nossa compreensão dos SMBHs. A pesquisa e seus resultados estão detalhados em um artigo intitulado “Pesquisa de distribuição local NuSTAR AGN NH (NuLANDS). I. Rumo a uma distribuição de densidade de coluna verdadeiramente representativa no universo local.” Foi publicado no The Astrophysical Journal, e o autor principal é Peter G. Boorman, astrofísico do Cahill Center for Astrophysics do California Institute of Technology.
O NuLANDS tem como objetivo encontrar a poeira e o gás espessos que obscurecem o AGN. Esforços anteriores para detectar AGN foram dificultados pela dependência de raios X duros, a porção de maior energia do espectro de raios X, muitas vezes definida como raios X com energias superiores a 10 quiloelétron-volts (keV). Os discos de acreção ao redor dos SMBHs podem ser aquecidos a temperaturas extremamente altas e emitir raios X fortes.
No entanto, gás e poeira suficientemente espessos podem bloquear até mesmo os raios X mais duros. Se a densidade da coluna do gás for muito alta, nenhum raio X forte poderá passar. “Amostras selecionadas por raios X de núcleos galácticos ativos (AGN) fornecem uma das visões mais limpas da acreção de buracos negros supermassivos, mas são tendenciosas contra objetos obscurecidos por densidades de coluna de gás de espessura Compton de NH > 1024 cm-2”, os autores escreva em seu papel. Compton grosso significa espesso o suficiente para obscurecer um AGN.
O gás espesso e a poeira que bloqueiam os raios X absorvem-nos e depois reemitem-nos como luz infravermelha de baixa energia. Isso cria um toro brilhante, ou donut, de gás e poeira. É aqui que entra o IRAS.
IRAS foi o Satélite Astronômico Infravermelho, lançado em janeiro de 1983 e operou durante 10 meses. Ele realizou um levantamento infravermelho de todo o céu e detectou as emissões infravermelhas dos toros ao redor dos SMBHs. Criticamente, ele detectou esses toros, estivessem eles de frente ou de lado.
No entanto, o IRAS não discriminou fontes infravermelhas. Também detectou galáxias em rápida formação estelar, que emitem luz infravermelha semelhante à do AGN. Nesta nova pesquisa, os autores usaram telescópios terrestres para diferenciar os dois.
Nessa fase, os pesquisadores tiveram uma amostra de toros ao redor dos SMBHs que emitiam luz infravermelha. No entanto, eles não sabiam se os estavam vendo de frente ou de lado. Lembre-se de que o objetivo deles era determinar quantos SMBHs estão ocultos e quantos não estão. Com uma amostra suficientemente grande contendo bons dados, eles poderiam extrapolar quantos SMBHs existem e se todas as grandes galáxias têm um.
É aqui que entra outro satélite da NASA. NuSTAR é um telescópio espacial de raios X que foi lançado em junho de 2012 e ainda está em operação. Um dos seus principais objetivos era detectar SMBHs um bilhão de vezes mais massivos que o Sol.
O NuSTAR pode detectar raios X de alta energia que passam através de poeira e gás espessos, para que possa detectar SMBHs de ponta. No entanto, ele pode usar horas de observação para detectar esses raios X, portanto, para ser eficaz, é necessário saber onde procurar primeiro. Foi com isso que o IRAS ajudou.
“Fico surpreso com a utilidade do IRAS e do NuSTAR para este projeto, especialmente apesar do IRAS estar operacional há mais de 40 anos”, disse o autor principal Boorman. “Acho que isso mostra o valor legado dos arquivos dos telescópios e o benefício de usar vários instrumentos e comprimentos de onda de luz juntos.”
Na pesquisa NuLANDS, os pesquisadores analisaram 122 AGN próximos, escolhidos por suas cores infravermelhas quentes. “Para resolver esse problema, apresentamos a NuSTAR Local AGN NH Distribution Survey (NuLANDS) – uma amostra herdada de 122 AGN próximos (z <0,044) selecionados principalmente para ter cores infravermelhas quentes do IRAS entre 25 e 60 μm”, os autores escrever.
A sua amostra de galáxias também é tendenciosa para aquelas cujo AGN é obscurecido por algo próximo delas, e não por alguma característica de grande escala da própria galáxia. “Por construção, a nossa amostra irá perder fontes afetadas por avermelhamento severo de linhas estreitas e, assim, segregar fontes dominadas por obscurecimento nuclear em pequena escala do obscurecimento em grande escala da galáxia hospedeira”, explicam os autores.
Os investigadores descobriram que 35% ± 9% das galáxias têm poeira da espessura de Compton, o que significa que os seus AGN e SMBH estão obscurecidos. Portanto, cerca de um terço dos SMBHs do Universo estão obscurecidos. No entanto, estes são apenas os primeiros resultados do NuLANDS e, embora o 122 AGN seja uma pesquisa considerável, há mais por vir.
Estes resultados apoiam algumas das ideias em torno das pequenas e médias empresas, das suas massas e dos seus números. As pequenas e médias empresas devem consumir uma enorme quantidade de material para atingir seus enormes tamanhos. Isso significa que muitos deles devem ser obscurecidos pela própria poeira que eventualmente consumirão. Boorman e seus coautores dizem que seus resultados apoiam essa ideia.
“Se não tivéssemos buracos negros, as galáxias seriam muito maiores”, disse o coautor do estudo Poshak Gandhi, professor de astrofísica na Universidade de Southampton, no Reino Unido. Isso ocorre por dois motivos. Primeiro, consomem material que de outra forma formaria mais estrelas. Em segundo lugar, por vezes cai demasiado material em direção ao buraco negro e este expele o excesso. Esse material ejetado pode dispersar as nuvens de gás onde as estrelas se formam, retardando a formação estelar da galáxia.
“Portanto, se não tivéssemos um buraco negro supermassivo na nossa galáxia, a Via Láctea, poderia haver muito mais estrelas no céu. Este é apenas um exemplo de como os buracos negros podem influenciar a evolução de uma galáxia,” disse Gandhi.
Fonte: InfoMoney
