Usando o Observatório de Raios-X Chandra da NASA e o Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) da NSF, os astrônomos descobriram que H1821+643 – o quasar mais próximo hospedado por um aglomerado de galáxias, a uma distância de cerca de 3,4 bilhões de anos-luz – é menos influente do que muitos buracos negros gigantes em outros aglomerados de galáxias.
Esta imagem composta mostra o quasar H1821+643. Crédito da imagem: NASA/CXC/Universidade de Nottingham/Russell e outros. /NSF/NRAO/VLA/SAO/N. Wolk.
Quasares são uma classe rara e extrema de buracos negros supermassivos que puxam furiosamente material para dentro, produzindo radiação intensa e, às vezes, jatos poderosos.
Conhecido como H1821+643, este quasar está a cerca de 3,4 mil milhões de anos-luz da Terra e contém um buraco negro com 4 mil milhões de massa solar.
A maioria dos buracos negros supermassivos em crescimento puxam material menos rapidamente do que os dos quasares.
Os astrónomos estudaram o impacto destes buracos negros mais comuns, observando-os nos centros de aglomerados de galáxias.
Explosões regulares desses buracos negros evitam que as enormes quantidades de gás superaquecido em que estão incorporados esfriem, o que limita o número de estrelas que se formam em suas galáxias hospedeiras e a quantidade de combustível que é canalizado em direção ao buraco negro.
Muito menos se sabe sobre a influência que os quasares em aglomerados de galáxias têm sobre os seus arredores.
“Descobrimos que o quasar no nosso estudo parece ter abandonado grande parte do controlo imposto pelos buracos negros de crescimento mais lento. O apetite do buraco negro não é igualado pela sua influência”, disse a Dra. Helen Russell, astrônoma da Universidade de Nottingham.
Para chegar a esta conclusão, Russell e colegas usaram o Chandra para estudar o gás quente que envolve o H1821+643 e a sua galáxia hospedeira.
Os raios X brilhantes do quasar, no entanto, dificultaram o estudo dos raios X mais fracos do gás quente.
“Tivemos que remover cuidadosamente o brilho dos raios X para revelar qual é a influência do buraco negro. Pudemos então ver que na verdade está a ter pouco efeito no seu entorno,” disse o Dr. Paul Nulsen, astrónomo do Centro de Astrofísica de Harvard & Smithsonian.
Usando o Chandra, os astrónomos descobriram que a densidade do gás perto do buraco negro no centro da galáxia é muito mais elevada, e as temperaturas do gás muito mais baixas, do que em regiões mais distantes.
Eles esperam que o gás quente se comporte assim quando há pouca ou nenhuma entrada de energia (que normalmente viria de explosões de um buraco negro) para evitar que o gás quente esfrie e flua em direção ao centro do aglomerado.
“O buraco negro gigante está a gerar muito menos calor do que a maioria dos outros nos centros dos aglomerados de galáxias. Isto permite que o gás quente arrefeça rapidamente e forme novas estrelas, e também atue como fonte de combustível para o buraco negro,” disse a Dra. Lucy Clews, astrónoma da Universidade Aberta.
Os investigadores determinaram que o gás quente – equivalente a cerca de 3.000 vezes a massa do Sol por ano – está a arrefecer a tal ponto que já não é visível nos raios X.
Este rápido arrefecimento pode facilmente fornecer material suficiente para as 120 massas solares de novas estrelas observadas a formar-se na galáxia hospedeira todos os anos, e para as 40 massas solares consumidas pelo buraco negro todos os anos.
Os cientistas também examinaram a possibilidade de que a radiação do quasar esteja causando diretamente o resfriamento do gás quente do aglomerado.
Isso envolve fótons de luz do quasar colidindo com elétrons no gás quente, fazendo com que os fótons se tornem mais energéticos e os elétrons percam energia e esfriem.
O estudo mostrou que este tipo de arrefecimento está provavelmente a ocorrer no aglomerado que contém H1821+643, mas é demasiado fraco para explicar a grande quantidade de arrefecimento de gás observada.
“Embora este buraco negro possa ter um desempenho inferior por não bombear calor para o seu ambiente, o estado atual das coisas provavelmente não durará para sempre”, disse o Dr. Thomas Braben, astrónomo da Universidade de Nottingham.
“Eventualmente, a rápida ingestão de combustível pelo buraco negro deverá aumentar a potência dos seus jatos e aquecer fortemente o gás.”
“O crescimento do buraco negro e da sua galáxia deverá então desacelerar drasticamente.”
As equipes papel será publicado no Avisos mensais da Royal Astronomical Society.
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RH Russel e outros. 2024. Um fluxo de resfriamento em torno do quasar de baixo desvio para o vermelho H1821+643. MNRAS, no prelo; arXiv: 2401.03022
