Os astrónomos que estudam o quasar H1821+643 descobriram que este tem menos impacto no seu ambiente do que o esperado, desafiando o comportamento típico dos buracos negros. Crédito: SciTechDaily.com
O quasar produz altos níveis de radiação e jatos poderosos, mas tem menos influência sobre o seu entorno do que o esperado.
Os astrônomos revelaram que um supermassivo brilhante buraco negro não está correspondendo às expectativas. Embora seja responsável por elevados níveis de radiação e jatos poderosos, este buraco negro gigante não é tão influente no seu entorno como muitos dos seus homólogos noutras galáxias.
Um artigo descrevendo esses resultados, escrito por uma equipe que inclui W. Niel Brandt, professor de astronomia e astrofísica da Eberly Family Chair e professor de física na Penn State, foi publicado no Avisos mensais da Royal Astronomical Society.
Close do quasar mais próximo
O estudo, usando dados de NASAObservatório de raios-X Chandra, observou o quasar mais próximo da Terra. Conhecido como H1821+643, este quasar está a cerca de 3,4 mil milhões de anos-luz da Terra e situa-se num aglomerado de galáxias. 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.
“Há muito que desejo investigar melhor este notável quasar com a visão aguçada do Chandra,” disse Brandt. “Suspeitei que o ‘latido’ deste quasar seria pior do que a sua ‘mordida’ – isto é, a sua impressionante pirotecnia não implica um impacto ambiental igualmente impressionante. Estou muito satisfeito que a nossa determinação obstinada tenha valido a pena e confirmou as minhas suspeitas!”
No centro desta imagem está o quasar H1821+643, um buraco negro supermassivo de rápido crescimento que os astrónomos descobriram ter um desempenho insatisfatório, apesar de produzir radiação intensa e um jato de partículas visto em dados de rádio do Very Large Array, a vermelho. Localizada no meio de um aglomerado de galáxias, a H1821+643 está rodeada por enormes quantidades de gás quente detectado em raios X pelo Chandra, em azul. As altas temperaturas e densidades do gás quente em torno do quasar mostram que o buraco negro está a ter um impacto mais fraco na sua galáxia hospedeira do que muitas das suas outras contrapartes noutros enxames de galáxias. H1821+643 é o quasar mais próximo da Terra em um aglomerado de galáxias. Está localizado a 3,4 mil milhões de anos-luz da Terra e a imagem tem cerca de um milhão de anos-luz de diâmetro à distância do quasar. Crédito: Raio X: NASA/CXC/Univ. de Nottingham/H. Russell et al.; Rádio: NSF/NRAO/VLA; Processamento de imagem: NASA/CXC/SAO/N. Wolk
Impacto Quasar: Um Exame Detalhado
A maioria dos buracos negros supermassivos em crescimento puxa material menos rapidamente do que os 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 renunciado a grande parte do controlo imposto pelos buracos negros de crescimento mais lento,” disse Helen Russell do Universidade de Nottingham no Reino Unido, que liderou o novo estudo. “O apetite do buraco negro não é igualado pela sua influência.”
Descobrindo o Paradoxo Cósmico
Para chegar a esta conclusão, a equipe usou o Chandra para estudar o gás quente que envolve o H1821+643 e sua galáxia hospedeira. Os raios X brilhantes do quasar, no entanto, dificultaram o estudo dos raios X mais fracos do quente. gás.
“Tivemos que remover cuidadosamente o brilho dos raios X para revelar qual é a influência do buraco negro”, disse o coautor Paul Nulsen, do Centro de Astrofísica de Harvard e do Smithsonian. “Podemos então ver que, na verdade, está tendo pouco efeito no ambiente.”
Dinâmica dos gases e implicações futuras
A equipe descobriu que a densidade do gás próximo ao buraco negro no centro da galáxia é muito maior, e as temperaturas do gás muito mais baixas, do que em regiões mais distantes. Os cientistas esperam que o gás quente se comporte desta forma quando há pouca ou nenhuma fonte de energia – normalmente explosões de um buraco negro – para evitar que o gás quente arrefeça e flua em direção ao centro do aglomerado.
“O buraco negro gigante está gerando muito menos calor do que a maioria dos outros nos centros dos aglomerados de galáxias”, disse a coautora Lucy Clews, da Universidade Aberta do Reino Unido. “Isso permite que o gás quente esfrie rapidamente e forme novos estrelas, e também atuam como fonte de combustível para o buraco negro.”
Os pesquisadores determinaram que o gás quente equivalente a cerca de 3.000 vezes a massa do Sol por ano está esfriando a ponto de não ser mais 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.
A equipe também examinou 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 da equipa 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 co-autor Thomas Braben, 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.”
Referência: “Um fluxo de resfriamento em torno do quasar de baixo redshift H1821+643” por HR Russell, PEJ Nulsen, AC Fabian, TE Braben, WN Brandt, L Clews, M McDonald, CS Reynolds, JS Sanders e S Veilleux, 27 de janeiro de 2024 , Avisos mensais da Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093/mnras/stae026
O trabalho de Brandt no projeto foi apoiado pela Penn State Eberly Family Chair em Astronomia e Astrofísica e pelo Chandra X-ray Center.
