As primeiras análises diriam à maioria dos observadores que buracos negros supermassivos (SMBHs) e estrelas muito jovens não têm nada em comum. Mas isso não é verdade. Os astrónomos detectaram um buraco negro supermassivo (SMBH) cujo crescimento é regulado da mesma forma que o de uma estrela bebé: por ventos magnéticos.

Os buracos negros supermassivos são tão grandes que é difícil compreendê-los. Podem ter milhares de milhões de vezes mais massivos que o nosso Sol, um número tão fácil de dizer que banaliza a sua verdadeira magnitude. Eles crescem tanto através de dois mecanismos: fusões e acréscimos.

Os buracos negros não podem ser vistos diretamente, mas a sua existência é confirmada pela observação de como alteram o seu ambiente. As SMBHs são tão massivas que alteram a órbitas e velocidades de estrelas próximas, um fenômeno que os astrônomos observaram claramente. SMBHs também são visíveis como núcleos galácticos ativos quando estão acumulando material ativamente. Por último, quando os buracos negros se fundem, libertam ondas gravitacionais que podemos detectar com recursos como LIGO/Virgo.

Mas há muitas questões sem resposta sobre como os buracos negros crescem por acreção. Para tentar entender como um SMBH acumula gás e adquire massa, uma equipe de pesquisadores observou ESO320-G030, uma galáxia próxima a apenas 120 milhões de anos-luz de distância.

Seus resultados estão em um artigo intitulado “Um espetacular vento magnetohidrodinâmico em escala galáctica no ESO 320-G030.” O artigo foi publicado na revista Astronomy and Astrophysics, e o autor principal é Mark Gorski, pós-doutorado na Northwestern University.

Uma questão pendente no estudo das pequenas e médias empresas diz respeito feedback do buraco negro. Nem todo o material que entra no disco de acreção de um SMBH cai no buraco. Alguns são lançados por jatos astrofísicos. Isto faz parte de um processo chamado feedback do buraco negro, e molda a forma como o buraco negro cresce e a rapidez com que a sua galáxia forma novas estrelas.

ESO 320-G030 é interessante não só porque alberga um SMBH, mas também porque está a formar novas estrelas a um ritmo rápido, cerca de dez vezes mais rápido que a Via Láctea. Para tentar compreender todos os processos no núcleo da galáxia, uma equipa de investigadores utilizou o Atacama Large Millimetre/submillimetre Array (ALMA) para observar moléculas a serem transportadas do centro da galáxia para o exterior.

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“Como as galáxias regulam o crescimento nuclear através da acumulação de gás por buracos negros supermassivos (SMBHs) é uma das questões mais fundamentais na evolução das galáxias”, escrevem os autores no seu artigo de investigação. “Uma forma potencial de regular o crescimento nuclear é através de um vento galáctico que remove o gás do núcleo.”

A força do ALMA reside na sua capacidade de ver através do gás espesso e da poeira e de observar a luz que atravessa a luz infravermelha e as ondas de rádio. Ele pode rastrear moléculas frias pela luz que elas emitem nesses comprimentos de onda. Nesta investigação, o ALMA rastreou o HCN (cianeto de hidrogénio) à medida que este viajava através do núcleo do ESO 320-G030.

“Não está claro se os ventos galácticos são alimentados por jatos, ventos mecânicos, radiação ou através de processos magnetohidrodinâmicos (MHD)”, escrevem os autores. Ao utilizar o ALMA para observar o HCN, os investigadores esperavam trazer clareza.

Concepção artística dos jatos de um buraco negro supermassivo.  Crédito: NASA/Dana Berry/SkyWorks Digital
Concepção artística dos jatos de um buraco negro supermassivo. Crédito: NASA/Dana Berry/SkyWorks Digital
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ESO 320-G030 é um tipo particular de galáxia. É uma galáxia infravermelha luminosa com um núcleo muito compacto obscurecido pela poeira. Cerca de 30% desses tipos de galáxias têm núcleos extremamente compactos com SMBHs crescentes ou explosões estelares incomuns. Há claramente muita ação no núcleo da galáxia, por isso é um alvo crítico para astrofísicos e astrónomos.

“Uma vez que esta galáxia é muito luminosa no infravermelho, os telescópios podem resolver detalhes impressionantes no seu centro”, disse Susanne Aalto, professora de Radioastronomia na Chalmers University of Technology. “Queríamos medir a luz das moléculas transportadas pelos ventos do núcleo da galáxia, na esperança de rastrear como os ventos são lançados por um buraco negro supermassivo em crescimento, ou que em breve estará em crescimento. Ao utilizar o ALMA, conseguimos estudar a luz por detrás de espessas camadas de poeira e gás.”

Há um debate entre os astrônomos sobre a natureza do feedback do buraco negro. As galáxias têm fluxos impulsionados por AGN que injetam gás de volta ao núcleo da galáxia, mas não conseguem concordar sobre a natureza do feedback. Podem ser jatos, ventos mecânicos ou radiação. Observar o ESO 320-G030 com a capacidade de observação de moléculas do ALMA é uma oportunidade para nos aprofundarmos no debate.

O ALMA foi capaz de rastrear o comportamento do HCN devido à vibração excitacional. As observações resultam em mapas do movimento da molécula no núcleo da galáxia.

Esta figura da pesquisa mostra um campo de velocidade ponderado por intensidade de HCN no núcleo do ESO 320-G030.  Os autores escrevem, "A localização aproximada e a direção do fluxo de saída são indicadas pelas setas tracejadas." Os contornos na figura mostram que a emissão de HCN-vib é "estendido ao longo do fluxo de saída e que o fluxo de saída é lançado a partir de lados do núcleo com rotação semelhante." Crédito da imagem: Gorski et al.  2024
Esta figura da pesquisa mostra um campo de velocidade ponderado por intensidade de HCN no núcleo do ESO 320-G030. Os autores escrevem: “A localização aproximada e a direção do fluxo de saída são indicadas pelas setas tracejadas”. Os contornos na figura mostram que a emissão de HCN-vib é “estendida ao longo do fluxo de saída e que o fluxo de saída é lançado a partir de lados do núcleo com rotação semelhante”. Crédito da imagem: Gorski et al. 2024
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“Podemos ver como os ventos formam uma estrutura em espiral, saindo do centro da galáxia. Quando medimos a rotação, a massa e a velocidade do material que flui para fora, ficamos surpresos ao descobrir que poderíamos descartar muitas explicações para a força do vento, como a formação de estrelas, por exemplo. Em vez disso, o fluxo para fora pode ser alimentado pela entrada de gás e parece ser mantido unido por campos magnéticos”, disse Aalto.

À medida que o SMBH atrai material para o seu disco de acreção rotativo, a rotação cria campos magnéticos poderosos. Os campos magnéticos afastam a matéria do centro, criando um MHD em espiral (magnetohidrodinâmico) vento. À medida que a matéria é removida pelo vento, a rotação do disco diminui. A rotação mais lenta permite que mais material caia no buraco, deixando o SMBH crescer mais massivo.

Outros ventos e jatos no núcleo impulsionam o material para longe dos buracos negros nos núcleos das galáxias, mas este vento recém-descoberto alimenta o buraco negro com material. “Nesta Carta, apresentamos evidências convincentes de que o fluxo na ESO 320-G030 é alimentado por um mecanismo diferente, um vento MHD lançado antes da ignição de um AGN”, escrevem os autores. Uma vez que um AGN é observado quando um SMBH acretou material no seu disco e o material foi aquecido por rotação, o vento que os investigadores observaram é provavelmente responsável por alimentar material para o disco do buraco negro, parte do qual cai no próprio buraco.

Para os astrónomos responsáveis ​​pelo trabalho, as imagens de dados do ALMA são uma nova e deslumbrante visão dos ventos no núcleo galáctico do ESO 320-G030. “O que é espetacular sobre a morfologia do fluxo de saída é que as regiões de lançamento são aparentes e conectadas à estrutura nuclear rotativa nos ~12 pc mais internos”, escrevem eles. Os padrões revelados pelo ALMA sugerem a presença de um vento giratório magnetizado.

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O elemento giratório do vento é fundamental. “A rotação das saídas é uma forte indicação de aceleração magnética”, explicam os autores. Se a aceleração magnética está impulsionando isso, então os outros fenômenos que os astrônomos debatem – AGN, jatos astrofísicos ou radiação – não podem ser responsáveis.

Este vento recém-descoberto é semelhante aos ventos em torno de protoestrelas jovens que estão acumulando material e crescendo ativamente.

Concepção artística de uma estrela nascendo dentro de uma mortalha protetora de gás e poeira. Novas pesquisas mostram que os ventos magnéticos auxiliam no crescimento tanto de protoestrelas quanto de SMBHs. Crédito: NASA
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“Está bem estabelecido que as estrelas, nas primeiras fases da sua evolução, crescem com a ajuda de ventos rotativos – acelerados por campos magnéticos, tal como o vento nesta galáxia. As nossas observações mostram que buracos negros supermassivos e estrelas minúsculas podem crescer através de processos semelhantes, mas em escalas muito diferentes.” disse o autor principal Gorski em um comunicado à imprensa.

Este poderia ser um grande passo na compreensão de como as pequenas e médias empresas crescem, mas os autores sabem que é apenas um passo. Eles precisam observar mais PMEs e coletar mais dados antes que qualquer coisa seja conclusiva.

“Longe de todas as questões sobre este processo serem respondidas. Nas nossas observações vemos evidências claras de um vento rotativo que ajuda a regular o crescimento do buraco negro central da galáxia. Agora que sabemos o que procurar, o próximo passo é descobrir o quão comum é esse fenômeno. E se esta é uma fase pela qual passam todas as galáxias com buracos negros supermassivos, o que acontece com elas a seguir?” pergunta o autor principal Gorski.

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Formado em Educação Física, apaixonado por tecnologia, decidi criar o site news space em 2022 para divulgar meu trabalho, tenho como objetivo fornecer informações relevantes e descomplicadas sobre diversos assuntos, incluindo jogos, tecnologia, esportes, educação e muito mais.