Astrônomos usando o Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA detectaram que GS-10578, uma galáxia massiva e quiescente com desvio para o vermelho de 3,064 (tempo de retrospectiva de 11,7 bilhões de anos), está expelindo grandes quantidades de gás a velocidades de cerca de 1.000 km por segundo, o que é rápido o suficiente para escapar da atração gravitacional da galáxia; esses ventos rápidos estão sendo “empurrados” para fora da galáxia pelo buraco negro supermassivo central.
GS-10578 representa uma oportunidade única para estudar como as galáxias mais massivas do Universo se tornaram — e permaneceram — quiescentes. Crédito da imagem: Francesco D’Eugenio.
“O Universo hoje não é o que costumava ser”, disse o astrônomo Francesco D’Eugenio, do Instituto Kavli de Cosmologia da Universidade de Cambridge, e seus colegas.
“Galáxias locais, massivas e quiescentes permanecem como destroços colossais de histórias gloriosas, mas remotas, de formação de estrelas e de extinção rápida e poderosa, do tipo que não tem igual hoje em dia.”
“Webb nos permitiu pela primeira vez testemunhar essas galáxias monumentais durante a época há muito passada em que elas surgiram e desapareceram.”
“No desvio para o vermelho de 1,5-2 (3-4 bilhões de anos após o Big Bang), galáxias massivas quiescentes têm pouco ou nenhum gás frio, o combustível para a formação de estrelas.”
“No entanto, a questão se o combustível perdido foi consumido por explosões estelares ou se foi removido por feedback ‘ejetivo’ de buracos negros supermassivos permanece em aberto.”
Para responder a essa questão, os astrônomos observaram GS-10578, uma galáxia aproximadamente do tamanho da Via Láctea no início do Universo, cerca de dois bilhões de anos após o Big Bang.
“Com base em observações anteriores, sabíamos que esta galáxia estava em um estado extinto: ela não estava formando muitas estrelas devido ao seu tamanho, e esperamos que haja uma ligação entre o buraco negro e o fim da formação estelar”, disse o Dr. D’Eugenio.
“No entanto, até Webb, não fomos capazes de estudar esta galáxia com detalhes suficientes para confirmar essa ligação, e não sabíamos se esse estado de extinção é temporário ou permanente.”
GS-10578 é enorme para um período tão inicial do Universo: sua massa total é cerca de 200 bilhões de vezes a massa do nosso Sol, e a maioria de suas estrelas se formou entre 12,5 e 11,5 bilhões de anos atrás.
Usando o Webb, os pesquisadores detectaram que a galáxia está expelindo grandes quantidades de gás a velocidades de cerca de 1.000 km por segundo, o que é rápido o suficiente para escapar da atração gravitacional da galáxia.
Esses ventos rápidos estão sendo “empurrados” para fora da galáxia pelo buraco negro supermassivo central.
Assim como outras galáxias com buracos negros em acreção, GS-10578 tem ventos rápidos de gás quente, mas essas nuvens de gás são tênues e têm pouca massa.
Webb detectou a presença de um novo componente de vento, que não podia ser visto com telescópios anteriores.
Esse gás é mais frio, o que significa que é mais denso e — o mais importante — não emite luz.
Webb, com sua sensibilidade superior, consegue ver essas nuvens escuras de gás porque elas bloqueiam parte da luz da galáxia atrás delas.
A massa de gás ejetada da galáxia é maior do que a necessária para que a galáxia continue formando novas estrelas.
“Nós encontramos o culpado. O buraco negro está matando esta galáxia e mantendo-a dormente, cortando a fonte de ‘alimento’ que a galáxia precisa para formar novas estrelas”, disse o Dr. D’Eugenio.
“Embora modelos teóricos anteriores tivessem previsto que buracos negros tinham esse efeito nas galáxias, antes de Webb não era possível detectar esse efeito diretamente.”
“Sabíamos que os buracos negros têm um impacto enorme nas galáxias e talvez seja comum que eles impeçam a formação de estrelas, mas até Webb, não fomos capazes de confirmar isso diretamente”, disse o professor Roberto Maiolino, também do Instituto Kavli de Cosmologia da Universidade de Cambridge.
“É mais uma maneira pela qual o Webb representa um salto gigantesco em termos da nossa capacidade de estudar o Universo primitivo e como ele evoluiu.”
A equipe resultados foram publicados no periódico Astronomia da Natureza.
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F. D’Eugenio e outros. Uma galáxia de rotação rápida pós-explosão estelar extinta pelo feedback de um buraco negro supermassivo em z = 3. Nat Astronpublicado em 16 de setembro de 2024; doi: 10.1038/s41550-024-02345-1
