Buracos Negros Supermassivos (SMBHs) estão localizados nos centros de grandes galáxias como a nossa. Quando estão se alimentando ativamente, produzem mais luz e são chamados de núcleos galácticos ativos (AGN). Mas seus detalhes são difíceis de observar claramente porque grandes nuvens de gás bloqueiam nossa visão.
O JWST foi construído especialmente para circunstâncias como essas.
Nova pesquisa publicada no Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS) apresenta observações do JWST de um SMBH em uma galáxia a cerca de 70 milhões de anos-luz de distância. O telescópio encontrou poeira polar ao redor do SMBH. Estava fora do toro esperado de poeira que se acumula diretamente no buraco negro que os pesquisadores chamam de disco de acreção. A poeira polar é aquecida, mas em vez de ser aquecida pela radiação vinda do disco de acreção aquecido, o gás é aquecido quando por ondas de choque energéticas que vêm de jatos relativísticos.
A pesquisa é intitulada “Poeira além do toro: revelando o coração do infravermelho médio do Seyfert ESO 428-G14 local com JWST/MIRI.” O autor principal é Houda Haidar, um estudante de doutorado na Escola de Matemática, Estatística e Física da Universidade de Newcastle no Reino Unido. Houda e seus co-pesquisadores são membros do GATOS, o Galactic Activity, Torus, and Outflow Survey. De acordo com o site do GATOS, o GATOS é uma equipe internacional que usa o JWST para “desvendar o enigma que são os núcleos galácticos ativos”.
“Ter a oportunidade de trabalhar com dados exclusivos do JWST e acessar essas imagens impressionantes antes de qualquer outra pessoa é mais do que emocionante”, disse Houda. “Sinto-me incrivelmente sortudo por fazer parte da equipe GATOS. Trabalhar em estreita colaboração com os principais especialistas da área é realmente um privilégio.”
Esta é a primeira olhada do JWST na galáxia em questão, ESO 428-G14, mas não é a primeira vez que os astrônomos a observam. Eles têm observado a galáxia — chamada de Galáxia Seyfert por causa de sua alta luminosidade—por décadas. A comunidade astronômica usou vários telescópios para examinar a galáxia, incluindo o ALMA e o Hubble, e esses dados fazem parte deste trabalho.
O desafio em observar este AGN, e muitos outros como ele, é a poeira. As nuvens espessas e extensas de poeira e gás que eventualmente alimentam o buraco negro bloqueiam nossa visão dele. A descrição do trabalho do JWST é perfurar poeira como esta e obter uma visão mais clara dessas regiões obscuras.
O JWST tem quatro temas científicos principais, um dos quais é Galáxias ao longo do tempo. Uma combinação de processos impulsiona a evolução das galáxias, e núcleos galácticos ativos são parte do quadro.
Núcleos galácticos ativos podem emitir jatos relativísticos de material de seus polos que, em alguns casos, podem se estender por centenas de milhões de anos-luz no espaço. ESO 428-G14 não é diferente; ele emite jatos de rádio de seus polos. Os astrofísicos sabem que forças gravitacionais e magnéticas estão por trás desses jatos, mas o mecanismo exato por trás deles é desconhecido e é uma área ativa de pesquisa.
Os jatos podem ser a chave para entender SMBHs, como eles reciclam material em galáxias e a poeira que se acumula ao redor deles em um toro. “Por décadas, o toro empoeirado foi considerado responsável pela dicotomia entre núcleos galácticos ativos (AGN) tipo 1 e tipo 2, formando a pedra angular da unificação de AGNs”, escrevem os autores.
O modelo unificado de AGN afirma que os tipos 1 e 2 de AGN são diferenciados por seus ângulos de visão, em vez de por quaisquer diferenças fundamentais entre os dois. O tipo 1 é visto mais de frente em relação ao toro de poeira, exibe linhas de emissão amplas em seus espectros e tem discos de acreção visíveis. O tipo 2 é visto mais de ponta em relação ao toro, tem linhas de emissão estreitas e tem discos de acreção obscurecidos.
Alguns AGNs têm poeira polar separada de sua poeira de toro. Muitos modelos preveem que essa poeira é energizada pelos jatos que saem de seus polos. “No entanto, pouco se sabe sobre suas características, extensão espacial ou conexão com os fluxos de saída em maior escala”, escrevem os pesquisadores em seu artigo. Este é “o primeiro estudo JWST/MIRI com o objetivo de obter imagens de poeira polar ampliando o centro do ESO 428-G14”.
O JWST encontrou emissões estendidas no infravermelho médio que se estenderam a 650 anos-luz do AGN. A estrutura desta poeira polar é co-linear com um jato de rádio emitido pelo AGN. Mas a poeira é perpendicular a uma faixa de gás molecular que está alimentando o AGN e o obscurecendo. Esta é uma evidência importante da presença de poeira polar. “Sua morfologia tem uma semelhança impressionante com a do gás ionizado pelo AGN”, escrevem os autores.
Isso nos traz de volta ao debate em andamento sobre como os AGN energizam o gás e a poeira em seu ambiente. Qual o papel dos jatos versus qual o papel da radiação eletromagnética dos AGN? Uma linha de evidências mostra que a poeira absorve a radiação eletromagnética emitida pela poeira aquecida no disco de acreção.
No entanto, as novas imagens do JWST mostram que grande parte da emissão de poeira polar é estendida e espalhada ao longo dos caminhos dos jatos. Isso implica claramente que os jatos são responsáveis por aquecer e moldar a poeira, e a radiação do AGN desempenha um papel menor. A poeira de acreção e a poeira polar têm temperaturas diferentes, e isso fornece pistas sobre como diferentes partes do AGN são aquecidas de forma diferente. Choques induzidos por jatos podem ser responsáveis pelas diferenças de calor entre a poeira polar e a poeira de acreção.
“Há muito debate sobre como os AGN transferem energia para seus arredores. Não esperávamos ver jatos de rádio causarem esse tipo de dano. E ainda assim aqui está!” disse o Dr. David Rosario, professor sênior da Universidade de Newcastle e coautor do estudo.
