Ventos de buracos negros centrais influenciam a evolução das galáxias

2015-02-20

Em cima: Ilustração que mostra como os buracos negros de grande massa, nos núcleos das galáxias, produzem radiação e ventos ultra-rápidos. Crédito: NASA/JPL-Caltech. Em baixo: Dados de dois telescópios espaciais, NuSTAR e XMM-Newton, que determinaram, pela primeira vez, a forma dos ventos ultra-rápidos provenientes de buracos negros gigantescos, ou quasares. Crédito: NASA/JPL-Caltech/Univ Keele.
O NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array), da NASA
National Aeronautics and Space Administration (NASA)
Entidade norte-americana, fundada em 1958, que gere e executa os programas espaciais dos Estados Unidos da América.
, e o telescópio XMM-Newton
X-ray Spectroscopy Multi-Mirror Mission (XMM-Newton)
Satélite de raios-X da Agência Espacial Europeia colocado em órbita no dia 10 de Dezembro de 1999, com a ajuda de um foguetão Ariane 5. Este satélite é o segundo de uma série de missões no âmbito do programa espacial europeu de longo termo Horizon 2000.
, da ESA
European Space Agency (ESA)
A Agência Espacial Europeia foi fundada em 1975 e actualmente conta com 15 países membros, incluindo Portugal.
, estão a mostrar que os fortes ventos provenientes de um buraco negro
buraco negro
Um buraco negro é um objecto cuja gravidade é tão forte que a sua velocidade de escape é superior à velocidade da luz. Em Astronomia, distinguem-se dois tipos de buraco negro: os buracos negros estelares, que resultam da morte de uma estrela de massa elevada, e os buracos negros galácticos, que existem no centro das galáxias activas.
de enorme massa
massa
A massa é uma medida da quantidade de matéria de um dado corpo.
, no centro de uma galáxia
galáxia
Um vasto conjunto de estrelas, nebulosas, gás e poeira interestelar gravitacionalmente ligados. As galáxias classificam-se em três categorias principais: espirais, elípticas e irregulares.
, sopram em todas as direcções - um fenómeno do qual se suspeitava, mas, até agora, difícil de provar.

Esta descoberta deu aos astrónomos a primeira oportunidade de medir a força destes ventos ultra-rápidos e provar que são suficientemente poderosos para inibirem a capacidade da galáxia hospedeira formar novas estrelas
estrela
Uma estrela é um objecto celeste gasoso que gera energia no seu núcleo através de reacções de fusão nuclear. Para que tal possa suceder, é necessário que o objecto possua uma massa superior a 8% da massa do Sol. Existem vários tipos de estrelas, de acordo com as suas temperaturas efectivas, cores, idades e composição química.
.

"Sabemos que os buracos negros no centro das galáxias se alimentam de matéria e que este processo pode produzir ventos. Pensa-se que isto regula o crescimento das galáxias", disse Fiona Harrison, do Caltech (Instituto de Tecnologia da Califórnia), em Pasadena, principal investigadora do NuSTAR e co-autora de um artigo, sobre estes resultados, na revista Science. "Conhecendo a velocidade, a configuração e a extensão dos ventos, podemos agora perceber como são poderosos."

Os buracos negros de grande massa arremessam a matéria nas suas galáxias hospedeiras, com ventos que emitem raios-X
raios-X
A radiação X é a radiação electromagnética cujo comprimento de onda está compreendido entre o ultravioleta e os raios gama, ou seja, pertence ao intervalo de aproximadamente 0,1 Å a 100 Å. Descobertos em 1895, os raios-X tambêm são, por vezes, chamados de raios de Röntgen em homenagem ao seu descobridor. A radiação X é altamente penetrante, o que a torna muito útil, por exemplo, para obter radiografias.
e que viajam a velocidades até um terço da velocidade da luz
velocidade da luz
A velocidade da luz é a rapidez com que se propagam as ondas luminosas (ou radiação electromagnética). No vácuo, é igual a 299 790 km/s, sendo independente do referencial considerado.
. No novo estudo, os astrónomos determinaram que PDS 456 (um buraco negro extremamente brilhante, conhecido como um quasar
quasar
Os quasares são objectos extragalácticos extremamente brilhantes e compactos. Hoje acredita-se que são o centro de galáxias muito energéticas ainda num estado inicial da sua evolução (são, pois, núcleos galácticos activos - NGAs) e a sua energia provém de um buraco negro de massa muito elevada. Os seus desvios para o vermelho indicam que se encontram a distâncias cosmológicas. O seu nome, quasar, vem do inglês quasi-stellar object, ou seja, objecto quase estelar, devido à semelhança da sua imagem em placas fotográficas com a imagem de uma estrela.
, a mais de 2 mil milhões de anos-luz
ano-luz (al)
O ano-luz (al) é uma unidade de distância igual a 9,467305 x 1012 km, que corresponde à distância percorrida pela luz, no vácuo, durante um ano.
de distância) mantém ventos que transportam mais energia por segundo do que a emitida por mais de um bilião de sóis.

"Sabemos agora que os ventos de quasar contribuem significativamente para a perda de massa numa galáxia, afastando para longe as suas reservas de gás que são o combustível para a formação de estrelas", disse o principal autor do estudo, Emanuele Nardini, da Universidade de Keele, Inglaterra.

Em 2013 e em 2014, o NuSTAR e XMM-Newton observaram simultaneamente PDS 456 em cinco ocasiões diferentes. Os telescópios espaciais complementam-se, observando diferentes partes do espectro de raios-X: o XMM-Newton observou a de baixa energia e o NuSTAR a de alta energia.

Observações realizadas anteriormente pelo XMM-Newton identificaram ventos do buracos negro a soprar na nossa direcção, mas não foi possível determinar se sopravam em outras direcções. O XMM-Newton detectou átomos
átomo
O átomo é a menor partícula de um dado elemento que tem as propriedades químicas que caracterizam esse mesmo elemento. Os átomos são formados por electrões à volta de um núcleo constituído por protões e neutrões.
de ferro (que são transportados pelos ventos juntamente com outra matéria) apenas directamente à frente do buraco negro, onde bloqueiam os raios-X. Os cientistas combinaram os dados do NuSTAR, de raios-X de maior energia, com as observações do XMM-Newton e, deste modo, foram capazes de encontrar assinaturas de ferro dispersas, provando que os ventos emanam do buraco negro não numa direcção única, mas de forma quase esférica.

"Este é um grande exemplo da sinergia entre XMM-Newton e o NuSTAR", disse Norbert Schartel, cientista do projecto XMM-Newton, na ESA. "A complementaridade entre estes dois observatórios de raios-X permite-nos revelar os detalhes previamente escondidos deste lado poderoso do Universo."

Conhecida a forma e a extensão dos ventos, os investigadores puderam determinar a sua intensidade e com que grau podem inibir a formação de novas estrelas.

Os astrónomos consideram que um buraco negro de grande massa e a sua galáxia hospedeira evoluem juntos e regulam o crescimento um do outro. O sinais de que isto acontece provêm, em parte, de observações dos bojos centrais de galáxias – quanto mais massa tiver o bojo central, maior será o buraco negro.

Este último trabalho demonstra que os ventos de alta velocidade de um buraco negro de grande massa afectam grandemente a galáxia hospedeira. À medida que o buraco negro cresce em tamanho, os seus ventos arrastam enormes quantidades de matéria para fora, através da galáxia, o que, em última análise, pára a formação de novas estrelas.

Em termos cósmicos, PDS 456 está relativamente próximo e é brilhante, pelo que pode ser estudado em detalhe. Este buraco negro permite um olhar único para uma era remota do Universo, há cerca de 10 mil milhões de anos, quando os buracos negros de grande massa e os seus furiosos ventos eram mais comuns, dando possivelmente às galáxias as formas que hoje vemos.

"Poder estudar PDS 456 é, para um astrónomo, o mesmo que, para um paleontólogo, ter a possibilidade de estudar um dinossauro vivo", disse o co-autor Daniel Stern, do JPL (Laboratório de Propulsão a Jacto) da NASA, em Pasadena. "Somos capazes de investigar a física destes sistemas importantes com um nível de detalhe que não é possível para os encontrados a distâncias mais típicas, durante a "Era dos Quasares."

Fonte da notícia: http://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=4486