O cluster Phoenix é uma enorme acumulação de cerca de 1, 000 galáxias, localizado a 5,7 bilhões de anos-luz da Terra. Em seu centro está uma grande galáxia, que parece cuspir estrelas a uma taxa de cerca de 1, 000 por ano. A maioria das outras galáxias do universo são muito menos produtivas, gritando apenas algumas estrelas a cada ano, e os cientistas se perguntam o que alimentou a produção estelar extrema do cluster Phoenix.

Agora, cientistas do MIT, a Universidade de Cambridge, e em outro lugar pode ter uma resposta. Em um artigo publicado hoje no Astrophysical Journal , a equipe relata a observação de jatos de água quente, Um gás de 10 milhões de graus saindo do buraco negro da galáxia central e espalhando grandes bolhas no plasma circundante.

Esses jatos normalmente atuam para extinguir a formação de estrelas, soprando gás frio - o principal combustível que uma galáxia consome para gerar estrelas. Contudo, os pesquisadores descobriram que os jatos quentes e bolhas que emanam do centro do aglomerado Phoenix também podem ter o efeito oposto de produzir gás frio, que por sua vez chove de volta para a galáxia, alimentando novas explosões estelares. Isso sugere que o buraco negro encontrou uma maneira de reciclar parte de seu gás quente como frio, combustível para fazer estrelas.

"Pensamos que o papel dos jatos e bolhas dos buracos negros era regular a formação de estrelas e evitar que o resfriamento acontecesse, "diz Michael McDonald, professor assistente de física no Instituto Kavli de Astrofísica e Pesquisa Espacial do MIT. "Nós meio que pensamos que eles eram pôneis de um truque, mas agora vemos que eles podem ajudar no resfriamento, e não é uma imagem tão simples. "

As novas descobertas ajudam a explicar o excepcional poder de produção de estrelas do cluster Phoenix. Eles também podem fornecer uma nova visão sobre como os buracos negros supermassivos e suas galáxias hospedeiras crescem e evoluem mutuamente.

Os co-autores do McDonald's incluem a autora principal Helen Russell, um astrônomo da Universidade de Cambridge; e outros da Universidade de Waterloo, o Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, a Universidade de Illinois, e em outros lugares.

Jatos quentes, filamentos frios

A equipe analisou as observações do cluster Phoenix coletadas pelo Atacama Large Millimeter Array (ALMA), uma coleção de 66 grandes radiotelescópios espalhados pelo deserto do norte do Chile. Em 2015, o grupo obteve permissão para direcionar os telescópios no cluster Phoenix para medir suas emissões de rádio e detectar e mapear sinais de gás frio.

Os pesquisadores analisaram os dados em busca de sinais de monóxido de carbono, um gás que está presente onde quer que haja gás hidrogênio frio. Eles então converteram as emissões de monóxido de carbono em gás hidrogênio, para gerar um mapa de gás frio próximo ao centro do aglomerado Phoenix. A imagem resultante foi uma surpresa intrigante.

"Você esperaria ver um nó de gás frio no centro, onde a formação de estrelas acontece, "McDonald diz." Mas vimos esses filamentos gigantes de gás frio que se estendem por 20, 000 anos-luz do buraco negro central, além da própria galáxia central. É lindo de ver. "

A equipe já havia usado o Observatório de Raios-X Chandra da NASA para mapear o gás quente do aglomerado. Essas observações produziram uma imagem na qual jatos poderosos saíram do buraco negro próximo à velocidade da luz. Mais longe, os pesquisadores viram que os jatos inflavam bolhas gigantes no gás quente.

Quando a equipe sobrepôs sua imagem do gás frio do cluster Phoenix no mapa de gás quente, eles encontraram uma "correspondência espacial perfeita":Os longos filamentos de frígida, O gás de 10 kelvins parecia espalhado sobre as bolhas de gás quente.

"Esta pode ser a melhor imagem que temos de buracos negros influenciando o gás frio, "McDonald diz.

Alimentando o buraco negro

O que os pesquisadores acreditam estar acontecendo é que, à medida que o jato infla as bolhas de calor, Gás de 10 milhões de graus perto do buraco negro, eles arrastam atrás deles uma esteira ligeiramente mais fria, Gás de 1 milhão de graus. As bolhas eventualmente se desprendem dos jatos e flutuam mais para dentro do aglomerado de galáxias, onde cada trilha de bolha de gás esfria, formando longos filamentos de gás extremamente frio que se condensam e chovem de volta para o buraco negro como combustível para a formação de estrelas.

"É uma ideia muito nova que as bolhas e jatos podem realmente influenciar a distribuição de gás frio de alguma forma, "McDonald diz.

Cientistas estimam que haja gás frio suficiente próximo ao centro do aglomerado de Phoenix para continuar produzindo estrelas em alta taxa por mais 30 a 40 milhões de anos. Agora que os pesquisadores identificaram um novo mecanismo de feedback que pode fornecer ao buraco negro ainda mais gás frio, a saída estelar do cluster pode continuar por muito mais tempo.

"Enquanto houver gás frio alimentando-o, o buraco negro continuará lançando esses jatos, "McDonald diz." Mas agora descobrimos que esses jatos estão produzindo mais comida, ou gás frio. Então você está neste ciclo que, em teoria, poderia durar muito tempo. "

Ele suspeita que a razão pela qual o buraco negro é capaz de gerar combustível para si mesmo pode ter algo a ver com seu tamanho. Se o buraco negro for relativamente pequeno, pode produzir jatos muito fracos para explodir completamente o gás frio para longe do cluster.

"Neste momento [o buraco negro] pode ser muito pequeno, e seria como colocar um civil no ringue com Mike Tyson, "McDonald diz." Simplesmente não cabe a tarefa de soprar esse gás frio para longe o suficiente para que ele nunca mais volte. "

A equipe espera determinar a massa do buraco negro, bem como identificar outros, criadores de estrelas igualmente extremos no universo.

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.