Dados do observatório de raios X XMM-Newton da ESA revelaram como buracos negros supermassivos moldam suas galáxias hospedeiras com ventos poderosos que varrem a matéria interestelar.

Em um novo estudo, os cientistas analisaram oito anos de observações XMM-Newton do buraco negro no centro de uma galáxia ativa conhecida como PG 1114 + 445, mostrando como ventos ultrarrápidos - fluxos de gás emitidos do disco de acreção muito perto do buraco negro - interagem com a matéria interestelar nas partes centrais da galáxia. Essas saídas foram detectadas antes, mas o novo estudo identifica claramente, pela primeira vez, três fases de sua interação com a galáxia hospedeira.

"Esses ventos podem explicar algumas correlações surpreendentes que os cientistas conhecem há anos, mas não conseguiam explicar, "disse o autor principal Roberto Serafinelli, do Instituto Nacional de Astrofísica de Milão, Itália, que conduziu a maior parte do trabalho como parte de seu doutorado. na Universidade de Roma Tor Vergata.

"Por exemplo, vemos uma correlação entre as massas dos buracos negros supermassivos e a velocidade de dispersão das estrelas nas partes internas de suas galáxias hospedeiras. Mas não há como isso ser devido ao efeito gravitacional do buraco negro. Nosso estudo, pela primeira vez, mostra como esses ventos de buracos negros impactam a galáxia em uma escala maior, possivelmente fornecendo o elo que faltava. "

Os astrônomos já detectaram dois tipos de vazamentos nos espectros de raios-X emitidos pelos núcleos galácticos ativos, as densas regiões centrais de galáxias conhecidas por conterem buracos negros supermassivos. Os chamados fluxos ultra-rápidos (OVNIs), feito de gás altamente ionizado, viajam a velocidades de até 40% da velocidade da luz e são observáveis ​​nas proximidades do buraco negro central.

Fluxos de saída mais lentos, referidos como absorvedores de calor, viajam a velocidades muito mais baixas de centenas de km / se têm características físicas semelhantes - como densidade de partículas e ionização - à matéria interestelar circundante. Essas saídas mais lentas são mais prováveis ​​de serem detectadas em distâncias maiores dos centros das galáxias.

No novo estudo, os cientistas descrevem um terceiro tipo de fluxo que combina características dos dois anteriores:a velocidade de um OVNI e as propriedades físicas de um absorvedor de calor.

"Acreditamos que este é o ponto em que o OVNI toca a matéria interestelar e a varre como um limpador de neve, "disse Serafinelli." Chamamos isso de 'fluxo ultrarrápido entrelaçado' porque o OVNI neste estágio está penetrando na matéria interestelar. É semelhante ao vento empurrando os barcos no mar. "

Esse arrastamento acontece a uma distância de dezenas a centenas de anos-luz de distância do buraco negro. O OVNI empurra gradualmente a matéria interestelar para longe das partes centrais da galáxia, limpando-o do gás e diminuindo o acúmulo de matéria ao redor do buraco negro supermassivo.

Embora os modelos tenham previsto esse tipo de interação antes, o presente estudo é o primeiro a apresentar observações reais das três fases.

"Nos dados XMM-Newton, podemos ver o material a distâncias maiores do centro da galáxia que ainda não foi perturbado pelo OVNI interno, "disse o co-autor Francesco Tombesi, da Universidade de Roma, Tor Vergata, e do Goddard Space Flight Center da NASA." Também podemos ver nuvens mais perto do buraco negro, perto do centro da galáxia, onde o OVNI começou a interagir com a matéria interestelar. "

Essa primeira interação acontece muitos anos depois que o OVNI deixou o buraco negro. Mas a energia do OVNI permite que o buraco negro relativamente pequeno tenha um impacto muito além do alcance de sua força gravitacional.

De acordo com os cientistas, buracos negros supermassivos transferem sua energia para o ambiente circundante através desses fluxos e gradualmente limpam as regiões centrais da galáxia do gás, o que poderia então interromper a formação de estrelas. Na verdade, as galáxias hoje produzem estrelas com muito menos frequência do que costumavam nos primeiros estágios de sua evolução.

"Esta é a sexta vez que esses fluxos de saída foram detectados, "disse Serafinelli." É tudo uma ciência muito nova. Essas fases do fluxo de saída foram observadas anteriormente separadamente, mas a conexão entre elas não estava clara até agora. "

A resolução de energia sem precedentes do XMM-Newton foi a chave para diferenciar entre os três tipos de recursos correspondentes aos três tipos de fluxos de saída. No futuro, com novos e mais poderosos observatórios, como o Advanced Telescope for High ENergy Astrophysics da ESA, Atena, astrônomos serão capazes de observar centenas de milhares de buracos negros supermassivos, detectar tais fluxos mais facilmente. Atena, que será mais de 100 vezes mais sensível do que XMM-Newton, está programado para lançamento no início de 2030.

"Encontrar uma fonte é ótimo, mas saber que esse fenômeno é comum no Universo seria um grande avanço, "disse Norbert Schartel, Cientista do projeto XMM-Newton na ESA. "Mesmo com o XMM-Newton, poderemos encontrar mais fontes desse tipo na próxima década. "

More data in the future will help unravel the complex interactions between the supermassive black holes and their host galaxies in detail and explain the decrease in star formation that astronomers observe to have taken place over billions of years.