p Buracos negros supermassivos, pesando milhões ou até bilhões de vezes a massa do nosso Sol, ainda são apenas uma pequena fração da massa das galáxias que habitam. Mas em alguns casos, o buraco negro central é o rabo sacudindo o cachorro. Parece que os buracos negros podem ser quentes ou frios quando se trata de aumentar ou reprimir o nascimento de estrelas dentro de um aglomerado de galáxias. p Tipicamente, buracos negros gigantes, bombeando energia por meio de jatos, manter o gás interestelar muito quente para condensar e formar estrelas. Agora, astrônomos encontraram um aglomerado de galáxias, chamado de cluster Phoenix, onde estrelas estão se formando em um ritmo furioso por causa da influência do buraco negro. Este turboboost estelar está aparentemente ligado a jatos menos energéticos de um buraco negro central que não aumentam a temperatura do gás. Em vez de, o gás perde energia à medida que brilha em raios-X. O gás se resfria e pode formar um grande número de estrelas em uma velocidade impressionante. Onde nossa Via Láctea forma uma estrela por ano em média, estrelas recém-nascidas estão surgindo desse gás frio a uma taxa de cerca de 500 massas solares por ano no aglomerado de Phoenix.

p Desvendar este mistério exigiu o poder combinado do telescópio espacial Hubble da NASA, Chandra X-ray Observatory, da NASA, e o observatório de rádio Very Large Array (VLA) perto de Socorro, Novo México.

p Os dados de rádio do VLA revelam jatos explodindo nas proximidades do buraco negro central. Esses jatos inflaram bolhas no gás quente que são detectadas em raios-X pelo Chandra. O Hubble resolve filamentos azuis brilhantes de estrelas recém-nascidas em cavidades entre o jato quente e as nuvens de gás. À medida que o buraco negro se tornou mais massivo e poderoso, sua influência tem aumentado.

p Os astrônomos confirmaram o primeiro exemplo de um aglomerado de galáxias onde um grande número de estrelas está nascendo em seu núcleo. Usando dados dos telescópios espaciais da NASA e de um observatório de rádio da National Science Foundation, pesquisadores reuniram novos detalhes sobre como os buracos negros mais massivos do universo afetam suas galáxias hospedeiras.

p Os aglomerados de galáxias são as maiores estruturas do cosmos mantidas juntas pela gravidade, consistindo em centenas ou milhares de galáxias embutidas em gás quente, bem como matéria escura invisível. Os maiores buracos negros supermassivos conhecidos estão nas galáxias nos centros desses aglomerados.

p Por décadas, astrônomos procuraram aglomerados de galáxias contendo ricos berçários de estrelas em suas galáxias centrais. Em vez de, eles acharam poderosos, buracos negros gigantes bombeando energia por meio de jatos de partículas de alta energia e mantendo o gás quente demais para formar muitas estrelas.

p Agora, os cientistas têm evidências convincentes de um aglomerado de galáxias onde estrelas estão se formando em um ritmo furioso, aparentemente ligada a um buraco negro menos eficaz em seu centro. Neste cluster único, os jatos do buraco negro central parecem estar ajudando na formação de estrelas. Os pesquisadores usaram novos dados do Observatório de Raios-X Chandra e Telescópio Espacial Hubble da NASA, e Karl Jansky Very Large Array (VLA) da NSF para construir em observações anteriores deste cluster.

p "Este é um fenômeno que os astrônomos vinham tentando encontrar há muito tempo, "disse Michael McDonald, astrônomo do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), quem conduziu o estudo. "Este cluster demonstra que, em alguns casos, a produção energética de um buraco negro pode realmente aumentar o resfriamento, levando a consequências dramáticas. "

p O buraco negro está no centro de um aglomerado de galáxias chamado Phoenix Cluster, localizado a cerca de 5,8 bilhões de anos-luz da Terra, na Constelação da Fênix. A grande galáxia que hospeda o buraco negro é cercada por gás quente com temperaturas de milhões de graus. A massa deste gás, equivalente a trilhões de sóis, é várias vezes maior do que a massa combinada de todas as galáxias do aglomerado.

p Este gás quente perde energia à medida que brilha em raios-X, o que deve fazer com que ele esfrie até que possa formar um grande número de estrelas. Contudo, em todos os outros aglomerados de galáxias observados, rajadas de energia impulsionadas por tal buraco negro impedem que a maior parte do gás quente resfrie, impedindo o nascimento generalizado de estrelas.

p "Imagine ligar um ar condicionado em sua casa em um dia quente, mas depois começou um fogo de lenha. Sua sala de estar não pode esfriar adequadamente até que você apague o fogo, "disse o co-autor Brian McNamara, da Universidade de Waterloo, no Canadá." Da mesma forma, quando a capacidade de aquecimento de um buraco negro é desligada em um aglomerado de galáxias, o gás pode então esfriar. "

p A evidência da rápida formação de estrelas no Phoenix Cluster foi relatada anteriormente em 2012 por uma equipe liderada por McDonald. Mas observações mais profundas foram necessárias para aprender detalhes sobre o papel do buraco negro central no renascimento de estrelas na galáxia central, e como isso pode mudar no futuro.

p Ao combinar longas observações em raios-X, óptico, e luz de rádio, os pesquisadores obtiveram uma melhora de dez vezes na qualidade dos dados em comparação com as observações anteriores. Os novos dados do Chandra revelam que o gás quente está esfriando quase na taxa esperada na ausência de energia injetada por um buraco negro. Os novos dados do Hubble mostram que cerca de 10 bilhões de massas solares de gás frio estão localizadas ao longo de filamentos que conduzem ao buraco negro, e estrelas jovens estão se formando a partir desse gás frio a uma taxa de cerca de 500 massas solares por ano. Por comparação, estrelas estão se formando na galáxia da Via Láctea a uma taxa de cerca de uma massa solar por ano.

p Os dados de rádio do VLA revelam jatos saindo das proximidades do buraco negro central. Esses jatos provavelmente inflaram bolhas no gás quente que são detectadas nos dados do Chandra. Tanto os jatos quanto as bolhas são evidências do rápido crescimento do buraco negro no passado. No início deste crescimento, o buraco negro pode ter sido subdimensionado, em comparação com a massa de sua galáxia hospedeira, o que permitiria que o resfriamento rápido não fosse controlado.

p "No passado, explosões do buraco negro subdimensionado podem ter sido simplesmente muito fracas para aquecer seus arredores, permitindo que o gás quente comece a resfriar, "disse o co-autor Matthew Bayliss, que era um pesquisador do MIT durante este estudo, mas recentemente ingressou no corpo docente da Universidade de Cincinnati. "Mas, à medida que o buraco negro se tornou mais massivo e poderoso, sua influência tem aumentado. "

p O resfriamento pode continuar quando o gás é levado do centro do aglomerado pelas explosões do buraco negro. A uma distância maior da influência de aquecimento do buraco negro, o gás esfria mais rápido do que pode cair de volta para o centro do aglomerado. Este cenário explica a observação de que o gás frio está localizado ao redor das bordas das cavidades, com base em uma comparação dos dados Chandra e Hubble.

p Eventualmente, a explosão irá gerar turbulência suficiente, ondas sonoras e ondas de choque (semelhantes às explosões sônicas produzidas por aeronaves supersônicas) para fornecer fontes de calor e evitar resfriamento posterior. Isso continuará até que a explosão cesse e o acúmulo de gás frio possa recomeçar. Todo o ciclo pode então se repetir.

p “Esses resultados mostram que o buraco negro tem auxiliado temporariamente na formação de estrelas, mas quando se fortalecer, seus efeitos começarão a imitar os de buracos negros em outros aglomerados, sufocando mais o nascimento de estrelas, "disse o co-autor Mark Voit, da Michigan State University em East Lansing, Michigan.

p A falta de objetos semelhantes mostra que os aglomerados e seus enormes buracos negros passam pela fase de rápida formação estelar de forma relativamente rápida.

p Um artigo descrevendo esses resultados foi publicado em uma edição recente do The Astrophysical Journal , e uma pré-impressão está disponível online.