Cavidades gigantes no meio intracluster que emite raios-X (mostrado em azul, como observado pelo Observatório de Raios-X Chandra da NASA) foram esculpidos por uma explosão de buraco negro. Os dados de raios-X são sobrepostos aos dados ópticos do Telescópio Espacial Hubble (em vermelho / laranja), onde a galáxia central que provavelmente hospeda o buraco negro supermassivo culpado também é visível. Crédito:Massachusetts Institute of Technology
Bilhões de anos atrás, no centro de um aglomerado de galáxias ao longe, longe (15 bilhões de anos-luz, para ser exato), um buraco negro expeliu jatos de plasma. Quando o plasma saiu correndo do buraco negro, afastou o material, criando duas grandes cavidades a 180 graus uma da outra. Da mesma forma, você pode calcular a energia do impacto de um asteróide pelo tamanho de sua cratera, Michael Calzadilla, um estudante de pós-graduação no Instituto MIT Kavli de Astrofísica e Pesquisa Espacial (MKI), usou o tamanho dessas cavidades para descobrir a força da explosão do buraco negro.
Em um artigo recente no Cartas de jornal astrofísico , Calzadilla e seus co-autores descrevem a explosão no aglomerado de galáxias SPT-CLJ0528-5300, ou SPT-0528 para breve. Combinando o volume e a pressão do gás deslocado com a idade das duas cavidades, eles foram capazes de calcular a energia total da explosão. Mais de 10 54 joules de energia, uma força equivalente a cerca de 10 38 bombas nucleares, esta é a explosão mais poderosa relatada em um aglomerado de galáxias distante. Os co-autores do artigo incluem o cientista pesquisador do MKI Matthew Bayliss e o professor assistente de física Michael McDonald.
O universo é pontilhado de aglomerados de galáxias, coleções de centenas e até milhares de galáxias permeadas de gás quente e matéria escura. No centro de cada aglomerado está um buraco negro, que passa por períodos de alimentação, onde engole o plasma do aglomerado, seguido por períodos de explosão explosiva, onde ele lança jatos de plasma assim que atinge o seu preenchimento. "Este é um caso extremo da fase de explosão, "diz Calzadilla sobre a observação do SPT-0528. Mesmo que a explosão tenha acontecido há bilhões de anos, antes mesmo de nosso sistema solar ter se formado, levou cerca de 6,7 bilhões de anos para a luz do aglomerado de galáxias viajar até Chandra, Observatório de emissões de raios-X da NASA que orbita a Terra.
Como os aglomerados de galáxias estão cheios de gás, as primeiras teorias sobre eles previam que, à medida que o gás esfriava, os aglomerados veriam altas taxas de formação de estrelas, que precisam de gás frio para se formar. Contudo, esses clusters não são tão legais quanto o previsto e, Como tal, não estavam produzindo novas estrelas na taxa esperada. Algo estava impedindo que o gás esfriasse totalmente. Os culpados foram buracos negros supermassivos, cujas explosões de plasma mantêm o gás nos aglomerados de galáxias muito quente para a rápida formação de estrelas.
A explosão registrada no SPT-0528 tem outra peculiaridade que a diferencia de outras explosões em buracos negros. É desnecessariamente grande. Os astrônomos pensam no processo de resfriamento de gás e liberação de gás quente de buracos negros como um equilíbrio que mantém a temperatura no aglomerado de galáxias - que oscila em torno de 18 milhões de graus Fahrenheit - estável. "É como um termostato, "diz McDonald. A explosão em SPT-0528, Contudo, não está em equilíbrio.
De acordo com Calzadilla, se você olhar quanta energia é liberada conforme o gás esfria no buraco negro versus quanta energia está contida na explosão, a explosão é um exagero. Na analogia do McDonald's, a explosão no SPT-0528 é um termostato com defeito. "É como se você resfriasse o ar em 2 graus, e a resposta do termostato foi aquecer a sala em 100 graus, "McDonald explica.
No início de 2019, McDonald e seus colegas publicaram um artigo analisando um aglomerado de galáxias diferente, aquele que exibe um comportamento completamente oposto ao do SPT-0528. Em vez de uma explosão desnecessariamente violenta, o buraco negro neste aglomerado, apelidado de Phoenix, não é capaz de impedir o resfriamento do gás. Ao contrário de todos os outros aglomerados de galáxias conhecidos, Phoenix está cheia de jovens viveiros de estrelas, que o diferencia da maioria dos aglomerados de galáxias.
"Com esses dois aglomerados de galáxias, estamos realmente olhando para os limites do que é possível nos dois extremos, "McDonald diz sobre SPT-0528 e Phoenix. Ele e Calzadilla também caracterizarão os aglomerados de galáxias mais normais, a fim de compreender a evolução dos aglomerados de galáxias ao longo do tempo cósmico. Para explorar isso, Calzadilla está caracterizando 100 aglomerados de galáxias.
A razão para caracterizar uma coleção tão grande de aglomerados de galáxias é porque cada imagem do telescópio está capturando os aglomerados em um momento específico no tempo, ao passo que seus comportamentos estão acontecendo ao longo do tempo cósmico. Esses clusters cobrem uma variedade de distâncias e idades, permitindo que Calzadilla investigue como as propriedades dos aglomerados mudam ao longo do tempo cósmico. "Essas escalas de tempo são muito maiores do que a escala de tempo humana ou o que podemos observar, "explica Calzadilla.
A pesquisa é semelhante à de um paleontólogo que tenta reconstruir a evolução de um animal a partir de um esparso registro fóssil. Mas, em vez de ossos, Calzadilla está estudando aglomerados de galáxias, variando de SPT-0528 com sua explosão violenta de plasma em uma extremidade a Phoenix com seu resfriamento rápido na outra. "Você está vendo diferentes instantâneos no tempo, "diz Calzadilla." Se você construir amostras grandes o suficiente de cada um desses instantâneos, você pode ter uma noção de como um aglomerado de galáxias evolui. "
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.
