Uma imagem de Messier 101, a Galáxia Catavento, feito com o telescópio espacial Hubble. Os aglomerados azuis brilhantes nos braços espirais são locais de formação recente de estrelas. Crédito:NASA, ESA, K. Kuntz (JHU), F. Bresolin (Universidade do Havaí), J. Trauger (Jet Propulsion Lab), J. Molde (NOAO), Y.-H. Chu (Universidade de Illinois, Urbana), e STScI
Buracos negros com massas equivalentes a milhões de sóis colocam um freio no nascimento de novas estrelas, dizem os astrônomos. Usando aprendizado de máquina e três simulações de última geração para fazer backup dos resultados de um grande levantamento do céu, os pesquisadores resolvem um debate de 20 anos sobre a formação de estrelas. Joanna Piotrowska, um Ph.D. estudante da Universidade de Cambridge, vai apresentar o novo trabalho hoje no Encontro Nacional de Astronomia virtual (NAM 2021).
A formação de estrelas nas galáxias tem sido um ponto focal da pesquisa em astronomia. Décadas de observações bem-sucedidas e modelagem teórica resultaram em nosso bom entendimento de como o gás entra em colapso para formar novas estrelas dentro e fora de nossa Via Láctea. Contudo, graças aos programas de observação do céu, como o Sloan Digital Sky Survey (SDSS), astrônomos perceberam que nem todas as galáxias no Universo local estão ativamente em formação de estrelas - existe uma população abundante de objetos "quiescentes" que formam estrelas em taxas significativamente mais baixas.
A questão do que impede a formação de estrelas nas galáxias continua sendo a maior incógnita em nossa compreensão da evolução das galáxias, debatido nos últimos 20 anos. Piotrowska e sua equipe montaram um experimento para descobrir o que poderia ser o responsável.
Usando três simulações cosmológicas de última geração - EAGLE, Illustris e IllustrisTNG — os astrônomos investigaram o que esperaríamos ver no Universo real, conforme observado pelo SDSS, quando diferentes processos físicos estavam impedindo a formação de estrelas em galáxias massivas.
Diagrama mostrando a importância relativa dos buracos negros supermassivos, explosões de supernova, e halos de matéria escura, em interromper a formação de estrelas nas galáxias. Crédito:Joanna Piotrowska
Os astrônomos aplicaram um algoritmo de aprendizado de máquina para classificar as galáxias em formadoras de estrelas e quiescentes, perguntando qual dos três parâmetros:a massa dos buracos negros supermassivos encontrados no centro das galáxias (esses objetos monstruosos têm normalmente milhões ou até bilhões de vezes a massa do nosso Sol), a massa total das estrelas na galáxia, ou a massa do halo de matéria escura em torno das galáxias, melhor prediz como as galáxias se transformarão.
Esses parâmetros permitiram então que a equipe descobrisse qual processo físico:injeção de energia por buracos negros supermassivos, as explosões de supernovas ou o aquecimento de gás em halos massivos são responsáveis por forçar as galáxias a uma semi-aposentadoria.
Uma imagem do Telescópio Espacial Hubble da galáxia elíptica quiescente NGC 4150. Nesta formação estelar essencialmente desligou. Crédito:NASA, ESA, R.M. Crockett (Universidade de Oxford, REINO UNIDO.), S. Kaviraj (Imperial College London e University of Oxford, REINO UNIDO.), J. Silk (Universidade de Oxford), M. Mutchler (Instituto de Ciência do Telescópio Espacial, Baltimore), R. O'Connell (Universidade da Virgínia, Charlottesville), e o Comitê de Supervisão Científica WFC3
As novas simulações prevêem a massa supermassiva do buraco negro como o fator mais importante para travar a formação de estrelas. Crucialmente, os resultados da simulação correspondem às observações do Universo local, adicionando peso às descobertas dos pesquisadores.
Piotrowska diz:"É realmente emocionante ver como as simulações predizem exatamente o que vemos no universo real. Buracos negros supermassivos - objetos com massas equivalentes a milhões ou até bilhões de sóis - realmente têm um grande efeito em seus arredores. Esses monstros objetos forçam suas galáxias hospedeiras a uma espécie de semi-aposentadoria da formação de estrelas. "
