Não podemos vê-los diretamente, mas sabemos que estão lá. Os buracos negros supermassivos (SMBHs) provavelmente habitam o centro de todas as grandes galáxias. A sua gravidade esmagadora atrai material para eles, onde se acumula num disco de acreção, aguardando a sua vez de cruzar o horizonte de eventos até ao esquecimento.



Mas numa galáxia, o SMBH engasgou-se com a sua refeição e cuspiu-a, enviando material embora a alta velocidade e limpando toda a vizinhança.

Sabemos que há algo no coração das grandes galáxias desde o início da década de 1960, quando os astrônomos descobriram uma fonte de rádio inexplicável no centro de uma galáxia elíptica gigante. Os astrónomos pensaram que era uma estrela, mas o seu espectro não fazia sentido. E como estava tão longe, a cerca de 2,4 mil milhões de anos-luz, isso significava que emitia a energia de centenas de galáxias. A taxa de luz emitida pelo objeto variou, e o termo quasar (objeto quase estelar) foi criado para descrevê-lo.

Mais quasares foram descobertos nos anos seguintes e, eventualmente, os astrónomos perceberam que o gás que caísse num objeto massivo e compacto poderia criar o que estavam a ver. Mais estudos mostraram que o gás forma um disco giratório ao redor do objeto, chamado disco de acreção. Os astrônomos também observaram estrelas se movendo estranhamente perto do centro das galáxias, e apenas um objeto massivo poderia explicar suas velocidades e movimentos.

Na década de 1970, os astrónomos pensavam que existia um destes objetos massivos no centro da Via Láctea. Em 1974, os astrônomos descobriram-no e nomearam-no Sagitarrius A-star. Eventualmente, mais e mais evidências mostraram que a maioria, se não todas, as grandes galáxias têm SMBHs no seu centro. Agora entendemos a ligação entre o disco de acreção, o buraco negro e os núcleos galácticos ativos (AGN), que são buracos negros que consomem material ativamente e emitem muita radiação.

Então, esse é o nosso panorama atual das pequenas e médias empresas. São objetos massivos e compactos que se escondem nos centros das galáxias. Eles podem ter centenas de milhões, até bilhões, de massas solares. Os SMBHs atraem material em sua direção e o material é coletado em um disco de acreção. O disco aquece e emite radiação, e campos magnéticos emaranhados fazem com que jatos astrofísicos sejam disparados dos pólos.

Nem todo o material do disco de acreção ultrapassa o horizonte de eventos. Os SMBHs consomem apenas uma fração do material do disco. Assim que atingem o Limite de Eddington, o resto é enviado para o espaço, arrastando consigo parte do gás do centro galáctico.

Os astrónomos detectaram um SMBH distante na galáxia Markarian 817 que quebrou esta imagem. Além do disco de acreção de um SMBH, o gás neutro e a poeira formam um toro. Na mesma região, nuvens de gás interestelar com formação de estrelas residem logo além do alcance gravitacional do SMBH. O distante SMBH enviou tanto material do disco para o espaço em alta velocidade que eliminou todo o gás da região. Isso sufocou a formação estelar no centro galáctico.

A descoberta é apresentada em uma nova pesquisa no The Astrophysical Journal Letters . É intitulado "Feedback feroz em um estado obscuro de Sub-Eddington do Seyfert 1.2 Markarian 817". A autora principal é Miranda Zak, pesquisadora de graduação da Universidade de Michigan.

Os astrónomos já encontraram SMBHs que estão a afastar material dos seus centros galácticos. Eles chamam isso de “vento do buraco negro” e o detectaram em torno de discos de acreção extremamente brilhantes que atingiram o limite de quantidade de material que podem acumular. O vento do buraco negro joga o excesso de material no espaço.

Mas no Markarian 817 o disco não é muito brilhante. Isso significa que não deveria estar no Limite de Eddington ou no limite de acumulação de massa. É apenas um “lanche”, de acordo com um comunicado de imprensa anunciando a descoberta.

"Poderíamos esperar ventos muito rápidos se um ventilador fosse ligado na configuração mais alta. Na galáxia que estudamos, chamada Markarian 817, o ventilador foi ligado em uma configuração de potência mais baixa, mas ainda havia ventos incrivelmente energéticos sendo gerados." disse a co-autora do estudo Miranda Zak.

Em termos científicos, estes ventos são chamados de fluxos ultra-rápidos (OVNIs). Os OVNIs têm velocidades de muitos milhões de quilómetros por hora, e os astrónomos descobriram que eles vêm de discos de acreção que atingiram os seus Limites de Eddington. Mas isso é diferente.

“Os OVNIs são frequentemente detectados no limite de Eddington ou acima dele; este resultado sinaliza que a acreção de buracos negros tem o potencial de moldar galáxias hospedeiras mesmo em frações modestas de Eddington”, escrevem os autores em sua pesquisa.

A acreção de buracos negros e os OVNIs resultantes podem extinguir a formação de estrelas perto do centro galáctico, soprando todo o gás para longe. O vento forte também leva embora o combustível do SMBH e, sem novo gás para alimentar o seu disco de acreção, emite muito menos luz.

"É muito incomum observar ventos ultrarrápidos e ainda menos comum detectar ventos que têm energia suficiente para alterar o caráter de sua galáxia hospedeira. O fato de Markarian 817 ter produzido esses ventos por cerca de um ano, embora não estivesse em um período particularmente ativo Este estado sugere que os buracos negros podem remodelar as suas galáxias hospedeiras muito mais do que se pensava anteriormente," acrescentou o co-autor Elias Kammoun, astrónomo da Universidade Roma Tre, em Itália.

Vários telescópios e observatórios contribuíram para esta descoberta. Quando o material em um disco de acreção aquece, ele emite raios X. No entanto, quando os investigadores observaram Markarian 817 com o observatório Swift da NASA, os raios X eram quase indetectáveis. “O sinal de raios X era tão fraco que fiquei convencido de que estava fazendo algo errado!” exclamou a autora principal Miranda Zak.

Mas o Swift não é o nosso melhor observatório de raios X. Assim, os astrónomos recorreram ao observatório de raios X XMM-Newton da ESA. Essas observações mostraram que o OVNI do Markarian 817 estava bloqueando os raios X da coroa do SMBH, o entorno imediato do buraco. Outro observatório de raios X, o telescópio NuSTAR da NASA, confirmou essas observações:os raios X estavam lá, apenas obscurecidos.

O OVNI de Markarian 817 durou apenas cerca de um ano. Mas durante esse tempo, remodelou o centro da galáxia. Este estudo mostra em detalhes claros como os buracos negros e as suas galáxias hospedeiras se moldam e têm efeitos poderosos na evolução uns dos outros.

O estudo também esclarece por que alguns centros galácticos, incluindo a Via Láctea, não exibem muita formação estelar ativa. As SMBHs nos seus centros expulsaram o gás de formação estelar. Mas isso só pode acontecer se o OVNI for suficientemente poderoso e duradouro o suficiente.

O acréscimo e o feedback do SMBH, e como ele molda a galáxia que o hospeda, é algo sobre o qual os astrofísicos estão ansiosos para aprender mais. Neste caso, o XMM-Newton da ESA desempenhou um papel crítico na determinação do que se passava em Markarian 817.

Norbert Schartel é cientista de projeto do XMM-Newton. Embora não faça parte diretamente desta pesquisa, Schartel falou sobre a importância do XMM-Newton para decifrar o que está acontecendo perto dos SMBHs.

"Muitos problemas pendentes no estudo de buracos negros são uma questão de conseguir detecções através de longas observações que se estendem por muitas horas para capturar eventos importantes. Isto destaca a importância primordial da missão XMM-Newton para o futuro. Nenhuma outra missão pode entregar o combinação de sua alta sensibilidade e capacidade de fazer observações longas e ininterruptas", disse Schartel.

Mais informações: Miranda K. Zak et al, Feedback feroz em um estado obscuro, Sub-Eddington do Seyfert 1.2 Markarian 817, The Astrophysical Journal Letters (2024). DOI:10.3847/2041-8213/ad1407
Informações do diário: Cartas de Diários Astrofísicos

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