O que Torna Activo um Buraco Negro de Massa Extremamente Elevada?

O campo COSMOS créditos: CFHT / IAP / Terapix / CNRS / ESO

Um novo estudo, que combina dados do Very Large Telescope do ESO e do observatório espacial de raios X XMM-Newton da ESA, revelou algo surpreendente. A maior parte dos buracos negros gigantes que se encontram no centro das galáxias desde os últimos 11 mil milhões de anos não se tornaram activos devido a fusões de galáxias, como se pensava até agora. No coração da maior parte, se não mesmo todas, as galáxias enormes existe um buraco negro de massa extremamente elevada, com uma massa de milhões de vezes, ou até mil milhões de vezes, a massa do Sol. Em muitas galáxias, incluindo a nossa própria Via Láctea, o buraco negro central não se encontra em actividade.

Mas em algumas galáxias, particularmente no início da história do Universo, o monstro central alimenta-se de material que emite imensa radiação à medida que cai no buraco negro. Um dos mistérios por resolver prende-se com o facto de sabermos donde virá o material que activa um buraco negro adormecido originando violentas explosões no centro da galáxia, tornando-o assim num núcleo activo de galáxia. Até agora, os astrónomos pensavam que a maioria destes núcleos activos se “acendiam” quando se dava a fusão de duas galáxias ou quando duas galáxias passavam muito perto uma da outra e o material perturbado se tornava o combustível do buraco negro central. No entanto, novos resultados indicam que esta ideia pode estar errada no caso de muitas galáxias activas.

Este gráfico mostra a localização do campo COSMOS na constelação de Sextante (A Sextante). Este mapa mostra a maioria das estrelas visíveis a olho nu sob boas condições, eo campo COSMOS é marcado como um quadrado azul. Através de um pequeno telescópio nada pode ser visto aqui além de algumas estrelas fracas, mas este pequeno pedaço de céu foi estudado em grande detalhe por telescópios em terra e no espaço.créditos:ESO, IAU e Sky & Telescope

Viola Allevato (Max-Planck-Institut für Plasmaphysik; Excellence Cluster Universe, Garching, Alemanha) e uma equipa internacional de cientistas da colaboração COSMOS observaram detalhadamente mais de 600 galáxias activas numa região do céu extensivamente estudada, o chamado campo COSMOS. Tal como se esperava, os astrónomos descobriram que os núcleos activos extremamente brilhantes são raros, enquanto que a maior parte das galáxias activas nos 11 mil milhões de anos anteriores são apenas moderadamente brilhantes. No entanto, os cientistas tiveram uma enorme surpresa: os novos dados mostram que a maioria das galáxias activas mais comuns, as menos brilhantes, não se tornaram activas devido à fusão de galáxias. 

Os resultados serão publicados na revista científica da especialidade Astrophysical Journal. A presença de núcleos activos de galáxias revela-se através dos raios X emitidos pela região que circunda o buraco negro. O observatório espacial XMM-Newton da ESA observou esta radiação e as galáxias foram subsequentemente observadas pelo Very Large Telescope do ESO, que mediu as distâncias a estes objectos. Quando se combinam os dois tipos de observações é possível fazer um mapa tridimensional que nos mostra onde se encontram as galáxias activas.

Esta imagem de luz visível de campo amplo da região em torno do campo cosmos foi criado a partir de fotografias tiradas através de filtros vermelhos e azuis e fazem parte do Digitized Sky Survey 2. A extensão do campo COSMOS, uma das partes mais estudada do céu com telescópios no solo e no espaço, é marcado com um quadrado azul. Totalidade do campo de visão da imagem é de aproximadamente 3,3 graus de diâmetro.Créditos:ESO and Digitized Sky Survey 2. Acknowledgement: Davide De Martin.

Demorámos mais de cinco a nos, mas conseguimos obter um dos maiores e mais completos catálogos de galáxias activas no céu de raios X,” diz Marcella Brusa, uma das autoras do estudo. Os astrónomos utilizaram este novo mapa para determinar a distribuição das galáxias activas e compararam estes resultados às predições feitas pela teoria. Determinaram também como é que esta distribuição varia à medida que o Universo envelhece - desde há aproximadamente 11 mil milhões de anos até aos nosso dias. A equipe descobriu que os núcleos activos são encontrados maioritariamente em galáxias de massa muito elevada, que contêm muita matéria escura. 

Este facto revelou-se surpreendente e nada consistente com as previsões feitas pela teoria - se a maior parte dos núcleos activos fossem uma consequência de fusões e colisões entre galáxias seria de esperar que fossem encontrados em galáxias com massa moderada (cerca de um bilião de vezes a massa do Sol). A equipa descobriu que a maior parte dos núcleos activos se encontra em galáxias com massas cerca de 20 vezes maiores do que o valor previsto pela teoria da fusão.

Esta imagem mostra muito profundo o campo COSMOS imaginada pelo Canadá France Hawaii Telescope (CFHT). Um grande número de galáxias muito tênues são visíveis. Um novo estudo desse campo, combinando dados do Very Large Telescope do ESO e ESA XMM-Newton X-ray observatório espacial tornou-se uma grande surpresa. A maioria dos enormes buracos negros nos centros das galáxias ativas nos últimos 11 bilhões de anos não foram ativados por fusões entre galáxias, como tinha sido pensado previamente.créditos:CFHT / IAP / Terapix / CNRS / ESO

“Estes novos resultados abrem-nos uma nova janela sobre como é que os buracos negros de massa extremamente elevada iniciam as suas “refeições”,” diz Viola Allevato, autora principal do artigo que descreve este trabalho. “Estes resultados indicam-nos que os buracos negros são normalmente alimentados por processos gerados no interior da própria galáxia, tais como instabilidades do disco e formação estelar violenta, em oposição a colisões de galáxias.”

 Alexis Finoguenov, que supervisou o trabalho, conclui: “Mesmo no passado distante, até cerca de 11 mil milhões de anos atrás, as colisões de galáxias apenas justificam uma pequena percentagem das galáxias activas moderadamente brilhantes. Nessa altura as galáxias estavam todas mais próximas umas das outras e portanto era de esperar que a fusão fosse mais frequente do que no passado mais recente. Por isso mesmo os novos resultados são ainda mais surpreendentes.”

Fonte: ESO