Astrônomos revelam segredos de misteriosas bolhas de rádio em torno de buracos negros supermassivos

 Astrônomos revelam segredos para arrotar buraco negro com o telescópio Green Bank

O Green Bank Telescope (GBT) da National Science Foundation revelou novas informações sobre misteriosas bolhas de rádio em torno de um buraco negro supermassivo.

Um novo estudo revela informações sobre misteriosas bolhas de rádio em torno de um buraco negro supermassivo. Crédito: NASA Chandra X Ray Observatory e Observatório Green Bank da NSF 

Em um novo artigo que estuda o aglomerado de galáxias MS0735, "Estamos olhando para uma das explosões mais energéticas já vistas de um buraco negro supermassivo", diz Jack Orlowski-Scherer, principal autor desta publicação: "Isso é o que acontece quando você alimenta um buraco negro e ele arrota violentamente uma quantidade gigante de energia". Na época do estudo, Jack era um estudante de pós-graduação na Universidade da Pensilvânia e agora é pesquisador da Universidade McGill em Montreal, Quebec.

Buracos negros supermassivos são encontrados nas profundezas dos centros das enormes galáxias no coração dos aglomerados de galáxias. As atmosferas cheias de plasma dos aglomerados de galáxias são incrivelmente quentes – cerca de 50 milhões de graus Celsius – mas essas temperaturas quentes geralmente esfriam com o tempo, permitindo a formação de novas estrelas. 

Às vezes, o buraco negro reaquece o gás que o rodeia através de explosões violentas que jorram de seu centro, impedindo o resfriamento e a formação de estrelas, em um processo chamado feedback.

Esses jatos poderosos esculpiram imensas cavidades dentro do meio do aglomerado quente, empurrando esse gás quente para mais longe do centro do aglomerado e substituindo-o por bolhas emissoras de rádio. 

Deslocar um volume tão grande de gás requer uma enorme quantidade de energia (vários por cento da energia térmica total no gás do aglomerado), e entender de onde vem essa energia é de grande interesse para os astrofísicos. Ao aprender mais sobre o que é deixado para trás preenchendo essas cavidades, os astrônomos podem começar a deduzir o que as causou em primeiro lugar.

Observações do Observatório de Raios-X Chandra da NASA (imagem à esquerda) e do instrumento MUSTANG-2 do GBO (imagem à direita) mostram claramente as enormes cavidades (destacadas com círculos cinzentos) escavadas pelos poderosos jatos de rádio (contornos verdes) expelidos do buraco negro no centro do aglomerado de galáxias MS0735. Os contornos verdes em ambas as imagens são de observações realizadas pelo VLA Low-band Ionosphere and Transient Experiment (VLITE) do Laboratório de Pesquisa Naval usado no Very Large Array (VLA) do National Radio Astronomy Observatory (NRAO). Crédito: NASA Chandra X-Ray Observatory e Observatório Green Bank da NSF

A equipe de astrônomos usou o receptor MUSTANG-2 no GBT para fotografar MS0735 usando o efeito Sunyaev-Zeldovich (SZ), uma distorção sutil da radiação cósmica de fundo em micro-ondas (CMB) devido à dispersão por elétrons quentes no gás do aglomerado. Para contextualizar, a CMB foi emitida 380 mil anos após o Big Bang, e é o brilho posterior da origem do nosso universo há 13,8 bilhões de anos. Por volta de 90 GHz, onde o MUSTANG-2 observa, o sinal de efeito SZ mede principalmente a pressão térmica.

"Com o poder do MUSTANG-2, somos capazes de ver essas cavidades e começar a determinar com precisão com o que elas estão cheias e por que elas não entram em colapso sob pressão", elabora Tony Mroczkowski, astrônomo do Observatório Europeu do Sul que fez parte desta nova pesquisa.

Essas novas descobertas são as mais profundas imagens SZ de alta fidelidade até agora do estado termodinâmico das cavidades em um aglomerado de galáxias, reforçando descobertas anteriores de que pelo menos uma parte do suporte de pressão nas cavidades é devido a fontes não térmicas, como partículas relativísticas, raios cósmicos e turbulência, bem como uma pequena contribuição de campos magnéticos. 

"Sabíamos que este era um sistema empolgante quando estudamos o núcleo de rádio e os lóbulos em baixas frequências, mas só agora estamos começando a ver a imagem completa", explica a coautora Tracy Clarke, astrônoma do Laboratório de Pesquisa Naval dos EUA e cientista do Projeto VLITE que foi coautora de um estudo de rádio anterior desse sistema.

Em contraste com pesquisas anteriores, novas imagens produzidas pelo GBT consideram a possibilidade de que o suporte de pressão dentro das bolhas possa ser mais matizado do que se pensava anteriormente, misturando componentes térmicos e não térmicos. Além das observações de rádio, a equipe incorporou observações de raios-X existentes do Observatório de Raios-X Chandra da NASA, que fornecem uma visão complementar do gás visto pelo MUSTANG-2.

Observações futuras em múltiplas frequências podem estabelecer com mais precisão a natureza de quão exótica é a erupção do buraco negro. "Este trabalho nos ajudará a entender melhor a física dos aglomerados de galáxias e o problema de feedback do fluxo de resfriamento que incomoda muitos de nós há algum tempo", acrescenta Orlowski-Scherer.

Fonte: scitechdaily.com