Buracos negros supermassivos interrompem a formação de estrelas durante o meio-dia cósmico, diz astrônomo

Desde que entrou em funcionamento, há quase dois anos, o Telescópio Espacial James Webb (JWST) produziu inúmeras imagens deslumbrantes do Universo e permitiu novas informações sobre a sua evolução.

Ilustração de um quasar ativo. Uma nova pesquisa mostra que os SMBHs comem rápido o suficiente para desencadeá-los. Crédito: ESO/M. Kornmesser 

Em particular, os instrumentos do telescópio são otimizados para estudar a época cosmológica conhecida como alvorecer cósmico , ca. 50 milhões a um bilhão de anos após o Big Bang, quando as primeiras estrelas , buracos negros e galáxias do universo se formaram. No entanto, os astrónomos também estão a observar melhor a época que se seguiu, o meio-dia cósmico, que durou entre 2 e 3 mil milhões de anos após o Big Bang.

Foi nessa época que as primeiras galáxias cresceram consideravelmente, a maioria das estrelas do universo se formou e os buracos negros supermassivos (SMBHs) tornaram-se quasares incrivelmente luminosos. Os cientistas estão ansiosos para ver melhor as galáxias datadas deste período, para que possam ver como os SMBHs afetaram a formação de estrelas em galáxias jovens.

Usando dados do infravermelho próximo obtidos por Webb, uma equipa internacional de astrónomos fez observações detalhadas de mais de 100 galáxias à medida que apareciam 2 a 4 mil milhões de anos após o Big Bang, coincidindo com o meio-dia cósmico. O trabalho foi lançado no servidor de pré-impressão arXiv .

A pesquisa foi liderada por Rebecca L. Davies, pesquisadora de pós-doutorado do Centro de Astrofísica e Supercomputação (CAS) da Universidade de Tecnologia de Swinburne e do Centro de Excelência ARC para All Sky Astrophysics em 3 Dimensões (ASTRO 3D).

Ela foi acompanhada por pesquisadores do Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), do Leibniz Institute for Astrophysics (AIP), do Institute for Gravitation and the Cosmos (LGC) e do Institute for Computational & Data Sciences (ICDS) da Pennsylvania State University. , o Instituto Kavli de Cosmologia e o Laboratório Cavendish da Universidade de Cambridge, o Laboratório de Astrofísica da Universidade de Columbia e muitos mais.

A pré-impressão do seu artigo está sendo revisada para publicação no Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . Como indicam no seu artigo, compreender o(s) mecanismo(s) responsável(eis) pela extinção da formação de estrelas em galáxias massivas é fundamental para compreender como as galáxias evoluíram. Quando as galáxias param de formar estrelas, elas essencialmente param de crescer e mudar e se tornam estáticas e “velhas”.

Como o Dr. Davies disse ao Universe Today por e-mail, a extinção é um processo fundamental no ciclo de vida das galáxias, que os astrônomos ainda não entendem em detalhes.

Ao longo da última década, foram realizados vários levantamentos de grandes galáxias que melhoraram a nossa compreensão dos fluxos durante o meio-dia cósmico – quando se esperava que o feedback dos SMBHs fosse mais ativo. Como resultado, surgiu um consenso geral, que afirma que tudo se resume a Núcleos Galácticos Ativos (AGNs) – também conhecidos como quasar – que são alimentados por um SMBH em seu núcleo.

De acordo com este consenso, a poderosa radiação de um AGN expelirá gás frio enquanto aquece o reservatório de gás no halo galáctico. Isso evita que o referido gás, que alimenta a formação de estrelas, esfrie e seja reagregado para reabastecer o reservatório.

Como explicou o Dr. galáxias em um período de tempo relativamente "curto" (em termos astronômicos!) e fazem com que a formação de estrelas cesse. No entanto, AGN mais "normais" parecem gerar fluxos de saída muito mais fracos, e é debatido se esses fluxos de saída são poderosos o suficiente para extinguir estrelas -formação."

Existem muitas linhas indiretas de evidência que sugerem que galáxias massivas são extintas pela atividade de buracos negros supermassivos, mas até agora faltam evidências diretas disso.

"O quadro é complicado porque os fluxos de saída são 'multifásicos' - contêm gás que abrange uma ampla gama de temperaturas e densidades, que emite luz por todo o espectro eletromagnético, desde raios X até comprimentos de onda de rádio", acrescentou Davies. "A maioria das nossas observações tem como alvo o gás ionizado porque é o mais fácil de ver. No entanto, pensamos que isto representa apenas cerca de 1% dos fluxos, por isso estamos apenas raspando a ponta do iceberg quando se trata da massa que flui."

Para o seu estudo, a equipe baseou-se em dados obtidos pelo Near-Infrared Slitless Spectrograph (NIRSpec) de Webb de 113 galáxias selecionadas do levantamento de massa completa do Blue Jay. Esta pesquisa fez parte das Observações Gerais do Ciclo 1 do JWST (GO 1810), que investigou a prevalência e as propriedades típicas dos fluxos de gás neutro no coon cósmico.

A sensibilidade e a alta resolução do instrumento NIRSpec permitiram que Daniels e seus colegas estudassem fluxos de gás frio e neutro nessas galáxias selecionadas de maneiras que não eram possíveis antes. Como ela explicou, "detectamos saídas de gás neutro frio impulsionadas pela atividade AGN em cerca de 1/4 das galáxias massivas que observamos. Essas saídas neutras são pelo menos tão massivas quanto as saídas ionizadas medidas anteriormente e, em alguns casos, as saídas neutras são 10–100x mais pesado. 

É importante ressaltar que os fluxos de saída são vistos em galáxias em uma ampla variedade de estágios evolutivos: algumas galáxias estão formando estrelas ativamente e outras estão quase extintas. Nas galáxias em extinção, os fluxos de saída estão removendo gás até 300x mais rápido do que é. sendo convertidos em estrelas."

Estas observações reforçam a teoria de que os AGNs são responsáveis ​​por “desligar” a formação de estrelas nas galáxias quando estas atingem uma certa idade. Isto, por sua vez, poderia avançar a nossa compreensão da evolução das galáxias, quantificando os efeitos dos AGNs durante uma fase chave no desenvolvimento galáctico.

Embora as observações em curso da alvorada cósmica forneçam um vislumbre das galáxias quando emergiam do berço (a idade das trevas cósmica), esta investigação oferece informações detalhadas sobre o seu aspecto à medida que se aproximavam da maturidade. O resultado combinado, disse Davies, é uma compreensão mais completa:

"Nossos resultados sugerem que os fluxos de saída impulsionados por AGN são capazes de remover rapidamente o gás frio das galáxias, privando-as de combustível para a formação de estrelas. Esses fluxos poderosos não são raros, mas parecem ser relativamente frequentes entre galáxias massivas distantes. Portanto, a remoção de fluxos frios gás por fluxos impulsionados por AGN pode ser uma causa comum para o rápido encerramento da formação de estrelas em galáxias massivas e distantes."

Fonte:  Phys.org