Como a radiação dos buracos negros pode ter um efeito nutritivo na vida

No centro da maioria das grandes galáxias, incluindo a nossa Via Láctea, fica um buraco negro supermassivo. Gás interestelar cai periodicamente na órbita desses poços sem fundo, mudando o buraco negro para o modo núcleo galáctico ativo (AGN), disparando radiação de alta energia pela galáxia. 

Impressão artística de buracos negros supermassivos. Crédito: NOIRLab/NSF/AURA/J. daSilva/M. Zamani 

Não é um ambiente em que você esperaria que uma planta ou animal prosperasse. Mas em um estudo recente surpreendente no The Astrophysical Journal , pesquisadores de Dartmouth e da Universidade de Exeter mostram que a radiação AGN pode ter um efeito paradoxalmente nutritivo na vida. Em vez de condenar uma espécie ao esquecimento, ela pode ajudar a garantir seu sucesso.

O estudo pode ser o primeiro a medir concretamente, por meio de simulações de computador, como a radiação ultravioleta de um AGN pode transformar a atmosfera de um planeta para ajudar ou atrapalhar a vida. Consistente com estudos que analisam os efeitos da radiação solar, os pesquisadores descobriram que os benefícios — ou danos — dependem de quão perto o planeta está da fonte da radiação e se a vida já ganhou um ponto de apoio.

"Uma vez que a vida existe e oxigenou a atmosfera, a radiação se torna menos devastadora e possivelmente até uma coisa boa", diz Kendall Sippy, o principal autor do estudo. "Uma vez que essa ponte é cruzada, o planeta se torna mais resiliente à radiação UV e protegido de potenciais eventos de extinção."

Os pesquisadores simularam os efeitos da radiação AGN não apenas na Terra, mas em planetas semelhantes à Terra de composição atmosférica variada. Se o oxigênio já estivesse presente, eles descobriram, a radiação desencadearia reações químicas , fazendo com que a camada protetora de ozônio do planeta crescesse. Quanto mais oxigenada a atmosfera, maior o efeito.

A luz de alta energia reage prontamente com o oxigênio, dividindo a molécula em átomos únicos que se recombinam para formar ozônio. À medida que o O 3 se acumula na atmosfera superior, ele desvia mais e mais radiação perigosa de volta para o espaço. A Terra deve seu clima favorável a um processo semelhante que aconteceu há cerca de dois bilhões de anos com os primeiros micróbios produtores de oxigênio.

A radiação do sol ajudou a vida incipiente da Terra a oxigenar e adicionar ozônio à atmosfera. À medida que o manto protetor de ozônio do nosso planeta engrossava, isso permitiu que a vida florescesse, produzindo mais oxigênio e ainda mais ozônio. Sob a hipótese de Gaia, esses ciclos de feedback benéficos permitiram que a vida complexa emergisse.

"Se a vida pode oxigenar rapidamente a atmosfera de um planeta, o ozônio pode ajudar a regular a atmosfera para favorecer as condições de que a vida precisa para crescer", diz o coautor do estudo Jake Eager-Nash, que atualmente é um pós-doutorado na Universidade de Victoria. "Sem um mecanismo de feedback regulador do clima, a vida pode morrer rapidamente."

A Terra, na vida real, não está perto o suficiente de seu buraco negro residente, Sagittarius A, para sentir seus efeitos, mesmo no modo AGN. Mas os pesquisadores queriam ver o que poderia acontecer se a Terra estivesse muito mais perto de um AGN hipotético e, portanto, exposta a uma radiação bilhões de vezes maior.

Recriando a atmosfera livre de oxigênio da Terra no Arqueano, eles descobriram que a radiação praticamente impediria o desenvolvimento da vida. Mas, à medida que os níveis de oxigênio aumentavam, se aproximando dos níveis modernos, a camada de ozônio da Terra cresceria e protegeria o solo abaixo da radiação perigosa.

"Com os níveis modernos de oxigênio, isso levaria alguns dias, o que, esperançosamente, significaria que a vida poderia sobreviver", diz Eager-Nash. "Ficamos surpresos com a rapidez com que os níveis de ozônio responderiam."

Quando eles observaram o que poderia acontecer em um planeta parecido com a Terra em uma galáxia mais velha, com estrelas aglomeradas mais perto de seu AGN, eles encontraram um quadro muito diferente. Em uma galáxia "red nugget relic" como NGC 1277, os efeitos seriam letais. Estrelas em galáxias mais massivas com uma forma elíptica, como Messier-87, ou nossa espiral Via Láctea, estão mais espalhadas e, portanto, mais longe da radiação perigosa de um AGN.

Phys.org