Buraco negro fica sem gás e escurece rapidamente sua galáxia.

 Não é comum que astrônomos consigam observar grandes mudanças no brilho de uma galáxia ao longo de poucos anos. A maioria das galáxias muda de brilho (e outras características) ao longo de milhões ou bilhões de anos. Portanto, quando imagens da galáxia J0218-0036, a 10 bilhões de anos-luz de distância, mostraram que seu brilho diminuiu em um vigésimo em apenas 20 anos, os observadores ficaram surpresos. O que poderia causar isso? Isso não é "normal" para núcleos galácticos ativos (AGN). 

Representação artística de um núcleo galáctico ativo (AGN) passando por um ciclo de brilho e escurecimento. Os painéis superiores mostram a galáxia inteira e os inferiores mostram o AGN central à medida que seu brilho diminui com o tempo devido à redução do fluxo de gás. Crédito: Instituto de Tecnologia de Chiba

Astrônomos do Instituto de Tecnologia de Chiba, da Universidade de Potsdam (Alemanha), da Universidade de Toyama, do Instituto de Astrofísica das Canárias (Espanha), do Observatório Astronômico Nacional do Japão e da Universidade Ritsumeikan detectaram esse escurecimento ao compararem imagens do Sloan Digital Sky Survey com imagens e dados obtidos pela Hyper Suprime-Cam do Telescópio Subaru.

Eles descobriram um declínio no brilho do núcleo galáctico ativo (AGN) central da galáxia ao longo de um período que se estendeu do início dos anos 2000 até 2023. Esse não é um período de escurecimento normal para AGN. Esses objetos geralmente variam em brilho em apenas 30% ao longo de períodos mais longos. Essa taxa rápida levanta muitas questões sobre o que está acontecendo em J0218-0036.

Entendendo os AGN e como eles mudam

Um núcleo galáctico ativo é exatamente o que o nome indica: algo ativo no coração de uma galáxia. Geralmente, trata-se de um buraco negro supermassivo com massa suficiente para ter entre cem mil e vários bilhões de sóis. A intensa força gravitacional do buraco negro é suficiente para sugar matéria, na forma de gás e poeira, suficiente para se alimentar por um longo período.

À medida que essa matéria entra no buraco negro através de um disco de acreção, ela é aquecida pelo atrito. Isso eleva as temperaturas e faz com que a matéria emita quantidades prodigiosas de energia. Essa ação faz com que o núcleo galáctico ativo emita radiação em uma ampla gama de comprimentos de onda da luz.

Supondo um suprimento de matéria praticamente constante para o buraco negro se alimentar, a radiação varia apenas ligeiramente à medida que ele suga quantidades variáveis ​​de gás e poeira de sua vizinhança. Se o disco de acreção fornecer menos matéria porque o fluxo de gás diminui, a radiação emitida também diminuirá, o que afeta o brilho do núcleo galáctico ativo.

Uma visão do Telescópio Espacial Hubble da galáxia Markarian 509 e do brilhante AGN em seu coração. Além desta e de J0218-0036, outras galáxias também possuem esses objetos. Crédito: NASA, ESA, J. Kriss (STScI) e J. de Plaa (SRON)

A luminosidade de J0218-0036 observada pelos astrônomos incluía tanto o brilho da região do núcleo galáctico ativo (AGN) quanto o brilho do restante da galáxia. Observações de longo prazo da galáxia permitiram aos astrônomos separar o brilho do AGN da luminosidade da galáxia hospedeira. Eles descobriram que a atividade de um buraco negro supermassivo, particularmente o de J0218-0036, pode variar em brilho em curtos períodos de tempo. Isso é interessante, visto que o conhecimento convencional sugeria que o brilho dos AGNs variava muito mais lentamente, talvez ao longo de dezenas de milhares de anos.

Segundo Tomoki Morokuma, que liderou as observações e os estudos subsequentes da atividade deste núcleo galáctico ativo (AGN), esta descoberta muda tudo. "É fascinante que um núcleo galáctico ativo possa alterar seu brilho de forma tão drástica em um período tão curto, e que esse enfraquecimento pareça ser causado por uma grande mudança na taxa de acreção no buraco negro supermassivo", disse Morokuma. "Usando dados de levantamentos de campo amplo, como os da Hyper Suprime-Cam, esperamos descobrir mais objetos como este e aprender como a atividade dos buracos negros supermassivos se interrompe e se reinicia."

Então, o AGN do J0218-0036 está ficando sem combustível?

As descobertas da equipe levantam muitas questões sobre o que causa o rápido escurecimento do núcleo galáctico ativo (AGN) desta galáxia. Neste caso, parece que a atividade do buraco negro central está diminuindo drasticamente. A explicação mais provável é que o buraco negro supermassivo está ficando sem combustível. A equipe de pesquisa comparou observações do núcleo da galáxia em comprimentos de onda infravermelhos e ópticos. Eles compararam suas descobertas com modelos teóricos de atividade de AGN.

A equipe observou que a taxa de consumo de gás do disco de acreção pelo buraco negro caiu para cerca de um quinquagésimo do nível anterior. Isso aconteceu muito rapidamente, em um período de 7 anos. É uma queda significativa e indica que o buraco negro está perdendo rapidamente seu combustível.

Imagens em luz visível da galáxia J0218−0036 (desvio para o vermelho 1,8; a cerca de 10 bilhões de anos-luz de distância), indicada pelas setas amarelas. A imagem à esquerda foi obtida pelo Sloan Digital Sky Survey (SDSS) e a imagem à direita pela Hyper Suprime-Cam (HSC) do Telescópio Subaru. A comparação do brilho nas duas imagens mostra que a galáxia perdeu muito brilho a partir de 2002. A imagem da HSC mostra como ela era em 2018. (Crédito: SDSS, HSC-SSP/NAOJ)

Embora seja uma boa explicação, os cientistas precisam descartar outras possibilidades, como nuvens de poeira bloqueando intermitentemente a luz do núcleo galáctico ativo (AGN). Lembre-se, porém, que a luz do AGN é observada em grande parte do espectro eletromagnético. Nuvens de poeira não a bloqueariam completamente. Portanto, isso significa que as mudanças vêm de dentro do AGN e do disco de acreção que alimenta o buraco negro. 

A questão que permanece é: o que leva um buraco negro supermassivo a perder sua fonte de alimento? É sabido que esses buracos negros podem afetar suas galáxias, por exemplo, sufocando a formação de estrelas à medida que devoram o material próximo. Mas o que sufocaria o material que alimenta o disco de acreção ao redor do buraco negro?

É nisso que os astrônomos se concentrarão a seguir, à medida que realizarem mais observações em múltiplas faixas de comprimento de onda de J0218-0036 e outros núcleos galácticos ativos (AGN) no Universo. Se muitos outros buracos negros "em declínio" ou dormentes forem descobertos em futuros levantamentos de imagens de campo amplo, eles revelarão mais pistas sobre como as galáxias e seus buracos negros centrais evoluem juntos.

Universetoday.com