Astrônomos descobrem ‘tsunamis’ causados por quasares no universo

Fenômeno descoberto com o Telescópio Espacial Hubble, que envolve as maiores emissões de energia conhecidas, dificulta o nascimento de estrelas

Concepção artística de galáxia com um quasar ativo em seu centro. Astrônomos descobriram que a pressão da radiação nas proximidades do buraco negro empurra o material para longe do centro da galáxia a uma fração da velocidade da luz. Os "ventos quasares" estão impulsionando centenas de massas solares de material a cada ano. Isso afeta toda a galáxia, à medida que o material flui para o gás e a poeira circundantes. Crédito: Nasa, ESA & J. Olmsted (STScI)

Com os recursos do Telescópio Espacial Hubble, da Nasa e da ESA, uma equipe de astrônomos americanos descobriu os fluxos mais energéticos já vistos no universo. Eles jorram de quasares e atravessam o espaço interestelar como tsunamis, causando estragos nas galáxias nas quais os quasares vivem. As descobertas foram publicadas em uma série de seis artigos em março de 2020, como uma questão de foco da revista “The Astrophysical Journal Supplements”.

Quasares são objetos celestes extremamente remotos, que emitem quantidades excepcionalmente grandes de energia. Eles contêm buracos negros supermassivos alimentados por matéria que podem brilhar mil vezes mais que suas galáxias hospedeiras, nas quais há centenas de bilhões de estrelas.

À medida que o buraco negro devora a matéria, o gás quente a envolve e emite radiação intensa, criando o quasar. Os ventos, impulsionados pela pressão da radiação nas proximidades do buraco negro, empurram o material para longe do centro da galáxia. Essas emissões chegam a velocidades de tirar o fôlego, que são uma pequena porcentagem da velocidade da luz.

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“Nenhum outro fenômeno carrega mais energia mecânica. Ao longo da vida útil de 10 milhões de anos, esses fluxos produzem um milhão de vezes mais energia do que uma explosão de raios gama”, explicou o investigador principal Nahum Arav, da Virginia Tech (Instituto Politécnico e Universidade Estadual da Virgínia). “Os ventos estão empurrando centenas de massas solares de material a cada ano. A quantidade de energia mecânica transportada por esses fluxos é centenas de vezes maior que a luminosidade de toda a Via Láctea.”

Show de luzes

Com o fenômeno, o material que de outra forma teria formado novas estrelas é violentamente varrido da galáxia, causando a interrupção dos nascimentos. A radiação empurra o gás e a poeira para distâncias muito maiores do que os cientistas pensavam anteriormente, criando um evento em toda a galáxia.

À medida que esse tsunami cósmico atinge o material interestelar, a temperatura na frente de choque atinge bilhões de graus, onde o material brilha em grande parte em raios X, mas também amplamente no espectro da luz. Qualquer pessoa que assista a este evento verá uma brilhante exibição celestial. “Você receberá muita radiação primeiro em raios X e raios gama, e depois ela penetrará em luz visível e infravermelha”, disse Arav. “Você teria um enorme show de luzes – como árvores de Natal em toda a galáxia.”

Simulações numéricas da evolução da galáxia sugerem que esses fluxos podem explicar alguns enigmas cosmológicos importantes, como por que os astrônomos observam tão poucas galáxias grandes no universo e por que há uma relação entre a massa da galáxia e a massa do seu buraco negro central. Este estudo mostra que esses fluxos poderosos de quasares devem prevalecer no universo primitivo.

“Tanto teóricos quanto observadores sabem há décadas que existe algum processo físico que interrompe a formação de estrelas em galáxias massivas, mas a natureza desse processo tem sido um mistério. Colocar os fluxos observados em nossas simulações resolve esses problemas pendentes na evolução galáctica”, explicou o cosmologista Jeremiah P. Ostriker, das universidades de Columbia e Princeton.

Capacidade do Hubble

Os astrônomos estudaram 13 fluxos de quasar e foram capazes de medir a velocidade vertiginosa do gás sendo acelerado pelo vento originário do quasar, observando as “impressões digitais” espectrais da luz do gás incandescente. Os dados ultravioleta do Hubble mostram que esses recursos de absorção de luz criados a partir de material ao longo do caminho da luz foram alterados no espectro devido ao movimento rápido do gás no espaço. Isso se deve ao efeito Doppler, em que o movimento de um objeto comprime ou estica os comprimentos de onda da luz, dependendo de se ele está se aproximando ou se afastando de nós. Somente o Hubble possui a faixa específica de sensibilidade ultravioleta que permite aos astrônomos obter as observações necessárias que levam a essa descoberta.

Além de medir os quasares mais energéticos já observados, a equipe também descobriu outro fluxo acelerando mais rapidamente do que qualquer outro. Ele aumentou de cerca de 69 milhões de quilômetros por hora para aproximadamente 74 milhões de quilômetros por hora em um período de três anos. Os cientistas acreditam que sua aceleração continuará a aumentar ao longo do tempo.

“As observações em ultravioleta do Hubble nos permitem acompanhar toda a gama de energia dos quasares, do gás mais frio ao extremamente quente e altamente ionizado nos ventos mais fortes”, acrescentou Gerard Kriss, do Space Telescope Science Institute. “Isso antes era visível apenas com observações de raios X muito mais difíceis. Esses fluxos poderosos podem gerar novas ideias sobre a ligação entre o crescimento de um buraco negro supermassivo central e o desenvolvimento de toda a galáxia que o hospeda.”