Grande buraco negro estimula formação de estrelas em galáxias distantes

Fenômeno surpreendente, verificado com o Observatório de Raios X Chandra, teria ajudado no nascimento de estrelas a mais de um milhão de anos-luz de distância

Imagem composta que mostra os arredores de um buraco negro supermassivo responsável pela formação de estrelas na maior distância já vista. Crédito: Nasa/CXC/INAF/R. Gilli et al./NRAO/VLA /STScI.

Os buracos negros são famosos por estraçalhar objetos, incluindo estrelas. Agora, porém, astrônomos descobriram um buraco negro que pode ter causado o nascimento de estrelas a uma distância incompreensível e através de várias galáxias. Um artigo descrevendo esses resultados foi publicado na revista “Astronomy and Astrophysics” e está disponível online.

Se confirmada, essa descoberta, feita com o Observatório de Raios X Chandra, da Nasa, e outros telescópios, representaria o maior alcance já visto para um buraco negro agindo como um ponto de partida para a criação estelar. O buraco negro parece ter melhorado a formação de estrelas a mais de um milhão de anos-luz de distância. (Um ano-luz equivale a 9,461 trilhões de quilômetros.)

“Esta é a primeira vez que vimos um único buraco negro aumentar o nascimento de estrelas em mais de uma galáxia por vez”, disse Roberto Gilli, do Instituto Nacional de Astrofísica (INAF) de Bolonha, na Itália, principal autor do estudo que descreve a descoberta. “É incrível pensar que o buraco negro de uma galáxia pode ter alguma influência no que acontece em outras galáxias a milhões de trilhões de quilômetros de distância.”

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Jato rastreado

Um buraco negro é um objeto extremamente denso do qual nenhuma luz pode escapar. A imensa gravidade do buraco negro atrai gás e poeira ao redor, mas partículas de uma pequena quantidade desse material também podem ser catapultadas para longe quase à velocidade da luz. Essas partículas em movimento rápido formam dois feixes estreitos ou “jatos” próximos aos polos do buraco negro.

O buraco negro supermassivo observado no novo estudo está localizado no centro de uma galáxia a cerca de 9,9 bilhões de anos-luz da Terra. Essa galáxia possui pelo menos sete galáxias vizinhas, de acordo com observações do Very Large Telescope (VLT), do Observatório Europeu do Sul (ESO), e do Large Binocular Telescope (LBT), no Arizona (EUA).

Usando o Karl Jansky Very Large Array, da National Science Foundation, localizado no Novo México (EUA), os cientistas já haviam detectado emissões de ondas de rádio de um jato de partículas de alta energia com cerca de um milhão de anos-luz. O jato pode ser rastreado até o buraco negro supermassivo, que o Chandra detectou como uma poderosa fonte de raios X produzida pelo gás quente que gira em torno dele. Gilli e colegas também detectaram uma nuvem difusa de emissão de raios X em torno de uma extremidade do jato de rádio. Essa emissão de raios X provavelmente tem origem em uma gigantesca bolha de gás quente aquecida pela interação das partículas energéticas do jato de rádio com a matéria circundante.

Feedback positivo

À medida que a bolha quente se expandia e varria as quatro galáxias vizinhas, poderia ter criado uma onda de choque que comprimia o gás frio nas galáxias, causando a formação de estrelas. Todas as quatro galáxias estão aproximadamente à mesma distância, cerca de 400 mil anos-luz, do centro da bolha. Os autores estimam que a taxa de formação de estrelas é cerca de duas a cinco vezes maior do que as galáxias típicas com massas e distância semelhantes a partir da Terra.

“A história do rei Midas fala de seu toque mágico que pode transformar metal em ouro”, disse o coautor Marco Mignoli, também do INAF. “Aqui temos o caso de um buraco negro que ajudou a transformar gás em estrelas, e seu alcance é intergalático.”

Os astrônomos já viram muitos casos em que um buraco negro afeta seus arredores através de “feedback negativo” – em outras palavras, restringindo a formação de novas estrelas. Isso pode ocorrer quando os jatos do buraco negro injetam tanta energia no gás quente de uma galáxia, ou aglomerado de galáxias, que o gás não consegue esfriar o suficiente para formar um grande número de estrelas.

Nessa coleção de galáxias recentemente localizada, os astrônomos encontraram um exemplo menos comum de “feedback positivo”, onde os efeitos do buraco negro aumentam a formação de estrelas. Além disso, quando os astrônomos encontraram feedback positivo anteriormente, ele envolveu aumentos na taxa de formação de estrelas de 30% ou menos, ou ocorreu em escalas de apenas 20 mil a 50 mil anos-luz em uma galáxia companheira próxima.

Equilíbrio delicado

Se o feedback é positivo ou negativo, depende de um delicado equilíbrio entre a taxa de aquecimento e a taxa de resfriamento de uma nuvem. Isso ocorre porque as nuvens que são inicialmente mais frias quando atingidas por uma onda de choque são mais propensas a receber feedback positivo e formam mais estrelas.

“Os buracos negros têm uma reputação merecida por serem poderosos e mortais, mas nem sempre”, disse o coautor Alessandro Peca, ex-INAF e agora aluno de doutorado na Universidade de Miami. “Esse é um excelente exemplo de que eles às vezes desafiam esse estereótipo e podem ser estimulantes.”

Os pesquisadores usaram um total de seis dias de Chandra observando o tempo distribuído por cinco meses. “É apenas por causa dessa observação muito profunda que vimos a bolha de gás quente produzida pelo buraco negro”, disse o coautor Colin Norman, da Universidade Johns Hopkins, em Baltimore (EUA). “Ao visarmos objetos semelhantes a esse, podemos descobrir que o feedback positivo é muito comum na formação de grupos e aglomerados de galáxias.”

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