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Astronomia20/01/2022

Hubble acha buraco negro iniciando formação de estrelas em galáxia anã

A galáxia anã starburst Henize 2-10 brilha com estrelas jovens nesta imagem de luz visível do Hubble. A região brilhante no centro, cercada por nuvens cor de rosa e faixas de poeira escura, indica a localização do enorme buraco negro da galáxia e dos berçários estelares ativos. Crédito: Nasa, ESA, Zachary Schutte (XGI), Amy Reines (XGI), Alyssa Pagan (STScI)

20/01/22 - 11h18min

Os buracos negros são frequentemente descritos como os monstros do universo – destruindo estrelas, consumindo qualquer coisa que se aproxime demais e mantendo a luz em cativeiro. Evidências detalhadas do telescópio espacial Hubble, da Nasa/ESA, no entanto, mostram um buraco negro sob uma nova luz: promovendo, em vez de suprimindo, a formação de estrelas.

As imagens do Hubble e a espectroscopia da galáxia anã Henize 2-10 mostram claramente um fluxo de gás que se estende do buraco negro para uma região de nascimento de estrelas brilhantes como um cordão umbilical, desencadeando a já densa nuvem na formação de um aglomerados de estrelas. Os astrônomos já debatiam anteriormente que uma galáxia anã poderia ter um buraco negro análogo aos buracos negros supermassivos em galáxias maiores. Um estudo mais aprofundado de galáxias anãs, que permaneceram pequenas ao longo do tempo cósmico, pode esclarecer a questão de como as primeiras sementes de buracos negros supermassivos se formaram e evoluíram ao longo da história do universo.

A galáxia anã Henize 2-10 fica a 30 milhões de anos-luz de distância, na constelação meridional de Pyxis.

Debate astronômico

Há uma década, esta pequena galáxia desencadeou um debate entre os astrônomos sobre se as galáxias anãs abrigavam buracos negros proporcionais aos gigantes supermassivos encontrados nos corações de galáxias maiores. Henize 2-10, que contém apenas um décimo do número de estrelas encontradas na Via Láctea, está pronta para desempenhar um papel importante na solução do mistério de onde os buracos negros supermassivos vieram em primeiro lugar.

“Dez anos atrás, como estudante de pós-graduação pensando que passaria minha carreira na formação de estrelas, analisei os dados de Henize 2-10 e tudo mudou”, disse Amy Reines, que publicou a primeira evidência de um buraco negro na galáxia, em 2011, e é a investigadora principal das novas observações do Hubble, divulgadas na revista Nature.

“Desde o início eu sabia que algo incomum e especial estava acontecendo em Henize 2-10, e agora o Hubble forneceu uma imagem muito clara da conexão entre o buraco negro e uma região vizinha de formação de estrelas localizada a 230 anos-luz do buraco negro”, disse Reines.

Cordão umbilical

Essa conexão é uma saída de gás que se estende pelo espaço como um cordão umbilical para um berçário estelar brilhante. A região já abrigava um denso casulo de gás quando o escoamento de baixa velocidade chegou. A espectroscopia do Hubble mostra que o fluxo estava se movendo a cerca de 1,6 milhão de quilômetros por hora, batendo no gás denso como uma mangueira de jardim atingindo uma pilha de sujeira e se espalhando. Aglomerados de estrelas recém-nascidas pontilham o caminho da propagação do fluxo, e suas idades também foram calculadas pelo Hubble.

Esse é o efeito oposto do que é visto em galáxias maiores, onde o material que cai em direção ao buraco negro é levado pelos campos magnéticos circundantes, formando jatos ardentes de plasma que se movem perto da velocidade da luz. Nuvens de gás capturadas no caminho dos jatos seriam aquecidas muito além de sua capacidade de resfriar e formar estrelas. Mas com o buraco negro menos massivo em Henize 2-10 e sua saída mais suave, o gás foi comprimido o suficiente para precipitar a formação de novas estrelas.

“A apenas 30 milhões de anos-luz de distância, Henize 2-10 está perto o suficiente para que o Hubble fosse capaz de capturar imagens e evidências espectroscópicas de um fluxo de buraco negro com muita clareza. A surpresa adicional foi que, em vez de suprimir a formação de estrelas, o fluxo foi desencadeando o nascimento de novas estrelas”, disse Zachary Schutte, aluno de pós-graduação de Reines e principal autor do novo estudo.

Saca-rolhas

Desde sua primeira descoberta de emissões distintas de rádio e raios X em Henize 2-10, Reines pensou que provavelmente elas vinham de um buraco negro massivo, mas não tão supermassivo quanto os vistos em galáxias maiores. Outros astrônomos, no entanto, pensavam que a radiação estava mais provavelmente sendo emitida por um remanescente de supernova, o que seria uma ocorrência familiar em uma galáxia que está bombeando rapidamente estrelas massivas que explodem rapidamente.

“A incrível resolução do Hubble mostra claramente um padrão semelhante a um saca-rolhas nas velocidades do gás, que podemos ajustar ao modelo de uma saída de precessão, ou oscilante, de um buraco negro. Um remanescente de supernova não teria esse padrão e, portanto, é efetivamente nossa prova de que esse é um buraco negro”, disse Reines.

Reines espera que novas pesquisas sejam direcionadas aos buracos negros de galáxias anãs no futuro, com o objetivo de usá-los como pistas para o mistério de como os buracos negros supermassivos surgiram no início do universo. É um quebra-cabeça persistente para os astrônomos. A relação entre a massa da galáxia e seu buraco negro pode fornecer pistas. O buraco negro em Henize 2-10 tem cerca de 1 milhão de massas solares. Em galáxias maiores, os buracos negros podem ter mais de 1 bilhão de vezes a massa do nosso Sol. Quanto mais massiva for a galáxia hospedeira, mais massivo será o buraco negro central.

Teorias em discussão

As teorias atuais sobre a origem dos buracos negros supermassivos se dividem em três categorias:

1) Eles se formaram como buracos negros de massa estelar menores, a partir da implosão de estrelas, e de alguma forma reuniram material suficiente para crescer a ponto de se tornar supermassivos.

2) Condições especiais no início universo permitiram a formação de estrelas supermassivas, que colapsaram para formar “sementes” de buracos negros massivos logo de cara.

3) As sementes de futuros buracos negros supermassivos nasceram em aglomerados de estrelas densos, onde a massa total do aglomerado teria sido suficiente de alguma forma para criá-los a partir do colapso gravitacional.

Até agora, nenhuma dessas teorias de semeadura de buracos negros assumiu a liderança. Galáxias anãs como Henize 2-10 oferecem pistas potenciais promissoras, porque permaneceram pequenas ao longo do tempo cósmico, em vez de sofrer o crescimento e fusões de grandes galáxias como a Via Láctea. Os astrônomos pensam que os buracos negros de galáxias anãs poderiam servir como um análogo para os buracos negros no início do universo, quando eles estavam apenas começando a se formar e crescer.

“A era dos primeiros buracos negros não é algo que pudemos ver, então realmente se tornou a grande questão: de onde eles vieram? Galáxias anãs podem reter alguma memória do cenário de semeadura de buracos negros que de outra forma foi perdido no tempo e no espaço”, disse Reines.

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Amy Reines