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"Pepitas vermelhas" são ouro galáctico para os astrônomos


Ilustração imagem de raios-X da "pepita vermelha" MRK 1216.
Crédito: raios-X - NASA/CXC/Universidade MTA-Eötvös/N. Werner et al.; ilustração - NASA/CXC/M. Weiss

Há cerca de uma década, os astrônomos descobriram uma população de galáxias pequenas, mas massivas, a que chamaram "red nuggets" (pepitas vermelhas). Um novo estudo com o Observatório de raios-X Chandra da NASA indica que os buracos negros "esmagaram" a formação das estrelas nessas galáxias e podem ter usado parte do seu combustível estelar para crescer até proporções invulgarmente massivas.

As "pepitas vermelhas" foram descobertas pela primeira vez pelo Telescópio Espacial Hubble a grandes distâncias da Terra, correspondendo a épocas apenas três ou quatro bilhões de anos após o Big Bang. São relíquias das primeiras galáxias massivas que se formaram apenas um bilhão de anos após o Big Bang. Os astrônomos pensam que são os antepassados das gigantescas galáxias elípticas vistas no Universo local. As massas das pepitas vermelhas são semelhantes às das galáxias elípticas gigantes, mas têm apenas mais ou menos um-quinto do seu tamanho.

Enquanto a maioria das pepitas vermelhas se fundiu com outras galáxias ao longo de milhares de milhões de anos, um pequeno número conseguiu escapar intocado ao longo da história do cosmos. Estas pepitas vermelhas ilesas representam uma oportunidade única para estudar como as galáxias, e o buraco negro supermassivo nos centros, se comportam ao longo de milhares de milhões de anos de isolamento.

Pela primeira vez, o Chandra foi usado para estudar o gás quente em duas destas pepitas vermelhas isoladas, MRK 1216 e PGC 032873. Encontra-se a apenas 295 milhões e 344 milhões de anos-luz da Terra, respetivamente, em vez de milhares de milhões de anos-luz para as primeiras pepitas vermelhas conhecidas. O gás quente emissor de raios-X contém a impressão da atividade gerada pelos buracos negros supermassivos em cada uma das duas galáxias.

"Estas galáxias existem há 13 bilhões de anos sem nunca terem interagido com outras do seu tipo," comenta Norbert Werner do Grupo Lendület de Investigação de Astrofísica e do Universo Quente da Universidade MTA-Eötvös em Budapeste, Hungria, que liderou o estudo. "Estamos a descobrir que os buracos negros nestas galáxias assumem o controlo e o resultado não é bom para novas estrelas que tentam formar-se."

Os astrônomos sabem há muito que o material que cai em direção a um buraco negro pode ser redirecionado para fora a altas velocidades devido aos intensos campos gravitacionais e magnéticos. Estes jatos velozes podem desligar a formação estelar. Isto acontece porque as explosões da vizinhança do buraco negro fornecem uma poderosa fonte de calor, impedindo que o gás interestelar quente da galáxia arrefeça o suficiente para permitir que um grande número de estrelas se forme.

A temperatura do gás quente é maior no centro da galáxia MRK 1216 em comparação com os seus arredores, mostrando os efeitos do aquecimento recente pelo buraco negro. Além disso, a emissão de rádio é observada a partir do centro da galáxia, uma assinatura de jatos de buracos negros. Finalmente, a emissão de raios-X da vizinhança do buraco negro é cerca de cem milhões de vezes menor do que o limite teórico de quão rápido um buraco negro pode crescer - chamado "limite de Eddington" - onde a pressão externa da radiação é balançada pela atração da gravidade para o interior. Este baixo nível de emissão de raios-X é típico dos buracos negros que produzem jatos. Todos estes fatores fornecem fortes evidências de que as atividades geradas pelos buracos negros supermassivos nestas galáxias pepitas vermelhas está a suprimir a formação de novas estrelas.

Os buracos negros e o gás quente podem ter outra ligação. Os autores sugerem que grande parte da massa do buraco negro pode ter-se acumulado a partir do gás quente que envolve ambas as galáxias. Os buracos negros de MRK 1216 e PGC 032873 estão entre os mais massivos conhecidos, com massas estimadas em aproximadamente 5 bilhões de vezes a massa do Sol, com base em observações óticas das velocidades das estrelas perto dos centros das galáxias. Além do mais, estima-se que a massa do buraco negro de MRK 1216 e possivelmente a do de PGC 032873 correspondam a uma baixa percentagem das massas combinadas de todas as estrelas nas regiões centrais das galáxias, enquanto na maioria das galáxias, a proporção é cerca de dez vezes mais pequena.

"Aparentemente, deixados à sua própria sorte, os buracos negros podem agir como 'bullies'," diz a coautora Kiran Lakhchaura, também da Universidade MTA-Eötvös.

"Não apenas impedem a formação de novas estrelas," diz o coautor Massimo Gaspari, da Universidade de Princeton, "como também 'pegam' em algum desse material e usam-no como alimento."

Em adição, o gás quente dentro e em redor de PGC 032873 é cerca de dez vezes mais fraco do que o gás quente em redor de MRK 1216. Dado que ambas as galáxias parecem ter evoluído isoladamente ao longo dos últimos 13 mil milhões de anos, esta diferença pode ter surgido no passado a partir de explosões mais ferozes do buraco negro de PGC 032873, que dissipou a maior parte do gás quente.

"Os dados do Chandra dizem-nos mais sobre como foi esta longa e solitária viagem através do tempo cósmico para estas galáxias," afirma a coautora Rebecca Canning da Universidade de Stanford. "Embora as galáxias não tenham interagido com outras, mostram muita agitação interna."

O artigo que descreve estes resultados foi publicado na edição mais recente da revista científica Monthly Notices of the Royal Astronomical Society e está disponível online.

FONTE: ASTRONOMIA ONLINE

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