Astrofísica anuncia a sua descoberta de "quasares frios" que podem reescrever como as galáxias morrem

Ilustração de um quasar energético que limpou o centro da sua galáxia de gás e poeira, e os ventos estão agora a propagar-se para os arredores. Em pouco tempo não haverá mais gás e poeira, permanecerá apenas um quasar luminoso azul.
Crédito: Michelle Vigeant

Durante a 234.ª reunião da Sociedade Astronômica Americana em St. Louis, Allison Kirkpatrick, professora assistente de física e astronomia da Universidade do Kansas, anunciou a sua descoberta de "quasares frios" - galáxias com abundância de gás frio que ainda podem produzir novas estrelas apesar de terem um quasar no centro. A descoberta revolucionária subverte suposições sobre a maturação de galáxias e pode representar uma fase do ciclo de vida de todas as galáxias, desconhecida até agora.

Um quasar, ou "fonte de rádio quase estelar", é essencialmente um buraco negro supermassivo em esteroides. O gás que cai em direção a um quasar no centro de uma galáxia forma um "disco de acreção", que pode lançar uma quantidade incompreensível de energia eletromagnética, muitas vezes com uma luminosidade centenas de vezes maior do que uma galáxia típica. Normalmente, a formação de um quasar é semelhante à aposentação galáctica e há muito que se pensa assinalar o fim da capacidade de uma galáxia em produzir novas estrelas.

"Todo o gás que está a ser acretado pelo buraco negro é aquecido e emite raios-X," disse Kirkpatrick. "O comprimento de onda da luz que é libertada corresponde ao quão quente algo é. Por exemplo, nós humanos emitimos radiação infravermelha. Mas algo que emite raios-X é das coisas mais quentes do Universo. Este gás começa a acumular-se no buraco negro e começa a mover-se a velocidades relativistas; também temos um campo magnético em torno deste gás, que pode ficar torcido. Da mesma forma que temos proeminências solares, também temos jatos de material que passam por estas linhas do campo magnético e são atirados para longe do buraco negro. Estes jatos essencialmente sufocam o reservatório de gás da galáxia, de modo que mais nenhum gás pode cair sobre a galáxia e formar novas estrelas. Quando uma galáxia deixa de produzir estrelas, dizemos que é uma galáxia morta e passiva."

Mas, no levantamento de Kirkpatrick, cerca de 10% das galáxias que hospedam buracos negros supermassivos em acreção tinham um reservatório de gás frio remanescente depois de entrar nesta fase e ainda criavam novas estrelas.

"Isto, por si só, é surpreendente," comentou. "Toda esta população é um monte de objetos diferentes. Algumas das galáxias têm assinaturas óbvias de fusões; algumas parecem-se muito com a Via Láctea e têm braços espirais bastante discerníveis. Algumas são muito compactas. Desta população diversa, temos mais 10% realmente únicas e inesperadas. São fontes muito luminosas, compactas e azuis. Parecem-se com buracos negros supermassivos nos estágios finais, depois de terem "desligado" toda a formação estelar de uma galáxia. Estão evoluindo para uma galáxia elíptica passiva, no entanto também encontramos nelas muito gás frio. Esta é a população que estou a chamar de "quasares frios".

A astrofísica da Universidade do Kansas suspeitou que os "quasares frios" da sua investigação representavam um breve período ainda por reconhecer das fases finais da vida de uma galáxia - em termos da vida humana, a fugaz fase do "quasar frio" pode ser algo parecido a uma festa de aposentação de uma galáxia.

"Estas galáxias são raras porque estão em fase de transição - observamo-las logo antes da formação estelar ficar extinta e este período de transição deve ser muito curto," disse.

Kirkpatrick identificou pela primeira vez os objetos de interesse numa área do SDSS (Sloan Digital Sky Survey), o mapa digital mais detalhado do Universo atualmente disponível. Numa área denominada "Stripe 82," Kirkpatrick e colegas conseguiram identificar visualmente os quasares.

"Então estudamos esta área em raios-X com o telescópio XMM-Newton," acrescentou. "Os raios-X são a principal assinatura dos buracos negros em crescimento. Seguidamente, recorremos ao Telescópio Espacial Herschel, um telescópio infravermelho que pode detetar gás e poeira na galáxia hospedeira. Nós selecionamos as galáxias que conseguimos encontrar tanto em raios-X quanto no infravermelho."

A investigadora disse que as suas descobertas dão aos cientistas uma nova compreensão e detalhes de como a extinção de formação estelar nas galáxias ocorre e que anulam vários pressupostos sobre os quasares.

"Já sabíamos que os quasares passam por uma fase de poeira obscurante," disse Kirkpatrick. "Nós sabíamos que passam por uma fase muito encoberta onde a poeira cerca o buraco negro supermassivo. Nós chamamos a isto de fase de quasar vermelho. Mas agora encontramos este regime único de transição que não conhecíamos. Antes, se disséssemos a alguém que tínhamos encontrado um quasar luminoso com um tom óptico azulado - mas que ainda tinha muita poeira, muito gás e muita formação estelar - esse alguém diria: 'Não, não é esse o aspeto destas coisas."

Kirkpatrick espera, no futuro, determinar se a fase de "quasar frio" ocorre com uma classe específica de galáxia ou com todas as galáxias.

"Nós pensamos que estas coisas acontecem quando temos um buraco negro em crescimento, coberto por poeira e gás, e começa a soprar este material," disse. "Torna-se então um objeto azul luminoso. Assumimos que, quando expele o seu próprio gás, expele também o gás hospedeiro. Mas parece que com estes objetos, não é este o caso. Estes expelem a sua própria poeira - de modo que os vemos como um objeto azul - mas ainda não dissiparam toda a poeira e gás das galáxias hospedeiras. Esta é uma fase de transição, digamos de 10 milhões de anos. Em escalas de tempo universais, isto é realmente curto - e é difícil observar. Estamos a fazer o que chamamos de pesquisa cega para encontrar objetos que não estávamos à procura. E, ao encontrarmos estes objetos, sim, isso poderá implicar que acontece com todas as galáxias."

Kirkpatrick recolheu dados até 2015 com o Telescópio XMM-Newton, um telescópio de raios-X altamente produtivo operado pela ESA. O seu trabalho faz parte de uma colaboração chamada História de Acreção dos AGN (Active Galactic Nuclei) liderada pela astrofísica Meg Urry da Universidade de Yale, que reúne dados de arquivo e realiza uma análise em vários comprimentos de onda.


Imagem de um quasar azul óptico a 7 bilhões de anos-luz. Normalmente, um objeto deste gênero não teria emissão infravermelha.
Crédito: DECaLS DR7/NOAO


Esta imagem mostra a emissão de poeira da mesma galáxia. É surpreendentemente brilhante - um dos objetos mais brilhantes do campo de visão. Devido à resolução do telescópio, não se sabe bem o aspeto desta poeira (daí a impressão de artista da 1.ª imagem).
Crédito: Herschel/ESA

FONTE: ASTRONOMIA ONLINE