Jactos Gigantes em Galáxias Devidos à Fusão de Buracos Negros Super-Maciços?

Uma equipa de astrónomos utilizou o Telescópio Espacial Hubble para estudar a relação entre as colisões galácticas e a actividade dos buracos negros super-maciços nos seus núcleos. As observações mostram que todas as galáxias com buracos negros centrais que exibem jactos relativísticos estão em processo de colisão, ou essa colisão terminou recentemente. Mais interessante, a actividade dos buracos negros centrais não pode ser explicada apenas pela captura de gás interestelar, facilitada pela colisão, mas parece resultar de um processo mais energético, possivelmente a fusão dos buracos negros.

A galáxia activa Centauro-A observada no espectro visível, em ondas de rádio e em raios-X. O jacto relativístico proveniente do buraco negro super-maciço no seu centro é bem visível em ondas de rádio e raios-X. Crédito: NASA/CXC/CfA/R.Kraft et al; NSF/VLA/Univ. Hertfordshire/ M.Hardcastle; ESO/WFI/ M.Rejkuba et al.

A galáxia activa Centauro-A observada no espectro visível, em ondas de rádio e em raios-X. O jacto relativístico proveniente do buraco negro super-maciço no seu centro é bem visível em ondas de rádio e raios-X. Crédito: NASA/CXC/CfA/R.Kraft et al; NSF/VLA/Univ. Hertfordshire/ M.Hardcastle; ESO/WFI/ M.Rejkuba et al.

Marco Chiaberge, do Space Telescope Science Institute, e colegas, usaram a câmara WFC3 (Wide Field Camera 3) do Hubble para estudar um grande número de galáxias com núcleos extremamente luminosos designados por AGN (Active Galactic Nuclei). A energia provém de quasares no núcleo das galáxias. Um quasar é composto por um buraco negro super-maciço orbitado por um disco de material que o alimenta. Durante a queda no campo gravitacional do buraco negro, o gás é aquecido a temperaturas de milhões de graus formando um plasma que liberta uma quantidade prodigiosa de energia em todos os comprimentos de onda.

Parte do plasma super-aquecido na região interna do disco é ejectado ao longo do eixo de rotação do buraco negro. Não se sabe bem como e em que circunstâncias, em alguns quasares, o campo magnético poderoso do disco força esse material a mover-se ao longo de um jacto fino que se mantém colimado até distâncias de dezenas ou mesmo centenas de milhares de anos-luz do buraco negro, em pleno espaço intergaláctico. Nestes jactos, as partículas viajam a velocidades relativísticas, i.e., quase à velocidade da luz, e emitem intensamente em ondas de rádio à medida que são forçadas a seguir as linhas do campo magnético.

Os jactos relativísticos da galáxia activa Hercules A, observados em ondas de rádio (rosa), sobrepostos a uma imagem no visível obtida pelo telescópio Hubble. Os jactos estendem-se por mais de 1 milhão de anos-luz. Crédito: NASA, ESA, S. Baum e C. O’Dea (RIT), R. Perley and W. Cotton (NRAO/AUI/NSF) e Hubble Heritage Team (STScI/AURA).

Os jactos relativísticos da galáxia activa Hercules A, observados em ondas de rádio (rosa), sobrepostos a uma imagem no visível obtida pelo telescópio Hubble. Os jactos estendem-se por mais de 1 milhão de anos-luz. Crédito: NASA, ESA, S. Baum e C. O’Dea (RIT), R. Perley and W. Cotton (NRAO/AUI/NSF) e Hubble Heritage Team (STScI/AURA).

As galáxias que emitem fortemente em ondas de rádio têm portanto jactos relativísticos devido à actividade do seu buraco negro central. De facto, usando imagens obtidas pelo Hubble, a equipa observou que quase todas as galáxias com jactos estavam a colidir, ou tinham colidido recentemente, com outra galáxia. No entanto, e isto é intrigante, cerca de 40% das galáxias observadas em processo de colisão não apresentavam jactos. Por outras palavras, a colisão entre galáxias parece ser uma condição necessária, mas não suficiente, para a produção de jactos relativísticos. Esta observação sugere que a formação dos jactos durante uma colisão de galáxias não resulta apenas da maior disponibilidade de gás para alimentar o quasar no centro da galáxia. De facto, a equipa sugere, os jactos podem formar-se em resultado de um processo muito mais energético — a colisão e fusão dos buracos negros centrais das galáxias em colisão. Um tal evento produziria, nas condições certas, um buraco negro mais maciço e, principalmente, com uma velocidade de rotação mais elevada. A maior velocidade de rotação tornaria o campo electromagnético evolvente muito mais intenso, o suficiente para formar os jactos de plasma ao longo dos pólos do buraco negro e perpendiculares ao disco. Colin Norman, um dos co-autores do estudo, resume desta forma brilhante a contribuição da equipa (tradução livre pelo autor):

A colisão entre galáxias pode afectar o buraco negro central de duas formas. A primeira consiste em tornar disponível uma maior quantidade de gás na região central da galáxia. Este gás acaba por ser adicionado ao disco de plasma que circunda o buraco negro central e o alimenta. Este processo deveria afectar todos os buracos negros centrais em galáxias em colisão. No entanto, [o nosso estudo mostra que] nem todas desenvolvem jactos, pelo que este processo por si só não é suficiente para explicar a formação dos jactos. A segunda é a colisão, e subsequente fusão, dos buracos negros centrais das duas galáxias. É possível [e o nosso estudo sugere-o] que os jactos se formem apenas num tipo de colisão particular que resulta na fusão de dois buracos negros super-maciços num único objecto, mais maciço, com maior velocidade de rotação e com um campo magnético mais intenso, que seria capaz gerar os jactos.

(Fonte: Phys.org)

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