Graças ao Telescópio Espacial James Webb (JWST), os astrônomos tiveram uma ideia dos mecanismos que os buracos negros supermassivos usam para se alimentar. As observações poderão ajudar os cientistas a descobrir como buracos negros supermassivos com massas de milhões, muitas vezes até milhares de milhões, de vezes a do Sol cresceram tão rapidamente logo após o Big Bang.
Embora todas as grandes galáxias tenham buracos negros supermassivos no fundo, alguns são gigantes adormecidos, consumindo pouco gás e poeira circundante, enquanto outros se alimentam vorazmente e agem como motores de brilhantes regiões galácticas centrais chamadas núcleos galácticos ativos (AGN). Estes buracos negros que se alimentam também expelem matéria dos seus pólos em jactos que podem expulsar gás e poeira – a matéria-prima necessária para a formação de estrelas – das suas galáxias hospedeiras, impedindo assim o nascimento de estrelas e efectivamente “matando” estas galáxias.
Além disso, os poderosos titãs cósmicos ficam realmente intrigados quando os astrônomos usam o JWST localizá-los antes mesmo de o universo ter 1 bilhão de anos. Isso ocorre porque os mecanismos pelos quais os buracos negros devoram a matéria para crescer e depois se fundem para criar ainda mais massivos buracos negros deveria levar pelo menos 1 bilhão de anos para atingir o status de supermassivo. Isto é ainda mais confuso porque as teorias também dizem que os buracos negros que se alimentam mais vorazmente (e, portanto, os que crescem mais rapidamente) deve também afastam a matéria que utilizam para esse crescimento, colocando-se, na verdade, numa dieta. Então, com tudo isto em mente, como é que os buracos negros supermassivos cresceram tão rapidamente no Universo primitivo?
Uma explicação sugere que buracos negros supermassivos afastam o gás, morrendo de fome como previsto, mas também que esta matéria eventualmente esfria e cai de volta para o buraco negro. Isso permitiria outro período de alimentação e, portanto, de crescimento.
Esta explicação sugere ainda que, à medida que este gás arrefece, forma “streamers”, ou filamentos, de gás com apenas algumas centenas de anos-luz de largura, mas que se estendem por milhares de anos-luz de comprimento. Estes cairiam de volta para o centro da galáxia e formariam um disco giratório em torno do seu buraco negro, alimentando-o mais uma vez e desencadeando um novo período de crescimento. Isto reiniciaria então os jatos do buraco negro, o que cortaria novamente o fornecimento de alimentos ao titã cósmico, permitindo que todo o processo recomeçasse.
O processo seria, em essência, um ciclo autorregulado de festa seguido de jejum. No entanto, a ligação entre estes filamentos e os buracos negros supermassivos tem sido ilusória, o que significa que este mecanismo tem resistido à confirmação.
“O que o JWST está revelando é que os buracos negros podem ser os melhores recicladores cósmicos”, disse Julie Hlavacek-Larrondo, líder da equipe da Université de Montréal. disse em um comunicado. “Eles libertam enormes quantidades de energia que aquecem os seus arredores, mas esse mesmo gás pode mais tarde arrefecer em filamentos finos que caem para dentro e alimentam novamente o buraco negro. Estamos finalmente a ver este ciclo autossustentável em ação.”
Um buraco negro supermassivo em dieta
Para resolver o mistério dos buracos negros em festa, o JWST voltou sua atenção para um AGN relativamente próximo situado no coração da galáxia central do Aglomerado Centaurus, NGC 4696localizado a apenas 145 milhões de anos-luz da Terra.
O Telescópio Espacial Hubble estudou anteriormente esta galáxia, descobrindo um estranho redemoinho de gás em forma de gancho perto do buraco negro supermassivo central de NGC 4696.
O JWST deu seguimento a esta descoberta produzindo um mapa detalhado do gás que flui no coração da galáxia. Isto revelou que a estrutura em forma de gancho tem cerca de 800 anos-luz de largura e é composta por gás que se move a velocidades incríveis de cerca de 1,3 milhões de milhas por hora (600 quilómetros por segundo).
O mais emocionante é que o redemoinho de gás parece estar ligado a um vasto filamento de material que cai em direção ao buraco negro supermassivo central.
A equipe testou as observações do JWST contra uma simulação de computador, descobrindo que o gás no cenário de queda do filamento tomaria de fato uma forma semelhante à observada em NGC 4696.
“O JWST está agora nos mostrando o elo final deste ciclo fechado”, disse Helen Russell, membro da equipe, da Escola de Física e Astronomia da Universidade de Nottingham, no Reino Unido, no comunicado. “A vasta rede filamentar de fluxos de gás, em última análise, canaliza o gás para um disco que alimenta o buraco negro.”
A pesquisa da equipe foi publicada nesta quarta-feira (16 de julho) no Cartas de revistas astrofísicas.
