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Imagem composta do aglomerado de galáxias Abell 2597 mostrando o fluxo de gás em forma de fonte alimentado pelo buraco negro supermassivo na galáxia central. O amarelo são dados ALMA do gás frio. O vermelho são dados do Very Large Telescope mostrando o gás hidrogênio quente na mesma região. O roxo estendido é o gás ionizado quente e estendido, conforme visualizado pelo Observatório de raios-X Chandra. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Tremblay et al.; NRAO/AUI/NSF, B. Saxton; NASA/Chandra; ESO/VLT
A um bilhão de anos-luz da Terra fica uma das estruturas mais massivas do universo, uma galáxia elíptica gigante cercada por um extenso aglomerado de outras galáxias conhecido como Abell 2597. No centro da galáxia central, um aglomerado supermassivo buraco negro está alimentando o equivalente cósmico de uma fonte monumental, atraindo vastas reservas de gás molecular frio e espalhando-as novamente em um ciclo contínuo.
Os astrónomos há muito que teorizam que fontes como esta recirculam continuamente o combustível de formação estelar de uma galáxia. Novo Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) observações de Abell 2597 mostram a primeira evidência clara e convincente da entrada e saída simultânea de gás impulsionada por um buraco negro supermassivo. Os pesquisadores relatam suas observações na última edição do Jornal Astrofísico.
“O buraco negro supermassivo no centro desta galáxia gigante atua como uma ‘bomba’ mecânica numa fonte de água”, disse Grant Tremblay, astrofísico do Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica em Cambridge, Massachusetts, e principal autor do artigo. . “Este é um dos primeiros sistemas em que encontramos evidências claras tanto do fluxo de gás molecular frio em direção ao buraco negro como do fluxo ou elevação dos jatos que o buraco negro lança.”
Impressão artística de Abell 2597 mostrando o buraco negro supermassivo central expelindo gás molecular frio – como a bomba de uma fonte galáctica gigante. Crédito: NRAO/AUI/NSF; D. Baga
Segundo os pesquisadores, todo esse sistema opera por meio de um ciclo de feedback autorregulado. O material que cai fornece energia para a fonte à medida que “drena” em direção ao buraco negro central, como a água que entra na bomba de uma fonte. Este gás em queda faz com que o buraco negro entre em atividade, lançando jatos de alta velocidade de material superaquecido que são lançados para fora da galáxia. À medida que viaja, este material empurra aglomerados e correntes de gás para o halo expansivo da galáxia, onde eventualmente chove de volta para o buraco negro, desencadeando todo o processo novamente.
No total, cerca de três mil milhões de massas solares de gás molecular fazem parte desta fonte, formando uma nebulosa filamentar que se estende pelos 100.000 anos-luz mais internos da galáxia.
Num estudo anterior dos mesmos autores publicado na revista Nature, os investigadores conseguiram verificar a interligação entre o buraco negro e a fonte galáctica, observando a região através de uma gama de comprimentos de onda, ou porções do espectro. Ao estudar a localização e o movimento das moléculas de monóxido de carbono (CO) com o ALMA, que brilha intensamente em comprimentos de onda milimétricos, os investigadores puderam medir o movimento do gás à medida que cai em direção ao buraco negro.
Dados anteriores do Multi-Unit Spectroscopic Explorer (MUSA) sobre ESOde Telescópio muito grande (VLT) revelou gás quente e ionizado sendo expelido da galáxia – essencialmente a pluma da fonte. As novas observações do ALMA encontraram aglomerados de gás molecular frio precisamente nos mesmos locais que o gás quente observado nas observações anteriores.
Imagem ALMA de gás molecular frio em Abell 2597. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), G. Tremblay et al.
“O aspecto único aqui é uma análise acoplada muito detalhada da fonte usando dados do ALMA e do instrumento MUSE. As duas instalações formam uma combinação incrivelmente poderosa”, disse Tremblay. “O ALMA revelou a distribuição e os movimentos das nuvens frias de gás molecular, e o MUSE fez o mesmo para o gás ionizado quente.”
Os dados ALMA e MUSE foram combinados com uma nova observação ultraprofunda do aglomerado por NASAO Observatório de Raios-X Chandra da China, revelando a fase quente desta fonte com detalhes requintados, observaram os pesquisadores.
As observações também apoiam de forma muito convincente a hipótese de que as nebulosas moleculares frias e ionizadas quentes são a mesma coisa, sendo o gás ionizado quente apenas a “concha” em torno dos núcleos moleculares frios que se agitam dentro desta fonte à escala galáctica.
Animação dos dados do MUSE H-alpha mostrando as diferentes velocidades do material na “fonte galáctica”. Crédito: ESO; G. Tremblay et al.
Esta abordagem de múltiplos comprimentos de onda oferece uma imagem incomumente completa deste sistema. “É como observar a nuvem de chuva, a chuva e a poça, tudo ao mesmo tempo”, observou Tremblay. Embora esta seja apenas uma observação de uma galáxia, os astrónomos especulam que podem estar a observar um processo que é comum nas galáxias e fundamental para a sua evolução.
Referência: “Uma fonte de gás molecular frio em escala galáctica bombeada por um buraco negro” por GR Tremblay, F. Combes, JBR Oonk, HR Russell, MA McDonald, M. Gaspari, B. Husemann, PEJ Nulsen, BR McNamara, SL Hamer, CP O'Dea, SA Baum, TA Davis, M. Donahue, GM Voit, AC Edge, EL Blanton, MN Bremer, E. Bulbul, TE Clarke, LP David, LOV Edwards, D. Eggerman, AC Fabian, W Forman, C. Jones, N. Kerman, RP Kraft, Y. Li, M. Powell, SW Randall, P. Salomé, A. Simionescu, Y. Su, M. Sun, CM Urry, AN Vantyghem, BJ Wilkes e JA ZuHone, 17 de setembro de 2018, The Astrophysical Journal.
DOI: 10.3847/1538-4357/aad6dd