Ventos magnéticos impulsionam o crescimento de buracos negros supermassivos em galáxia próxima

O processo recém-descoberto é semelhante ao nascimento de estrelas e planetas.

A Universidade Northwestern estudo usando ALMA Dados do observatório revelaram que ventos magnéticos rotativos aceleram o crescimento de buracos negros supermassivos, semelhante aos processos de formação de estrelas. Esta descoberta na galáxia ESO320-G030 fornece novos insights sobre os mecanismos de crescimento de entidades cósmicas massivas.

Ao estudar a galáxia vizinha ESO320-G030, uma equipe de astrônomos internacionais liderada pela Universidade Northwestern descobriu que ventos magnéticos rotativos extremamente poderosos ajudam o centro supermassivo da galáxia. buraco negro crescer.

O processo é surpreendentemente similar ao nascimento de novas estrelas e planetas, que são alimentados por redemoinhos de gás e poeira. A nova descoberta fornece uma pista até então desconhecida para resolver o mistério de longa data de como buracos negros supermassivos crescem para pesar tanto quanto milhões ou bilhões de estrelas.

“Está bem estabelecido que estrelas nos primeiros estágios de sua evolução crescem com a ajuda de ventos rotativos — acelerados por campos magnéticos, assim como o vento nesta galáxia”, disse Mark Gorski, da Northwestern, que liderou o estudo. “Nossas observações mostram que buracos negros supermassivos e estrelas minúsculas podem crescer por processos semelhantes, mas em escalas muito diferentes.”

O estudo foi publicado nesta primavera na revista Astronomia e Astrofísica.

Especialista na evolução das galáxias, Gorski é um pesquisador de pós-doutorado na Northwestern's Centro de Pesquisa Interdisciplinar e Exploratória em Astrofísica (CIERA). Quando a pesquisa começou, Gorski era um pesquisador de pós-doutorado em Universidade de Tecnologia Chalmers Na Suécia.

Linhas coloridas com setas mostram os movimentos do gás traçados pela luz das moléculas de cianeto de hidrogênio e vistos com o telescópio ALMA (azul indica movimento em nossa direção e vermelho para longe). Crédito: MD Gorski/Aaron Geller/Northwestern University/CIERA

Espionando o vizinho da Via Láctea

A maioria das galáxias, incluindo a nossa via Lácteatêm um buraco negro supermassivo em seus centros. Como esses objetos incrivelmente massivos crescem até tamanhos super permanece um mistério não resolvido.

Na busca por pistas, Gorski e seus colaboradores olharam para a galáxia relativamente próxima ESO320-G030, localizada a apenas 120 milhões de anos-luz da Terra. ESO320-G030 é uma galáxia altamente ativa, formando estrelas 10 vezes mais rápido que a Via Láctea. Os astrônomos examinaram a galáxia usando telescópios no Observatório Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) no Chile.

“Como esta galáxia é muito luminosa no infravermelho, os telescópios podem resolver detalhes impressionantes em seu centro”, disse a coautora do estudo Susanne Aalto, professora de radioastronomia na Chalmers University of Technology. “Queríamos medir a luz de moléculas transportadas por ventos do núcleo da galáxia, esperando rastrear como os ventos são lançados por um buraco negro supermassivo em crescimento — ou prestes a crescer. Usando o ALMA, fomos capazes de estudar a luz por trás de espessas camadas de poeira e gás.”

'Evidência clara de um vento rotativo'

Para examinar o gás denso que paira de perto ao redor do buraco negro central do ESO320-G030, os cientistas estudaram a luz das moléculas de cianeto de hidrogênio. Usando a tecnologia do efeito Doppler, os pesquisadores fizeram imagens de detalhes finos e traçaram movimentos no gás, o que revelou padrões sugerindo a presença de um vento magnetizado e rotativo.

Enquanto outros ventos e jatos normalmente empurram material para longe do buraco negro supermassivo central de uma galáxia, o vento recém-descoberto adiciona outro processo, que alimenta o buraco negro e o ajuda a crescer.

Os pesquisadores comparam a matéria viajando ao redor de um buraco negro à água circulando por um ralo. Conforme a matéria se aproxima do buraco negro, ela primeiro se acumula em um disco giratório caótico. Lá, campos magnéticos se desenvolvem e ficam mais fortes. Os campos magnéticos ajudam a elevar a matéria para longe da galáxia, criando um vórtice de vento. Conforme a matéria é perdida para o vento, o disco giratório desacelera, o que transforma o lento gotejamento de matéria em um fluxo — o que significa que a matéria flui mais facilmente para dentro do buraco negro.

“Podemos ver como os ventos formam uma estrutura espiralada, saindo do centro da galáxia”, disse Aalto. “Quando medimos a rotação, massa e velocidade do material fluindo para fora, ficamos surpresos ao descobrir que poderíamos descartar muitas explicações para o poder do vento, incluindo a formação de estrelas, por exemplo. Em vez disso, o fluxo para fora pode ser alimentado pelo influxo de gás e parece ser mantido unido por campos magnéticos.”

Direções futuras na pesquisa astronômica

Em seguida, os pesquisadores planejam estudar os centros de outras galáxias, em busca de fluxos espirais ocultos.

“Em nossas observações, vemos evidências claras de um vento rotativo que ajuda a regular o crescimento do buraco negro central da galáxia”, disse Gorski. “Agora que sabemos o que procurar, o próximo passo é descobrir o quão comum esse fenômeno é. E se esse é um estágio pelo qual todas as galáxias com buracos negros supermassivos passam, o que acontece com elas em seguida? Longe de todas as perguntas sobre esse processo serem respondidas.”

Referência: “Um espetacular vento magneto-hidrodinâmico em escala galáctica em ESO 320-G030” por MD Gorski, S. Aalto, S. König, CF Wethers, C. Yang, S. Muller, K. Onishi, M. Sato, N. Falstad, JG Mangum, ST Linden, F. Combes, S .Martín, M. Imanishi, K. Wada, L. Barcos-Muñoz, F. Stanley, S. García-Burillo, PP van der Werf, AS Evans, C. Henkel, S. Viti, N. Harada, T. Díaz. -Santos, JS Gallagher e E. González-Alfonso, 10 de abril de 2024, Astronomia e Astrofísica.
DOI: 10.1051/0004-6361/202348821

O estudo foi apoiado pelo Conselho Sueco de Pesquisa (número de subsídio 621-2011-4143), pelo Conselho Europeu de Pesquisa e pelo Centro Regional Nórdico ALMA, sediado no Observatório Espacial Onsala.