Uma galáxia relativamente vizinha foi observada enquanto perde o próprio material capaz de sustentar a formação de estrelas: enormes fluxos de matéria superaquecida se enroscam e se afastam do buraco negro supermassivo no seu centro.
VV 340a, buraco negro supermassivo e jatos de rádio: como o “feedback” interrompe a formação de estrelas
A galáxia em questão chama-se VV 340a e oferece um ponto de vista raro para ver, quase de perto, um dos caminhos pelos quais buracos negros conseguem frear o nascimento de novas estrelas na galáxia hospedeira. Ela está a cerca de 500 milhões de anos-luz (aproximadamente 150 megaparsecs) e, segundo os investigadores, o buraco negro central está arremessando tanta matéria que a taxa de formação estelar provavelmente já está a ser afetada.
“Até onde sabemos, é a primeira vez que observamos um jato de rádio em pré-cessão, numa escala de quiloparsec (ou seja, de escala galáctica), a impulsionar um grande escoamento de gás coronal”, afirma o astrofísico Justin Kader, da Universidade da Califórnia em Irvine. “Na prática, isso está a limitar de forma significativa a formação de estrelas na galáxia ao aquecer e remover o gás que daria origem a novas estrelas.”
Por que um buraco negro pode “fomear” a própria galáxia
Apesar de os buracos negros supermassivos serem vistos como peças importantes na construção e evolução das galáxias, eles também podem libertar tanta energia que acabam por “esvaziar” o reservatório de matéria-prima necessário para formar estrelas. Quando uma galáxia entra num período de baixa atividade, isso nem sempre significa um fim definitivo, mas costuma indicar que a fase mais turbulenta, brilhante e jovem já ficou para trás.
O bloqueio da formação estelar pode acontecer por diferentes mecanismos associados à atividade do buraco negro, conhecidos em conjunto como feedback: jatos poderosos, pressão de radiação e “ventos” gerados quando o buraco negro engole matéria a taxas elevadíssimas.
Como nascem os jatos e por que eles importam
Os jatos são estruturas gigantescas que irrompem pelas regiões polares de um buraco negro que está a ser alimentado ativamente. O buraco negro consome nuvens de gás e poeira que espiralam e formam um disco em torno do objeto - mas nem tudo esse material cruza o horizonte de eventos.
Ainda que os detalhes exatos não sejam totalmente compreendidos, os astrónomos consideram provável que parte do material seja desviada a partir da borda interna do disco e acelerada ao longo de linhas de campo magnético, já fora do horizonte de eventos. Ao alcançar os polos, esse conteúdo é lançado para o espaço a velocidades imensas, por vezes a uma fração significativa da velocidade da luz.
Ao longo do tempo, essa expulsão pode esculpir jatos que se estendem por milhões de anos-luz. No caso da VV 340a, os jatos não estão a atravessar o cosmos há tanto tempo: eles chegam a cerca de 20 mil anos-luz em cada direção a partir do buraco negro (algo como 6,1 quiloparsecs), preenchidos por gás ionizado e aquecido por choques.
O recorde: gás coronal altamente ionizado em escala galáctica
Apesar de não serem os jatos mais longos já vistos em termos absolutos, os da VV 340a destacam-se por outro motivo: são os maiores e mais extensos jatos de gás coronal aquecido por choques e altamente ionizado já identificados - um tipo de material aquecido a temperaturas comparáveis às da atmosfera externa do Sol.
“Em outras galáxias, esse tipo de gás tão energizado quase sempre fica restrito a poucas dezenas de parsecs do buraco negro, e a nossa descoberta supera o que normalmente se observa por um fator de 30 ou mais”, explica Kader.
Grandes, mas não “fortes” - e ainda assim drenando matéria
Há um detalhe curioso: embora sejam grandes, os jatos da VV 340a não parecem especialmente potentes quando comparados a outros jatos astrofísicos.
Mesmo assim, eles aparentam canalizar para fora da galáxia o equivalente a cerca de 19,4 massas solares por ano. Para ter uma referência, a Via Láctea forma até aproximadamente 3,3 massas solares em novas estrelas por ano.
Esse desbalanço ajuda a explicar por que a remoção e o aquecimento do gás podem reduzir a disponibilidade de matéria fria - justamente o “combustível” que, ao colapsar, dá origem a berçários estelares.
A chave pode estar no formato: um jato helicoidal em pré-cessão
A forma do jato bidirecional da VV 340a pode estar ligada à eficiência com que o material formador de estrelas é varrido para fora. O jato está em pré-cessão: o seu eixo oscila, como um aspersor giratório, o que faz com que a estrutura fique mais parecida com uma hélice do que com uma linha reta.
Os autores sugerem que, ao se propagarem, esses jatos helicoidais “acoplam” com o gás da galáxia, arrastam-no e o aquecem até temperaturas coronais a distâncias do buraco negro que os astrónomos ainda não tinham observado.
Uma galáxia jovem em fusão também pode ter “feedback” inesperado
Jatos helicoidais em pré-cessão costumam ser associados a galáxias mais velhas. A VV 340a, porém, parece relativamente jovem e está no meio de um processo de fusão com outra galáxia. Isso indica que galáxias com aparência jovem também podem passar por episódios de feedback de maneiras que não eram esperadas.
Além disso, por estar em fusão, qualquer efeito de “amortecimento” na sua taxa de formação estelar provavelmente não durará muito. Fusões galácticas frequentemente desencadeiam fases de formação estelar intensa: o gás é chocado, comprimido e reorganizado, criando condições ideais para um “boom” de nascimento de estrelas.
O que esta observação muda - e o que ainda pode revelar
Esse tipo de resultado reforça a ideia de que o feedback não é um detalhe periférico: ele pode determinar quando e onde uma galáxia consegue transformar gás em estrelas, ao alternar períodos de aquecimento/expulsão com fases em que o gás volta a arrefecer e se reorganizar. Também ajuda a testar modelos em que a atividade do buraco negro regula o crescimento da galáxia, e não apenas o acompanha.
Outro ponto importante é o papel das observações em múltiplos comprimentos de onda: jatos e gás ionizado podem aparecer de formas muito diferentes dependendo do instrumento e da faixa observada. Ao combinar dados modernos - incluindo telescópios de nova geração como o JWST - os investigadores conseguem mapear tanto a estrutura dos jatos quanto a resposta do gás ao redor, conectando a física perto do núcleo às consequências em escala de galáxia.
“Estamos apenas a começar a perceber o quão comum essa atividade pode ser”, diz a astrónoma Vivian U, do Caltech. “Estamos entusiasmados para continuar a explorar fenómenos nunca antes vistos, em diferentes escalas físicas das galáxias, com observações dessas ferramentas de última geração, como o JWST”, acrescenta. “Mal podemos esperar para ver o que mais vamos encontrar.”
A descoberta foi detalhada na revista Science.
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