O que faz um buraco negro entrar em atividade?

Informações do ESO - 13/07/2011

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(O campo COSMOS, com os "alvos" mostrando o grande número de galáxias de brilho muito fraco.[Imagem: CFHT/IAP/Terapix/CNRS/ESO])

Buracos negros ativos e inativos

Um novo estudo, que combina dados do Telescópio VLT, do Observatório Europeu do Sul (ESO) e do observatório espacial de raios X XMM-Newton da Agência Espacial Europeia (ESA), fez uma descoberta surpreendente.

A maior parte dos buracos negros gigantes que se encontram no centro das galáxias desde os últimos 11 bilhões de anos não se tornaram ativos devido a fusões de galáxias, como se pensava até agora.

No coração da maior parte das grandes galáxias (ou até mesmo em todas) existe um buraco negro de massa extremamente elevada, com uma massa de milhões de vezes, ou até bilhões de vezes, a massa do Sol.

Em muitas galáxias, incluindo a nossa própria Via Láctea, o buraco negro central não se encontra em atividade.

Mas em algumas galáxias, particularmente no início da história do Universo, o monstro central alimenta-se de material que emite imensa radiação à medida que cai no buraco negro - as galáxias ativas mais brilhantes eram mais comuns no Universo cerca de três a quatro bilhões de anos depois do Big Bang, enquanto os objetos menos brilhantes aparecem mais tarde, cerca de oito bilhões de anos depois do Big Bang.

Ignição do ponto buraco negro

Um dos mistérios por resolver está em descobrir de onde vem o material que ativa um buraco negro adormecido, originando violentas explosões no centro da galáxia, tornando-o assim num núcleo ativo de galáxia.

Até agora, os astrônomos pensavam que a maioria destes núcleos ativos se "acendiam" quando se dava a fusão de duas galáxias ou quando duas galáxias passavam muito perto uma da outra e o material perturbado se tornava o combustível do buraco negro central.

No entanto, novos resultados indicam que esta ideia pode estar errada no caso de muitas galáxias ativas.

Viola Allevato, do Instituto Max-Planck, na Alemanha, juntamente com uma equipe internacional de cientistas da colaboração COSMOS observaram detalhadamente mais de 600 galáxias ativas numa região do céu extensivamente estudada, o chamado campo COSMOS.

O campo COSMOS é uma área com cerca de dez vezes o tamanho da Lua Cheia, na constelação do Sextante. Foi mapeada por uma série de telescópios em diferentes comprimentos de onda, de modo que muitos estudos e investigações possam se beneficiar desta imensidão de dados.

Núcleos ativos de galáxias

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(Algumas das galáxias estudadas, incluindo galáxias com núcleos ativos (AGN) e galáxias com núcleos inativos. [Imagem: NASA/ESA/M. Cisternas])

Tal como se esperava, os astrônomos descobriram que os núcleos ativos extremamente brilhantes são raros, enquanto a maior parte das galáxias ativas nos 11 bilhões de anos anteriores são apenas moderadamente brilhantes.

No entanto, os cientistas tiveram uma enorme surpresa: os novos dados mostram que a maioria das galáxias ativas mais comuns, as menos brilhantes, não se tornaram ativas devido à fusão de galáxias.

A presença de núcleos ativos de galáxias revela-se através dos raios X emitidos pela região que circunda o buraco negro. O telescópio espacial XMM-Newton observou esta radiação e as galáxias foram a seguir observadas pelo VLT, no Chile, que mediu as distâncias até estes objetos.

Quando se combinam os dois tipos de observações é possível fazer um mapa tridimensional que nos mostra onde se encontram as galáxias ativas.

"Demoramos mais de cinco anos, mas conseguimos obter um dos maiores e mais completos catálogos de galáxias ativas no céu em raios X," diz Marcella Brusa, uma das autoras do estudo.

Os astrônomos utilizaram este novo mapa para determinar a distribuição das galáxias ativas e compararam estes resultados às predições feitas pela teoria. Determinaram também como é que esta distribuição varia à medida que o Universo envelhece - desde há aproximadamente 11 bilhões de anos até aos nossos dias.

Fundindo a teoria da fusão

A equipe descobriu que os núcleos ativos são encontrados majoritariamente em galáxias de massa muito elevada, que contêm muita matéria escura.

A matéria escura é uma substância misteriosa que forma uma componente invisível na maior parte, senão mesmo todas, as galáxias (ativas ou não) - incluindo a nossa própria Via Láctea. Os autores estimaram a quantidade de matéria escura em cada galáxia - valor que indica a sua massa total - a partir da distribuição de galáxias no novo estudo.

Este fato revelou-se surpreendente e nada consistente com as previsões feitas pela teoria - se a maior parte dos núcleos ativos fossem uma consequência de fusões e colisões entre galáxias seria de esperar que fossem encontrados em galáxias com massa moderada (cerca de um trilhão de vezes a massa do Sol).

A equipe descobriu que a maior parte dos núcleos ativos se encontra em galáxias com massas cerca de 20 vezes maiores do que o valor previsto pela teoria da fusão.

"Estes novos resultados abrem-nos uma nova janela sobre como é que os buracos negros de massa extremamente elevada iniciam as suas 'refeições'," diz Viola Allevato, autora principal do artigo que descreve este trabalho.

"Estes resultados indicam que os buracos negros são normalmente alimentados por processos gerados no interior da própria galáxia, tais como instabilidades do disco e formação estelar violenta, em oposição a colisões de galáxias," explica Allevato.

Alexis Finoguenov, que supervisou o trabalho, conclui: "Mesmo no passado distante, até cerca de 11 bilhões de anos atrás, as colisões de galáxias apenas justificam uma pequena percentagem das galáxias ativas moderadamente brilhantes. Nessa altura as galáxias estavam todas mais próximas umas das outras e portanto era de se esperar que a fusão fosse mais frequente do que no passado mais recente. Por isso mesmo os novos resultados são ainda mais surpreendentes."

Bibliografia:
The XMM-Newton wide field survey in the cosmos field: redshift evolution of agn bias and subdominant role of mergers in triggering moderate luminosity agn at redshift up to 2.2
V. Allevato, A. Finoguenov, N. Cappelluti, T. Miyaji, G. Hasinger, M. Salvato, M. Brusa, R. Gilli, G. Zamorani, F. Shankar, J. B. James, H. J. McCracken, A. Bongiorno, A. Merloni, J. A. Peacock, J. Silverman, A. Comastri
Astrophysical Journal
July 2011
Vol.: Accepted for publication
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