Cientistas Desvendam o Enigma do Crescimento Lento de Buracos Negros Supermassivos
Um mistério cósmico que intriga astrônomos há anos pode finalmente ter sido desvendado. Uma pesquisa abrangente, que analisou mais de um milhão de galáxias e cerca de 8.000 buracos negros supermassivos (BNSs) em crescimento ao longo de bilhões de anos, aponta para a causa da desaceleração dramática no crescimento desses gigantes cósmicos.
Há aproximadamente 10 bilhões de anos, durante um período conhecido como ‘Meio-Dia Cósmico’, o ritmo de crescimento dos BNSs começou a diminuir significativamente. Enquanto telescópios infravermelhos poderosos nos permitem observar cada vez mais longe no tempo – e, portanto, mais profundamente no passado do universo – eles revelam que os BNSs cresceram muito mais rapidamente nos altos redshifts (universo primordial) do que no universo contemporâneo.
O ‘Meio-Dia Cósmico’ e a Grande Desaceleração
O ‘Meio-Dia Cósmico’ foi uma era crucial na evolução do universo, estendendo-se de cerca de 2 bilhões a 4 bilhões de anos após o Big Bang. Este período não foi apenas marcado pelo crescimento acelerado dos BNSs, mas também por um pico na formação estelar, o que indica uma intensa atividade cósmica em geral. No entanto, desde então, o crescimento dos BNSs tem desacelerado consideravelmente, levantando a questão fundamental: por que essa diminuição tão acentuada?
Uma comparação visual notável ilustra essa transição: enquanto uma imagem pode representar um BNS em rápido crescimento no passado distante, outra, de cerca de 3 bilhões de anos-luz de distância, revela um BNS crescendo em um ritmo muito mais lento, destacando a mudança observada ao longo da história cósmica. Essa imagem, resultado de dados de raios-X (NASA/CXC/Penn State Univ./Z. Yu), ópticos (HST: NASA/ESA/STScI) e infravermelhos (NASA/ESA/CSA/STScI), com processamento de imagem por NASA/CXC/SAO/P. Edmonds, L. Frattare, serve como um poderoso lembrete da evolução desses objetos.
A Chave: A Escassez de Gás Frio
A nova pesquisa, publicada em The Astrophysical Journal e intitulada “The Drivers of the Decline in Supermassive Black Hole Growth at z < 2", oferece uma resposta convincente. Liderado por Zhibo Yu, estudante de pós-graduação no Departamento de Astronomia e Astrofísica da Universidade Estadual da Pensilvânia, o estudo conclui que os BNSs modernos simplesmente não conseguem acumular material tão rapidamente quanto no passado.
A principal razão para essa desaceleração é a indisponibilidade de gás frio, que é a ‘dieta preferida’ dos BNSs. Este fenômeno, por vezes referido como ‘downsizing de AGN’ (Núcleos Galácticos Ativos), sugere que o suprimento de combustível essencial para o crescimento rápido se tornou escasso no universo mais recente.
A Coevolução de BNSs e Galáxias Hospedeiras
Para os autores do estudo, “compreender a história de crescimento dos buracos negros supermassivos (BNSs) é um dos tópicos mais importantes para os estudos extragalácticos.” Isso se deve às estreitas correlações observadas entre a massa de um BNS e a massa do bojo da galáxia hospedeira, bem como sua dispersão de velocidade. Além disso, há uma correlação entre a taxa média de acreção de longo prazo de um BNS e a massa estelar total da galáxia hospedeira e a taxa de formação estelar em seu bojo.
Os pesquisadores explicam que “essas relações indicam que os BNSs e as galáxias hospedeiras evoluem de maneira coordenada.” Portanto, rastrear a história de crescimento dos BNSs pode fornecer insights cruciais sobre o mecanismo que impulsiona a coevolução entre galáxias e BNSs.
Decifrando o Mistério com Observações de Raios-X
Sabe-se que o crescimento dos BNSs atingiu o pico em cerca de z ≈ 1.5–2, o que corresponde a aproximadamente 9.5 a 10.5 bilhões de anos atrás, quando o universo tinha apenas cerca de 3 a 4 bilhões de anos. Neste período, havia mais Núcleos Galácticos Ativos (AGN) de alta luminosidade em redshifts mais elevados. “Um mistério de longa data tem sido a causa dessa grande desaceleração”, afirmou o autor principal Yu em um comunicado de imprensa. “Com esses dados de raios-X e observações de apoio em outras ondas, podemos testar diferentes ideias e refinar a resposta.”
As observações de raios-X do Observatório de Raios-X Chandra desempenharam um papel fundamental neste trabalho. Quando um BNS está ativamente acumulando material, ele forma um AGN. O material, antes de ser engolido, forma um anel giratório ao redor do BNS, aquece e emite raios-X, que o Chandra pode detectar. A intensidade das emissões de raios-X de diferentes AGN em diferentes redshifts indica a rapidez com que estão acumulando material e crescendo: quanto mais raios-X um AGN emite, mais rapidamente o BNS está crescendo. Uma ilustração artística demonstra um buraco negro cercado por um anel de acreção de material que emite raios-X ao aquecer, fundamental para a medição de BNSs e AGN, por vezes lançando jatos. (Crédito da imagem: NASA/JPL-Caltech).
Neste estudo, Yu e sua equipe analisaram observações de cerca de 1.3 milhão de galáxias e 8.000 BNSs. Os dados vieram do Chandra, bem como de outros telescópios espaciais, como o Observatório XMM-Newton e o eROSITA. Os pesquisadores empregaram uma estratégia de observação conhecida como ‘design de bolo de casamento’, que envolveu a combinação de dados de diferentes fontes: desde levantamentos rasos de grandes áreas do céu (chamados ‘estudos de feixe de lápis’) até estudos extremamente profundos de regiões celestes muito menores. Essa abordagem em camadas permitiu uma visão abrangente e detalhada do crescimento dos BNSs ao longo da história cósmica.
Fonte: universetoday.com
