Acredita-se que quase todas as grandes galáxias do Universo têm um buraco negro supermassivo no seu centro, com uma massa que varia entre milhões e milhares de milhões de vezes a do Sol.
Os buracos negros crescem consumindo matéria circundante, mas no processo também ejetam poderosos jatos de energia. Estes jatos aquecem o gás circundante, atrasando a formação de novas estrelas e afetando o crescimento da galáxia como um todo.
Há muito tempo isso representa um quebra-cabeça para os pesquisadores. À medida que um buraco negro emite jactos e aquece o gás circundante, o gás que de outra forma seria consumido pelo buraco negro – isto é, a sua fonte de energia – é disperso para longe. E, no entanto, porque é que os buracos negros não “ficam sem combustível” e, em vez disso, continuam a crescer?
Para explicar este mistério, os investigadores propuseram a seguinte hipótese: o gás expelido pelo calor eventualmente arrefece no espaço interestelar e condensa-se em estruturas finas, semelhantes a fios, chamadas filamentos. Esses filamentos então caem de volta em direção ao buraco negro.
Um estudo recém-publicado aproximou os pesquisadores da confirmação dessa ideia. Uma equipe internacional liderada por Julie Hlavacek-Larrondo professora da Universidade de Montreal observou a galáxia central NGC 4696 no aglomerado Centaurus e demonstrado uma conexão entre esses filamentos e seu buraco negro central.
Um “sistema de reciclagem cósmica” de aquecimento e resfriamento
NGC 4696 está localizada a cerca de 145 milhões de anos-luz da Terra. Foi objecto de extensas observações no passado, incluindo a descoberta de uma estrutura espiral em forma de S em torno do seu buraco negro central.
Para este estudo, a equipe observou a região central da galáxia por aproximadamente oito horas usando o espectrógrafo de infravermelho próximo (NIRSpec) do Telescópio Espacial James Webb (JWST). As observações alcançaram uma resolução suficientemente boa para distinguir estruturas com apenas cerca de 30 anos-luz de diâmetro. Para colocar isto em perspetiva, se uma galáxia com 300.000 anos-luz de largura fosse dimensionada para o tamanho de um campo de futebol, isso seria equivalente a identificar uma única bola de gude colocada nesse campo a uma distância de 50 quilómetros.
O movimento observado do gás revelou que a espiral em forma de S é na verdade um disco giratório de gás orbitando o buraco negro. O disco tem cerca de 800 anos-luz de diâmetro, com gás puxado pela imensa gravidade do buraco negro girando a várias centenas de quilómetros por segundo. Uma diferença de velocidade de aproximadamente 600 quilômetros por segundo foi medida entre bordas opostas do disco.
As observações também mostraram que os filamentos – formados a partir de gás condensado – fluem diretamente para a borda do disco. O gás viaja ao longo desses filamentos, acumula-se no disco e é finalmente fornecido ao buraco negro como “combustível”. Pela primeira vez, todo esse caminho foi visualizado diretamente.
“O que o JWST está revelando é que os buracos negros podem ser os melhores recicladores cósmicos”, diz Hlavacek-Larrondo. “Eles liberam enormes quantidades de energia que aquecem o ambiente ao seu redor, mas esse mesmo gás pode mais tarde esfriar em filamentos finos que caem para dentro e alimentam novamente o buraco negro. Estamos finalmente vendo esse ciclo autossustentável em ação.”
Buracos Negros Controlam o Crescimento das Galáxias
Além das observações, a equipe de pesquisa realizou simulações computacionais, o que os levou à seguinte teoria:
À medida que o gás filamentar cai em direção ao buraco negro, os campos magnéticos esticados agem como cordas, exercendo um torque que remove o momento angular do gás. Como resultado, o gás cai no disco em vez de ser espalhado.
