Nota de Imprensa

O que Torna Activo um Buraco Negro de Massa Extremamente Elevada?

13 de Julho de 2011

Um novo estudo, que combina dados do Very Large Telescope do ESO e do observatório espacial de raios X XMM-Newton da ESA, revelou algo surpreendente. A maior parte dos buracos negros gigantes que se encontram no centro das galáxias desde os últimos 11 mil milhões de anos não se tornaram activos devido a fusões de galáxias, como se pensava até agora.

No coração da maior parte, se não mesmo todas, as galáxias enormes existe um buraco negro de massa extremamente elevada, com uma massa de milhões de vezes, ou até mil milhões de vezes, a massa do Sol. Em muitas galáxias, incluindo a nossa própria Via Láctea, o buraco negro central não se encontra em actividade. Mas em algumas galáxias, particularmente no início da história do Universo [1], o monstro central alimenta-se de material que emite imensa radiação à medida que cai no buraco negro.

Um dos mistérios por resolver prende-se com o facto de sabermos donde virá o material que activa um buraco negro adormecido originando violentas explosões no centro da galáxia, tornando-o assim num núcleo activo de galáxia. Até agora, os astrónomos pensavam que  a maioria destes núcleos activos 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 activas.

Viola Allevato (Max-Planck-Institut für Plasmaphysik; Excellence Cluster Universe, Garching, Alemanha) e uma equipa internacional de cientistas da colaboração COSMOS [2] observaram detalhadamente mais de 600 galáxias activas numa região do céu extensivamente estudada, o chamado campo COSMOS [3]. Tal como se esperava, os astrónomos descobriram que os núcleos activos extremamente brilhantes são raros, enquanto que a maior parte das galáxias activas nos 11 mil milhões de anos anteriores são apenas moderadamente brilhantes. No entanto, os cientistas tiveram uma enorme surpresa: os novos dados mostram que a maioria das galáxias activas mais comuns, as menos brilhantes, não se tornaram activas devido à fusão de galáxias [4]. Os resultados serão publicados na revista científica da especialidade Astrophysical Journal.

A presença de núcleos activos de galáxias revela-se através dos raios X emitidos pela região que circunda o buraco negro. O observatório espacial XMM-Newton da ESA observou esta radiação e as galáxias foram subsequentemente observadas pelo Very Large Telescope do ESO, que mediu as distâncias a estes objectos [5]. Quando se combinam os dois tipos de observações é possível fazer um mapa tridimensional  que nos mostra onde se encontram as galáxias activas.

“Demorámos mais de cinco anos, mas conseguimos obter um dos maiores e mais completos catálogos de galáxias activas no céu de raios X,” diz Marcella Brusa, uma das autoras do estudo.

Os astrónomos utilizaram este novo mapa para determinar a distribuição das galáxias activas 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 mil milhões de anos até aos nosso dias.

A equipa descobriu que os núcleos activos são encontrados maioritariamente em galáxias de massa muito elevada, que contêm muita matéria escura [6]. Este facto revelou-se surpreendente e nada consistente com as previsões feitas pela teoria - se a maior parte dos núcleos activos fossem uma consequência de fusões e colisões entre galáxias seria de esperar que fossem encontrados em galáxias com massa moderada (cerca de um bilião de vezes a massa do Sol). A equipa descobriu que a maior parte dos núcleos activos 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-nos 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.”

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

Notas

[1] As galáxias activas mais brilhantes eram mais comuns no Universo cerca de três a quatro mil milhões de anos depois do Big Bang, enquanto que os objectos menos brilhantes aparecem mais tarde, cerca de oito mil milhões de anos depois do Big Bang.

[2] O novo estudo é baseado em dois grandes programas astronómicos europeus: o rastreio XMM-Newton do campo COSMOS liderado pelo Professor Günther Hasinger e o zCOSMOS do ESO liderado pelo Professor Simon Lilly. Estes programas fazem parte da iniciativa COSMOS, um esforço internacional para observar uma zona do céu utilizando o Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA, o XMM-Newton da ESA e o Chandra da NASA, ambos telescópios espaciais de raios X, o telescópio espacial de infravermelho Spitzer da NASA, em adição ao Very Large Telescope do ESO e a outros telescópios terrestres.

[3] 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 a diferentes comprimentos de onda, de modo a que muitos de estudos e investigações possam beneficiar desta imensidão de dados.

[4] Um trabalho do Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA publicado o ano passado (heic1101) mostrou que não existia uma ligação importante entre núcleos activos em galáxias e fusões de galáxias, numa amostra de galáxias relativamente próximas. Esse estudo olhava para trás no tempo cerca de oito mil milhões de anos. No entanto, este novo estudo faz recuar esta conclusão para um limite temporal de mais de três mil milhões de anos no passado, para uma altura em que as galáxias se encontravam ainda mais próximas umas das outras.

[5] A equipa utilizou um espectrógrafo montado no VLT para separar a radiação ténue emitida pelas galáxias nas suas diversas componentes. Uma análise cuidada permitiu seguidamente determinar o desvio para o vermelho: quanto é que a radiação foi esticada pela expansão do Universo desde que foi emitida pelas galáxias e portanto a que distância é que estas se encontram. Uma vez que a luz viaja a uma velocidade finita podemos também saber quão distantes no tempo estamos a ver estes objetos longínquos.

[6] A matéria escura é uma substância misteriosa que forma uma componente invisível na maior parte, senão mesmo todas, as galáxias (activas 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.

Informações adicionais

Este trabalho foi descrito num artigo científico que será publicado em Julho de 2011 na revista da especialidade Astrophysical Journal.

A equipa é composta por V. Allevato (Max-Planck-Institut für Plasmaphysik [IPP]; Excellence Cluster Universe, Garching, Alemanha), A. Finoguenov (Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik [MPE], Garching, Alemanha e University of Maryland, Baltimore, USA), N. Cappelluti (INAF-Osservatorio Astronomico de Bologna [INAF-OA], Itália e University of Maryland, Baltimore, USA), T.Miyaji (Universidad Nacional Autonoma de Mexico, Ensenada, Mexico e University of California at San Diego, USA), G. Hasinger (IPP), M. Salvato (IPP, Excellence Cluster Universe, Garching, Alemanha), M. Brusa (MPE), R. Gilli (INAF-OA), G. Zamorani (INAF-OA), F. Shankar (Max-Planck-Institut für Astrophysik, Garching, Alemanha), J. B. James (University of California at Berkeley, USA e Univerdade de Copenhaga, Dinamarca), H. J. McCracken (Observatoire de Paris, França), A. Bongiorno (MPE), A. Merloni (Excellence Cluster Universe, Garching, Alemanha e MPE), J. A. Peacock (University of California at Berkeley, USA), J. Silverman (Universidade de Tóquio, Japão) e A. Comastri (INAF-OA). 

O ESO, o Observatório Europeu do Sul, é a mais importante organização europeia intergovernamental para a investigação em astronomia e é o observatório astronómico mais produtivo do mundo. O ESO é  financiado por 15 países: Alemanha, Áustria, Bélgica, Brasil, Dinamarca, Espanha, Finlândia, França, Holanda, Itália, Portugal, Reino Unido, República Checa, Suécia e Suíça. O ESO destaca-se por levar a cabo um programa de trabalhos ambicioso, focado na concepção, construção e funcionamento de observatórios astronómicos terrestres de ponta, que possibilitam aos astrónomos importantes descobertas científicas. O ESO também tem um papel importante na promoção e organização de cooperação na investigação astronómica. O ESO mantém em funcionamento três observatórios de ponta, no Chile: La Silla, Paranal e Chajnantor. No Paranal, o ESO opera  o Very Large Telescope, o observatório astronómico óptico mais avançado do mundo e dois telescópios de rastreio. O VISTA, o maior telescópio de rastreio do mundo que trabalha no infravermelho e o VLT Survey Telescope, o maior telescópio concebido exclusivamente para mapear os céus no visível. O ESO é o parceiro europeu do revolucionário telescópio  ALMA, o maior projeto astronómico que existe atualmente. O ESO encontra-se a planear o European Extremely Large Telescope, E-ELT, um telescópio de 42 metros que observará na banda do visível e próximo infravermelho. O E-ELT será “o maior olho no céu do mundo”.

Links

• Artigo científico
• Fotografias do VLT
• Nota de Imprensa do Hubble (heic1101)
• Zoom na direção do campo COSMOS

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Max-Planck-Institut für Plasmaphysik; Excellence Cluster Universe
Garching, Germany
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Este texto é a tradução da Nota de Imprensa do ESO eso1124, cortesia do ESON, uma rede de pessoas nos Países Membros do ESO, que servem como pontos de contacto local com os meios de comunicação social, em ligação com os desenvolvimentos do ESO. A representante do nodo português é Margarida Serote.