10 quintilhões de bombas de hidrogênio a cada segundo: Webb detecta uma enorme erupção galáctica

Usando dados do Telescópio Espacial James Webb da NASA, os pesquisadores detectaram vastas nuvens de gás extremamente quente em erupção de ambos os lados da galáxia. Estas estruturas brilhantes formam duas nebulosas longas e estreitas, impulsionadas por intensa atividade em torno de um buraco negro supermassivo no centro da galáxia. Cada nebulosa tem pelo menos três quiloparsecs de comprimento (um parsec equivale a cerca de 30 biliões de quilómetros).

Para efeito de comparação, todo o disco da galáxia VV 340a mede apenas cerca de três quiloparsecs de espessura.

“Em outras galáxias, este tipo de gás altamente energizado está quase sempre confinado a várias dezenas de parsecs do buraco negro de uma galáxia, e nossa descoberta excede o que é normalmente visto por um fator de 30 ou mais”, disse o autor principal Justin Kader, pesquisador de pós-doutorado em física e astronomia da UC Irvine.

Poderosos jatos de buraco negro revelados

Observações de rádio do Karl G. Jansky Very Large Array perto de San Agustin, Novo México, revelaram um par de jatos de plasma massivos emergindo de lados opostos da galáxia. Sabe-se que esses jatos se formam quando o gás que cai em um buraco negro supermassivo atinge temperaturas extremas e interage com poderosos campos magnéticos. Como resultado, o material energizado é lançado para fora a velocidades tremendas.

Em escalas ainda maiores, os jatos traçam um caminho em espiral através do espaço. Este padrão aponta para um processo conhecido como “precessão do jato”, que se refere a uma mudança gradual na direção dos jatos ao longo do tempo, semelhante à oscilação lenta de um pião.

“Esta é a primeira observação de um jato de rádio em precessão na escala de quiloparsec em uma galáxia de disco”, disse Kader. “Até onde sabemos, esta é a primeira vez que vimos um jato de rádio em precessão de quiloparsec, ou em escala galáctica, conduzindo um enorme fluxo de gás coronal.”

Gás coronal raro se estende muito além da galáxia

À medida que os jatos avançam, a equipe acredita que eles colidem com o material circundante dentro da galáxia, forçando-o a se afastar do centro e aquecendo-o a temperaturas extremas. Este processo cria o que os cientistas chamam de gás de linha coronal, um nome emprestado da atmosfera externa do Sol para descrever o plasma superquente e altamente ionizado.

De acordo com Kader, este tipo de gás coronal é normalmente encontrado muito perto de um buraco negro e raramente se espalha para dentro da galáxia hospedeira. Quase nunca é detectado fora da própria galáxia, tornando as novas observações altamente incomuns.

O poder absoluto do fluxo de saída é impressionante. Kader disse que a energia transportada pelo gás coronal é equivalente a 10 quintilhões de bombas de hidrogênio explodindo a cada segundo.

“Encontramos a estrutura de gás coronal mais extensa e coerente até o momento”, disse a coautora sênior Vivian U, ex-astrônoma pesquisadora da UC Irvine que agora é cientista associada do Centro de Análise e Processamento Infravermelho da Caltech. “Esperávamos que o JWST abrisse a janela de comprimento de onda onde estas ferramentas para sondar buracos negros supermassivos ativos estariam disponíveis para nós, mas não esperávamos ver uma emissão tão colimada e estendida no primeiro objeto que observámos. Foi uma boa surpresa.”

Vários telescópios revelam uma história violenta

A imagem completa dos jatos e do gás coronal brilhante surgiu somente depois que os pesquisadores combinaram dados de vários observatórios. Observações do Telescópio Keck II, operado pela Universidade da Califórnia, no Havaí, descobriram gás mais frio que se estende muito mais longe da galáxia, atingindo distâncias de até 15 quiloparsecs do buraco negro.

Os cientistas pensam que este material mais frio representa um “registro fóssil” de atividade anterior de jatos. Provavelmente consiste em restos de episódios anteriores, quando o buraco negro expeliu gás do núcleo da galáxia.

Por que o Telescópio Espacial James Webb foi essencial

O próprio gás coronal foi detectado pelo telescópio Webb, que orbita o Sol a cerca de um milhão de milhas da Terra. Sendo o maior telescópio espacial já construído, Webb observa o universo em luz infravermelha, permitindo-lhe ver objetos escondidos dos tradicionais telescópios de luz visível.

Esta capacidade foi crítica para o estudo do VV 340a. A galáxia contém grandes quantidades de poeira que bloqueiam a luz visível, impedindo que telescópios como o Keck vejam profundamente o seu interior. A luz infravermelha, no entanto, passa através da poeira, tornando o gás coronal em erupção claramente visível nas imagens de Webb.

Jatos que interromperam a formação estelar

O impacto dos jatos do buraco negro na galáxia é dramático. De acordo com o estudo, VV 340a perde gás suficiente a cada ano para formar 19 estrelas como o nosso Sol.

“O que realmente está a fazer é limitar significativamente o processo de formação estelar na galáxia, aquecendo e removendo o gás formador de estrelas,” disse Kader.

Pistas sobre o passado e o futuro da Via Láctea

Nenhum jato semelhante parece estar ativo na Via Láctea hoje. No entanto, Kader observou que as evidências sugerem que o nosso próprio buraco negro supermassivo sofreu um evento de alimentação há cerca de dois milhões de anos, algo que ele disse que os primeiros antepassados ​​humanos, como o Homo erectus, podem ter testemunhado no céu noturno.

Com a descoberta deste jato raro em precessão e do seu enorme fluxo de gás, os investigadores planeiam agora examinar outras galáxias em busca de características semelhantes. O seu objetivo é compreender melhor como a poderosa atividade dos buracos negros pode influenciar a evolução a longo prazo de galáxias como a Via Láctea.

“Estamos entusiasmados por continuar a explorar fenómenos nunca antes vistos em diferentes escalas físicas de galáxias, usando observações destas ferramentas de última geração, e mal podemos esperar para ver o que mais encontraremos,” disse U.

O financiamento para a pesquisa foi fornecido pela NASA e pela National Science Foundation.