Painel com imagens compostas das galáxias do aglomerado Abell 644 (à esquerda) e da galáxia SDSS J1021+131 estudados pela pesquisa ChaMP do observatório espacial de raios-X Chandra. Créditos: raios-X - NASA/CXC/Northwestern Univ/D.Haggard et al.; ótico - SDSS.
Um novo estudo dos cientistas do Observatório de Raios-X CHANDRA da NASA busca calcular a freqüência pela qual os maiores buracos negros galácticos conhecidos têm sido ativos nos últimos bilhões de anos. Esta descoberta esclarece a forma pela qual os buracos negros podem crescer e pode trazer implicações para a maneira pela qual o buraco negro gigante no centro da nossa galáxia, a Via Láctea, poderá se comportar no futuro.
Buracos negros supermassivos se apresentam em cenários diversos
A maioria das galáxias, incluindo a nossa, contêm buracos negros supermassivos em seus centros, com massas variando de milhões a bilhões de vezes a massa do nosso Sol. Por razões ainda não totalmente compreendidas, os astrônomos descobriram que esses buracos negros apresentam uma grande variedade de níveis de atividades: desde aqueles que estão literalmente dormindo, passando pelos que estão em estágio letárgico até chegar aos de atividade hiper violenta.
Os mais ativos buracos negros supermassivos produzem os denominados “núcleos galácticos ativos” (em inglês “active galactic nucleus” – sigla AGN), processando grandes quantidades de gás. O que alimenta o buraco negro central é o gás que espirala em queda em torno da singularidade em velocidades altíssimas. Assim, o gás é ionizado, aquecido e brilha intensamente emitindo radiação no espectro dos raios-X. O líder deste estudo, Daryl Haggard, membro da Universidade de Washington em Seattle/WA e da Universidade Northwestern em Evanston/IL, afirmou:
Descobrimos que apenas cerca de 1% das grandes galáxias, com massa semelhante a da Via Láctea, contém buracos negros supermassivos em sua fase mais ativa. Buscar descobrir quantos desses buracos negros tem se mantido ativos ao longo do tempo é importante para a compreensão de como os buracos negros crescem dentro das galáxias e como este crescimento é afetado pelo seu ambiente.
Pesquisa ChaMP + SDSS
Este novo estudo envolve a pesquisa chamada ChaMP (CHANDRA Multiwavelength Project), que abrange 30 graus quadrados do céu, a maior área do céu de estudo que o observatório espacial CHANDRA de raios-X já cobriu. Combinando as imagens de raios-X do CHANDRA com as imagens óticas da pesquisa SDSS (Sloan Digital Sky Survey), cerca de 100 mil galáxias foram analisadas. Um pequeno grupo da amostra, em torno de 1.600 galáxias, brilha intensamente nos raios-X, sinalizando a possível atividade de seus núcleos, ou seja, a existência de AGN.
Os astrônomos consideram que somente galáxias que residem até a distância de 1,6 bilhões de anos-luz da Terra podem significativamente ser comparadas com a Via Láctea. Mesmo assim, galáxias distantes até 6,3 bilhões de anos luz também foram estudadas. As galáxias primariamente isoladas ou as “galáxias de campo” foram incluídas e as galáxias em aglomerados ou grupos foram desconsideradas. O co-autor Paul Green, do Centro Harvard-Smithsonian para Astrofísica, em Cambridge, MA explicou:
Esta é a primeira determinação direta da fração das galáxias de campo no Universo local que contêm buracos negros supermassivos ativos. Nós queremos saber quantas vezes esses buracos negros gigantes se inflamam, uma vez que é assim que eles passam por um surto maior de crescimento.
Um objetivo essencial dos astrônomos é entender como a atividade dos AGNs tem afetado o crescimento das galáxias. Uma correlação notável entre a massa dos buracos negros gigantes e a massa das regiões centrais da sua galáxia anfitriã sugere que o crescimento de buracos negros supermassivos e suas galáxias estão fortemente ligados. Determinar a fração de AGNs no Universo local é crucial para ajudar a este modelo de crescimento paralelo.
Quanto maior a massa da galáxia maior a probabilidade de conter AGN
Um dos resultados deste estudo é que a fração de galáxias que contêm AGN depende da massa da galáxia. As galáxias mais massivas têm maior probabilidade de sediar um AGN, enquanto que as galáxias que têm apenas um décimo da massa da Via Láctea tem uma chance cerca de dez vezes menor de conter um AGN. Outro resultado é que uma diminuição gradual da fração de AGNs é notada ao longo do tempo cósmico desde o Big Bang, confirmando o trabalho feito por outros cientistas.
Isto implica que tanto o abastecimento de combustível ou do mecanismo de alimentação de combustível para os buracos negros tem mudado com o tempo. O estudo também tem implicações importantes para a compreensão de como as vizinhanças das galáxias afetam o crescimento de seus buracos negros, porque a fração de AGNs para as galáxias de campo foi considerada indistinguível da fração em galáxias contidas nos aglomerados densos. Haggard complementou:
Parece-nos que os buracos negros realmente ativos são raros, mas não são ‘anti-sociais’. Esta tem sido uma surpresa para alguns, mas pode fornecer pistas importantes sobre como o ambiente afeta o crescimento do buraco negro central.
É possível que a fração de AGNs tenha evoluído ao longo do tempo cósmico, em tanto nos aglomerados galácticos densos tanto quando para a galáxias de campo, mas diferentes taxas. Se a fração de AGNs em aglomerados começou superior que para as galáxias de campo, como alguns resultados têm sugerido, mas depois diminuiu mais rapidamente, em algum ponto da histórico do Universo a fração dos aglomerados pode ter tornado igual à fração nas galáxias de campo. Isso pode explicar o que está sendo visto no Universo local.
Sagittarius A - visão do centro da Via-Láctea (uma das 10 fotos mais vistas em 2008 na National Geographic) - crédito: NASA, /CXC, MIT, F.K.Baganoff et al
Sagittarius A* representa perigo para a Terra?
A Via Láctea contém um buraco negro supermassivo conhecido como Sagittarius A* (ou Sgr A*, para abreviar). Embora os astrônomos tenham testemunhado uma pequena atividade no Sgr A* usando o CHANDRA e outros telescópios ao longo dos anos, este buraco negro tem-se a um nível muito baixo de atividade. Se a Via Láctea segue as tendências verificadas no levantamento da pesquisa ChaMP, Sgr A* deverá ser de cerca de um bilhão de vezes mais brilhante na emissão de raios-X durante aproximadamente 1% do tempo de vida restante do Sol (5 a 6 bilhões de anos). No entanto, provavelmente, tal atividade deve ter sido mais comum no passado distante.
No entanto nós aqui da Terra não deveríamos nos preocupar com os riscos, se Sgr A* tornar-se um AGN não sofreríamos ameaças para a vida em nosso planeta. Contudo observaríamos um show espetacular de raio-X e ondas de rádio. No entanto, todos os mundos que residem próximos do centro da galáxia, ou diretamente na linha de fogo, receberiam grandes quantidades potencialmente danosas da radiação. Os resultados foram publicados na edição de 10 de novembro da revista Astrophysical Journal. Os co-autores do artigo foram Scott Anderson da Universidade de Washington, Anca Constantin da James Madison University, Tom Aldcroft e Dong-Woo Kim do Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics e Wayne Barkhouse da Universidade de Dakota do Norte.
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