Alcançando uma resolução sem precedentes de cerca de um ano-luz, a investigação, liderada pelo Professor Assistente Takuma Izumi do NAOJ , iluminou a intrincada dança dos fluxos de gás em torno do buraco negro supermassivo da galáxia, abrangendo fases plasmáticas, atómicas e moleculares.
Uma ilustração representando a distribuição do meio interestelar no núcleo galáctico ativo com base nos resultados desta observação. O gás molecular de alta densidade flui da galáxia em direção ao buraco negro ao longo do plano do disco. O material acumulado em torno do buraco negro gera uma enorme quantidade de energia, fazendo com que o gás molecular seja destruído e transformado em fases atómicas e de plasma. A maior parte destes gases multifásicos é expelida através de fluxos a partir do núcleo (incluindo fluxos de plasma que ocorrem principalmente na direção acima do disco e fluxos atómicos ou moleculares que ocorrem principalmente na diagonal). Ainda assim, a maioria destes fluxos cairá de volta para o disco, atuando como uma fonte de gás. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), T. Izumi et al.
Em particular, a equipa elucidou o fluxo de acreção - impulsionado por um mecanismo denominado «instabilidade gravitacional» - que alimenta o buraco negro. Curiosamente, nem todo este gás contribui para o crescimento do buraco negro. Uma fração significativa é ejetada como fluxos atómicos ou moleculares, apenas para regressar e ser novamente atraída para o buraco negro, num padrão cíclico que faz lembrar uma fonte.
Um dos mecanismos cruciais de crescimento proposto por investigações anteriores é a «acreção de gás» no buraco negro. Isto refere-se à forma como o gás na galáxia hospedeira cai de alguma forma em direção ao buraco negro central. O gás que se junta muito perto dos buracos negros supermassivos é acelerado a altas velocidades devido à gravidade do buraco negro. Curiosamente, pensa-se que uma porção do gás que cai em direção ao buraco negro é soprado para longe pela imensa energia deste núcleo galáctico ativo, dando origem a fluxos exteriores.
Tanto os estudos teóricos como os observacionais forneceram informações pormenorizadas sobre os mecanismos de acreção de gás, desde a escala de 100.000 anos-luz das galáxias até uma escala de algumas centenas de anos-luz no centro. No entanto, a acreção de gás numa região muito mais pequena, especialmente a algumas dezenas de anos-luz do centro galáctico, tem permanecido pouco clara devido à sua escala espacial mínima.
As distribuições do monóxido de carbono (CO, refletindo a presença de gás molecular de média densidade), do carbono atómico (C, refletindo a presença de gás atómico), do cianeto de hidrogénio (HCN, refletindo a presença de gás molecular de alta densidade) e da linha de recombinação do hidrogénio (H36α; refletindo a presença de gás ionizado) são mostradas a vermelho, azul, verde e rosa, respetivamente. Existe um núcleo galáctico ativo no centro. Esta galáxia é conhecida por ter uma estrutura inclinada das regiões exteriores para as interiores, com a região central a assemelhar-se a um disco quase de lado. O tamanho do disco central de gás denso (verde) é de aproximadamente seis anos-luz: isto foi observado graças à alta resolução do ALMA (ver ampliação). O fluxo de plasma viaja quase perpendicularmente ao disco denso central. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), T. Izumi et al.
Por exemplo, para compreender quantitativamente o crescimento dos buracos negros, é necessário medir a taxa do fluxo de acreção e determinar as quantidades e tipos de gases que são expelidos como fluxos exteriores a essa pequena escala. Uma equipe internacional de investigação liderada por Takuma Izumi, professor assistente no NAOJ e afiliado à Universidade Metropolitana de Tóquio na altura deste estudo, conseguiu um êxito inédito a nível mundial ao medir quantitativamente os fluxos de gás e as suas estruturas em todas as fases a uma escala espacial minúscula de apenas alguns anos-luz em torno de um buraco negro supermassivo, utilizando o ALMA .
As observações de gases multifásicos podem fornecer uma compreensão mais abrangente da distribuição e dinâmica da matéria em torno de um buraco negro. Neste estudo, a equipa de investigação conseguiu inicialmente captar, pela primeira vez, o fluxo de acreção que se dirige para o buraco negro supermassivo no interior do denso disco de gás que se estende ao longo de vários anos-luz do centro galáctico.
A identificação deste fluxo de acreção foi, durante muito tempo, uma tarefa difícil devido à pequena escala da região e aos movimentos complexos do gás perto do centro galáctico. Uma vez que o material absorvente existe sempre entre o núcleo galáctico ativo e nós, a equipa conseguiu captar o fluxo de acreção na direção do NGA.
Além disso, a equipa de investigação também elucidou o mecanismo físico responsável por induzir esta acreção de gás. Como resultado, o gás cai rapidamente em direção ao buraco negro central. A taxa de acreção a que o gás é fornecido ao buraco negro pode ser calculada a partir da densidade do gás observado e da velocidade do fluxo de acreção. Por outras palavras, a maior parte do fluxo de acreção à escala de 1 ano-luz em torno do centro galáctico não estava a contribuir para o crescimento do buraco negro.
A análise quantitativa revelou que a maior parte do gás que fluía em direção ao buraco negro era expelido como fluxos atómicos ou moleculares. No entanto, devido às suas velocidades lentas, não conseguiram escapar ao potencial gravitacional do buraco negro e acabaram por regressar ao disco de gás. Aí, eram reciclados de novo num fluxo de acreção em direção ao buraco negro, semelhante a uma fonte, completando assim um fascinante processo de reciclagem de gás no centro galáctico.
Fonte: almaobservatory.org
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