O cluster Phoenix é um enorme acúmulo de cerca de 1.000 galáxias, localizado a 5,7 bilhões de anos-luz da Terra. Em seu centro está uma enorme galáxia, que parece estar cuspindo estrelas a uma taxa de cerca de 1.000 por ano. A maioria das outras galáxias do universo são muito menos produtivas, produzindo apenas algumas estrelas a cada ano, e os cientistas se perguntaram o que alimentou a saída estelar extrema do cluster Phoenix.
Agora cientistas do MIT, da Universidade de Cambridge, e em outros lugares podem ter uma resposta. Em um artigo publicado hoje no Astrophysical Journal, a equipe relata a observação de jatos de gás quente de 10 milhões de graus explodindo do buraco negro da galáxia central e soprando grandes bolhas no plasma circundante.
Estes jatos normalmente agem para extinguir a formação estelar por soprar o gás frio - o principal combustível que uma galáxia consome para gerar estrelas. No entanto, os pesquisadores descobriram que os jatos quentes e bolhas emanando do centro do cluster Phoenix também podem ter o efeito oposto de produzir gás frio, que, por sua vez, chova de volta para a galáxia, alimentando starbursts mais. Isso sugere que o buraco negro encontrou uma maneira de reciclar parte de seu gás quente como combustível frio, que produz estrelas.
"Nós pensamos que o papel dos buracos negros e bolhas foi para regular a formação de estrelas e para manter o resfriamento de acontecer", diz Michael McDonald, professor assistente de física no Mav Kavli Instituto de Astrofísica e Pesquisa Espacial. "Nós meio que pensávamos que eles eram pôneis de um truque, mas agora vemos que eles podem realmente ajudar o resfriamento, e não é uma imagem tão cortada e seca."
As novas descobertas ajudam a explicar o excepcional poder de produção de estrelas do cluster Phoenix. Podem também fornecer a introspecção nova em como os buracos negros supermassive e suas galáxias do anfitrião crescem e evoluem mutuamente.
Os co-autores de McDonald incluem a autora principal Helen Russell, astrônomo da Universidade de Cambridge; E outros da universidade de Waterloo, do centro de Harvard-Smithsonian para a astrofísica, da universidade de Illinois, e em outra parte.
Jatos quentes, filamentos frios
A equipe analisou as observações do cluster Phoenix reunido pelo Atacama Large Millimeter Array (ALMA), uma coleção de 66 grandes radiotelescópios espalhados pelo deserto do norte do Chile. Em 2015, o grupo obteve permissão para dirigir os telescópios no cluster Phoenix para medir suas emissões de rádio e para detectar e mapear sinais de gás frio.
Os pesquisadores analisaram os dados de sinais de monóxido de carbono, um gás que está presente onde quer que haja gás de hidrogênio frio. Eles então converteram as emissões de monóxido de carbono em gás hidrogênio, para gerar um mapa de gás frio perto do centro do cluster Phoenix. O quadro resultante foi uma surpresa enigmática.
"Você esperaria ver um nó de gás frio no centro, onde a formação de estrelas acontece", diz McDonald. "Mas vimos esses filamentos gigantes de gás frio que se estendem 20.000 anos-luz do buraco negro central, além da própria galáxia central. É meio bonito de se ver.
A equipe já havia usado o Observatório de Raio X Chandra da NASA para mapear o gás quente do cluster. Essas observações produziram uma imagem em que poderosos jatos voaram para fora do buraco negro perto da velocidade da luz. Mais adiante, os pesquisadores viram que os jatos inflado bolhas gigantes no gás quente.
Quando a equipe sobrepôs sua imagem do gás frio do cluster de Phoenix sobre o mapa do gás quente, eles encontraram uma "correspondência espacial perfeita": Os longos filamentos de gás gelado de 10 kelvins pareciam estar envoltos nas bolhas de gás quente.
"Esta pode ser a melhor imagem que temos de buracos negros que influenciam o gás frio", diz McDonald.
Alimentando o buraco negro
O que os pesquisadores acreditam estar acontecendo é que, à medida que o jato infla bolhas de gás quente de 10 milhões de graus perto do buraco negro, eles arrastam atrás deles uma esteira de gás um pouco mais frio, de 1 milhão de graus. As bolhas eventualmente se destacam dos jatos e flutuam mais para dentro do aglomerado de galáxias, onde a fuga de gás de cada bolha esfria, formando longos filamentos de gás extremamente frio que se condensam e regressam ao buraco negro como combustível para a formação estelar.
"É uma idéia muito nova que as bolhas e jatos podem realmente influenciar a distribuição de gás frio de qualquer maneira", diz McDonald.
Os cientistas estimaram que há bastante gás frio perto do centro do grupo de Phoenix para manter produzindo estrelas em uma taxa elevada por outros 30 a 40 milhão anos. Agora que os pesquisadores identificaram um novo mecanismo de feedback que pode fornecer o buraco negro com gás ainda mais frio, a saída estelar do cluster pode continuar por muito mais tempo.
"Contanto que houver gás frio alimentando isto, o buraco negro manterá eructar para fora estes jatos," McDonald diz. "Mas agora nós encontramos que estes jatos estão fazendo mais alimento, ou gás frio. Então você está neste ciclo que, em teoria, poderia continuar por muito tempo. "
Ele suspeita que a razão pela qual o buraco negro é capaz de gerar combustível para si mesmo pode ter algo a ver com o seu tamanho. Se o buraco negro é relativamente pequeno, ele pode produzir jatos que são muito fracos para exaustar completamente o gás frio do cluster.
"Agora [o buraco negro] pode ser muito pequeno, e seria como colocar um civil no ringue com Mike Tyson", diz McDonald. "Não é apenas a tarefa de soprar esse gás frio o suficiente para que ele nunca volte."
A equipe está esperando para determinar a massa do buraco negro, bem como identificar outros starmakers, similarmente extremas no universo.
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