O Telescópio Espacial James Webb da NASA encontrou evidências de que buracos negros supermassivos suprimem a formação de estrelas em galáxias em maturação.
A equipe usou a câmera de infravermelho próximo (NIRCam) do Telescópio Espacial James Webb (JWST), analisou 19 galáxias que fazem parte do protoaglomerado Spiderweb, um dos grupos de galáxias mais bem estudados do universo, que fica a cerca de 11 bilhões de anos-luz de distância de Terra.
Eles descobriram que as galáxias que parecem ter buracos negros supermassivos em seus corações produzem estrelas a uma taxa muito mais lenta do que aquelas sem tais buracos negros. As descobertas podem ajudar a preencher uma lacuna de longa data na nossa compreensão da evolução das galáxias.
“Conseguimos obter mapas de alta resolução das linhas de recombinação do hidrogênio, que indicam a atividade de formação estelar”, disse Rhythm Shimakawa, professor associado de astronomia na Universidade Waseda, no Japão, e autor principal do estudo, ao Space.com. “Descobrimos que galáxias massivas com buracos negros supermassivos ativos não exibem sinais de formação de estrelas quando comparadas com aquelas sem buracos negros supermassivos ativos.”
As estrelas se formam quando nuvens massivas de gás hidrogênio frio colapsam sob o peso de sua gravidade. À medida que a densidade da matéria dentro da nuvem em colapso aumenta, a sua temperatura aumenta. Em última análise, isso desencadeia a fusão nuclear, que dá vida às estrelas.
Esse processo provoca a ionização dos átomos de hidrogênio, mecanismo que emite um tipo específico de radiação visível nos espectros de luz obtidos por instrumentos sofisticados como o NIRCam do JWST.
Os cientistas há muito observam que quanto mais velhas as galáxias ficam, menos estrelas parecem produzir. Originalmente, os especialistas pensavam que a formação de estrelas abrandava simplesmente porque as galáxias consumiam o seu gás hidrogénio frio. No entanto, as observações revelaram que algumas galáxias com apenas mil milhões de anos (a nossa galáxia, a Via Láctea, tem 13,6 mil milhões de anos, para fins de contexto) já mostram sinais de esgotamento da formação estelar. Este é um período demasiado curto para permitir que essas galáxias fiquem sem gás hidrogénio apenas através da formação de estrelas.
Alguns astrónomos sugeriram, portanto, que, à medida que as galáxias crescem através da fusão com outras galáxias, os buracos negros nos seus centros também crescem, atingindo milhões de massas solares. (Uma massa solar é igual a uma massa do nosso sol). À medida que os buracos negros crescem, a sua capacidade de sugar gás das galáxias aumentará. Quanto mais massivo for o buraco negro, mais rapidamente o objeto faz a matéria espiralar para além do seu horizonte de eventos, atingindo velocidades de dezenas de milhares de quilómetros. Alguns desses buracos negros expelem parte do gás acumulado no espaço intergaláctico na forma de jatos relativísticos, despojando ainda mais a galáxia do meio estelar. As observações do JWST do protoaglomerado Teia de Aranha, que, devido à sua vasta distância, nos parece como era menos de 3 mil milhões de anos após o Big Bang, apoiam esta teoria.
“O protoaglomerado Teia de Aranha é o primeiro aglomerado de galáxias antigo já encontrado e tem sido estudado por vários grupos de pesquisa há mais de duas décadas”, disse Shimakawa. “Existem muitas galáxias massivas (no superaglomerado Teia de Aranha) que hospedam buracos negros supermassivos, o que o torna um laboratório ideal para investigar detalhadamente a relação entre buracos negros e formação de estrelas.”
A formação de estrelas é geralmente quase inexistente em grandes galáxias elípticas, que representam o estágio final na evolução das galáxias. Ao contrário das galáxias espirais como a Via Láctea, com as suas estruturas distintas de braços espirais sinuosos, as galáxias elípticas são bastante disformes. Os cientistas pensam que estas enormes acumulações de estrelas surgiram de colisões entre galáxias mais jovens. A força dessas colisões galácticas teria destruído as estruturas organizadas dessas galáxias predecessoras, transformando galáxias elípticas em regiões caóticas onde as estrelas orbitam em direções aleatórias. Estas colisões também teriam fundido os buracos negros centrais das galáxias-mãe, produzindo um buraco negro mais massivo a cada colisão subsequente. Como resultado, os buracos negros supermassivos nos centros das galáxias elípticas são os buracos negros mais massivos conhecidos.
À medida que a matéria espirala em direcção a um buraco negro supermassivo, emite poderosos raios-X que podem ser observados por outros observatórios em órbita, como o Observatório de Raios-X Chandra da NASA. Ao comparar as observações do Chandra com as medições de ionização de hidrogénio do JWST, os investigadores descobriram que as galáxias com os buracos negros mais vorazes apresentam as taxas de formação estelar mais baixas.
Os cientistas já viram evidências de que buracos negros supermassivos podem expulsar gás das galáxias, mas as observações do protoaglomerado Teia de Aranha são particularmente valiosas, pois revelam um padrão num grupo maior de galáxias que têm aproximadamente a mesma idade. Oito das galáxias observadas têm buracos negros supermassivos ativos nos seus centros, enquanto 11 têm corações mais silenciosos.
Shimakawa, no entanto, diz que não se sabe o suficiente sobre a interação entre buracos negros supermassivos e as galáxias que os rodeiam e que outros mecanismos podem estar a contribuir para a desaceleração da formação estelar.
O estudo foi publicado em 18 de dezembro na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
