novembro 5, 2024

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Fortes evidências de que buracos negros supermassivos afetam a química da sua galáxia hospedeira

Fortes evidências de que buracos negros supermassivos afetam a química da sua galáxia hospedeira

Buracos negros supermassivos (SMBHs) são impossíveis de ignorar. Eles podem ser bilhões de vezes maiores que o Sol e, quando consomem ativamente estrelas e gás, tornam-se núcleos galácticos ativos luminosos (AGNs). O centro galáctico é um lugar lotado, onde a atividade na pequena e supermassiva galáxia é concentrado.

Novas pesquisas fornecem fortes evidências de que, à medida que realizam suas tarefas, objetos de pequeno e médio porte alteram a química de sua galáxia hospedeira.

Os astrofísicos sabem muito sobre galáxias ultracompactas e seus poderosos efeitos nas galáxias hospedeiras. A maioria das galáxias massivas parece basear-se numa pequena estrela no seu centro. Nada poderia escapar de seu esmagador controle gravitacional. Até a luz é impotente. Buracos negros supermassivos são responsáveis ​​por núcleos galácticos ativos, que emitem energia poderosa em todos os comprimentos de onda. A energia vem do toro giratório de matéria atraída que circunda o buraco SMBH antes de cair no buraco.

Os pesquisadores também sabem que objetos pequenos e médios produzem feedback do buraco negro. O centro das grandes galáxias contém uma grande quantidade de gás quente que é suficientemente denso para arrefecer ao longo de dezenas a centenas de milhões de anos. Isto significa que o gás frio flui em direção ao centro. Este fluxo de resfriamento deve levar a explosões estelares massivas perto do centro galáctico. Mas, em geral, não é isso que os astrofísicos veem.

Em vez disso, o SMBH parece disparar poderosos jatos de material no gás circundante, mantendo-o quente e evitando o fluxo de resfriamento e o resultante ataque de intensa formação estelar. Estas são reações de buraco negro.

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Estas são apenas algumas das maneiras pelas quais os buracos negros mudam seu ambiente.

Uma nova pesquisa mostra como objetos pequenos e médios alteram a presença e distribuição de produtos químicos na galáxia hospedeira. Estudar é “Abundâncias moleculares da região perinuclear que circunda o núcleo galáctico ativo em NGC 1068 com base na varredura de linha de imagem de banda de 3 mm com ALMA.Foi publicado no Astrophysical Journal, e os autores principais são Toshiki Saito, do Observatório Astronômico Nacional do Japão, e Taku Nakajima, da Universidade de Nagoya.

A poeira e o gás obscurecem a nossa visão dos centros das galáxias e são necessários poderes especiais de observação para ver o que está dentro. O Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) é um poderoso conjunto de 66 radiotelescópios que trabalham juntos para criar uma incrível potência de observação. Os investigadores usaram o ALMA para mapear a presença de produtos químicos na galáxia espiral barrada NGC1068, mais comumente conhecido como M77, ou Squid Galaxy. Eles também usaram uma nova técnica de aprendizado de máquina e mapearam a distribuição de 23 moléculas separadas.

A equipe de pesquisa se concentrou em duas partes da NGC 1068: o disco perinuclear e o anel estelar.

Um anel starburst (SBR) é uma característica proeminente de algumas galáxias onde as ondas de pressão do núcleo colidem com o gás para causar a formação estelar abundante. Também pode haver outras causas para explosões estelares, incluindo fusões de galáxias ou interações gravitacionais com outras galáxias. NGC 1068 contém um anel estelar, e a galáxia também é conhecida como galáxia estelar.

Esta figura é de um artigo separado e mostra a estrutura da NGC 1068. O anel estelar fica entre as duas linhas azuis escuras e contém vários aglomerados de superestrelas (SSCs).  Os superaglomerados são mais brilhantes e mais massivos do que outros aglomerados estelares.  Crédito da imagem: Rico Vallas et al.  2021
Esta figura é de um artigo separado e mostra a estrutura da NGC 1068. O anel estelar fica entre as duas linhas azuis escuras e contém vários aglomerados de superestrelas (SSCs). Os superaglomerados são mais brilhantes e mais massivos do que outros aglomerados estelares. Crédito da imagem: Rico Vallas et al. 2021

O disco circunnuclear (CND) é um anel de gás molecular orbitando o SMBH. Os astrofísicos não têm certeza de como essas estruturas se formam ou se são estáveis ​​ou transitórias. Mas pode conter uma grande quantidade de material. O buraco negro da Via Láctea, Sgr A*, contém dezenas de milhares de massas solares. A CND está mais próxima da SMBH do que da SBR.

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Os pesquisadores também identificaram duas estruturas complexas proeminentes em NGC 1068, que chamaram de “nó E” e “nó W”, que fazem parte do CND.

Esta figura mostra a estrutura do NGC 1068. O painel esquerdo mostra o CND e o SBR.  O painel direito é ampliado no CND e no núcleo galáctico ativo e também mostra ambos os nós.  Crédito da imagem: Nakajima et al.  2023.
Esta figura mostra a estrutura do NGC 1068. O painel esquerdo mostra o CND e o SBR. O painel direito é ampliado no CND e no núcleo galáctico ativo e também mostra ambos os nós. Crédito da imagem: Nakajima et al. 2023.

Os pesquisadores mapearam produtos químicos em ambas as regiões e encontraram diferentes distribuições de diferentes produtos químicos.

Esta forma de estudo compara as densidades da coluna de cada molécula em (a) uma escala de 350 pc e (b) uma escala de 60 pc.  Os gráficos de barras vermelho, azul, verde e preto são para CND (ou AGN), Nó E, Nó W e SBR, respectivamente.  O arranjo das moléculas é organizado em ordem decrescente da esquerda para a direita com base na densidade da coluna em direção ao CND em (a) ou AGN em (b).  Crédito da imagem: Nakajima et al.  2023.
Esta forma de estudo compara as densidades da coluna de cada molécula em (a) uma escala de 350 pc e (b) uma escala de 60 pc. Os gráficos de barras vermelho, azul, verde e preto são para CND (ou AGN), Nó E, Nó W e SBR, respectivamente. O arranjo das moléculas é organizado em ordem decrescente da esquerda para a direita com base na densidade da coluna em direção ao CND em (a) ou AGN em (b). Crédito da imagem: Nakajima et al. 2023.

O SMBH da NGC 1068 emite poderosos jatos polares que parecem mudar a química. O monóxido de carbono (CO) é uma molécula comum nas galáxias e jatos ativos parecem decompô-lo. Há menos no CND, que está muito mais próximo do SMBH do que do SBR.

A equipe também encontrou concentrações inesperadas de cianeto de hidrogênio (HCN) no CND, que podem ser resultado de fortes choques que levam a temperaturas mais altas. CND também contém mais H13CN, SiO e H13uma empresa+. Por outro lado, o CND contém menos cianeto (CN) do que os modelos previram, devido à forte radiação. Embora os AGNs poderosos estejam muito mais próximos dos AGNs, a equipe acredita que as forças mecânicas têm um efeito geral mais forte na química, em vez dos raios X dos AGNs.

Os pesquisadores também mediram as abundâncias fracionárias de diferentes produtos químicos, comparando-os ao monsulfeto de carbono (CS). Os astrônomos usam CS porque é um dos melhores traçadores de gás denso.

Esta figura do artigo mostra a abundância fracionária para CS em (a) a escala de 350 pc e (b) a escala de 60 pc. As proporções unitárias, indicadas pela linha tracejada em negrito, representam o aumento da abundância molecular em relação ao CS. As moléculas são organizadas em ordem decrescente da esquerda para a direita com base na diferença entre CND e SBR em (a) e entre AGN e SBR em (b). Portanto, as moléculas do lado esquerdo do CS são melhorias no CND (ou AGN) em comparação com o SBR; Em contrapartida, os do lado direito do CS são melhorias no SBR. Crédito da imagem: Nakajima et al. 2023.

A pesquisa mostra que as abundâncias químicas variam em diferentes partes da galáxia. Mesmo o nó E e o nó W mostram abundâncias diferentes.

Os autores dizem que este trabalho é o primeiro levantamento de linha molecular com uma resolução alta o suficiente para ver a estrutura interna do CND no núcleo do hospedeiro AGN de ​​uma galáxia próxima. NGC 1068 é um objeto frequente de estudo astronômico devido à sua proximidade e brilho, mas esta é a primeira vez que alguém detecta monóxido de silício (SiO) lá.

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SiO é importante na astronomia porque é um rastreador de impacto. O silício é encontrado em grãos de poeira e, quando os grãos são atingidos, eles se combinam com o oxigênio para formar SiO. As ondas de choque nas galáxias comprimem, aquecem e aceleram o gás, levando a mudanças radicais na química. Os choques são responsáveis ​​pelo colapso de nuvens de gás em núcleos pré-estelares, que eventualmente se tornam estrelas.

Objetos pequenos e médios e centros galácticos inteiros são difíceis de observar. As observações do ALMA representam uma visão detalhada da região, dos seus componentes e dos tipos de produtos químicos mais abundantes. Mas trata-se de mais do que apenas a presença ou ausência de produtos químicos específicos.

Essas áreas não são nada silenciosas. Enormes nuvens de gás, raios X intensos e outras emissões, ondas de choque e a massa esmagadora de buracos negros supermassivos interagem para encorajar e suprimir o nascimento de estrelas.

Esta pesquisa é apenas mais uma janela para toda essa complexidade química e mecânica.