Pesquisadores usando o Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) descobriram um vento galáctico titânico impulsionado por um buraco negro supermassivo 13,1 bilhões de anos atrás. Este é o exemplo mais antigo até agora observado de tal vento e é um sinal revelador de que enormes buracos negros têm um efeito profundo no crescimento das galáxias desde o início da história do Universo.
No centro de muitas galáxias grandes esconde-se um buraco negro supermassivo que é milhões a bilhões de vezes mais massivo do que o sol. Curiosamente, a massa do buraco negro é aproximadamente proporcional à massa da região central (protuberância) da galáxia no Universo próximo. À primeira vista, isso pode parecer óbvio, mas na verdade é muito estranho. A razão é que os tamanhos das galáxias e dos buracos negros diferem em cerca de dez ordens de magnitude. Com base nessa relação proporcional entre as massas de dois objetos de tamanhos tão diferentes, os astrônomos acreditam que galáxias e buracos negros cresceram e evoluíram juntos (coevolução) por meio de algum tipo de interação física.
Um vento galáctico pode fornecer esse tipo de interação física entre buracos negros e galáxias. Um buraco negro supermassivo engole uma grande quantidade de matéria. À medida que essa matéria começa a se mover em alta velocidade devido à gravidade do buraco negro, ela emite energia intensa, que pode empurrar a matéria circundante para fora. É assim que o vento galáctico é criado.
“A questão é quando os ventos galácticos passaram a existir no Universo?” diz Takuma Izumi, o principal autor do artigo de pesquisa e pesquisador do Observatório Astronômico Nacional do Japão (NAOJ). “Esta é uma questão importante porque está relacionada a um problema importante na astronomia: como as galáxias e os buracos negros supermassivos coevoluíram?”
A equipe de pesquisa usou primeiro o telescópio Subaru da NAOJ para procurar buracos negros supermassivos. Graças à sua capacidade de observação de campo amplo, eles encontraram mais de 100 galáxias com buracos negros supermassivos no Universo há mais de 13 bilhões de anos. [1]
Em seguida, a equipe de pesquisa utilizou a alta sensibilidade do ALMA para investigar o movimento do gás nas galáxias hospedeiras dos buracos negros. O ALMA observou uma galáxia HSC J124353.93 + 010038.5 (doravante J1243 + 0100), descoberta pelo telescópio Subaru, e capturou ondas de rádio emitidas pela poeira e íons de carbono na galáxia. [2]
Imagem ALMA da galáxia distante J1243 + 0100 hospedando um buraco negro supermassivo em seu centro. A distribuição do gás silencioso na galáxia é mostrada em amarelo e a distribuição do vento galáctico de alta velocidade é mostrada em azul. O vento está localizado no centro da galáxia, o que indica que o vento é impulsionado por um buraco negro supermassivo. Crédito: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), Izumi et al.
A análise detalhada dos dados do ALMA revelou que há um fluxo de gás de alta velocidade movendo-se a 500 km por segundo em J1243 + 0100. Esse fluxo de gás tem energia suficiente para afastar o material estelar da galáxia e interromper a atividade de formação de estrelas. O fluxo de gás encontrado neste estudo é verdadeiramente um vento galáctico, e é o exemplo mais antigo observado de uma galáxia com um vento enorme de tamanho galáctico. O detentor do recorde anterior era uma galáxia há cerca de 13 bilhões de anos, então essa observação empurra o início para trás em outros 100 milhões de anos.
A equipe também mediu o movimento do gás silencioso em J1243 + 0100 e estimou a massa da protuberância da galáxia, com base em seu equilíbrio gravitacional, em cerca de 30 bilhões de vezes a do Sol. A massa do buraco negro supermassivo da galáxia, estimada por outro método, era cerca de 1% disso. A proporção de massa da protuberância para o buraco negro supermassivo nesta galáxia é quase idêntica à proporção de massa dos buracos negros para as galáxias no Universo moderno. Isso implica que a coevolução de buracos negros e galáxias supermassivos vem ocorrendo desde menos de um bilhão de anos após o nascimento do Universo.
“Nossas observações suportam simulações de computador de alta precisão recentes que previram que relacionamentos coevolucionários existiam mesmo por volta de 13 bilhões de anos atrás”, comenta Izumi. “Estamos planejando observar um grande número de tais objetos no futuro e esperamos esclarecer se a coevolução primordial vista neste objeto é ou não uma imagem precisa do Universo geral naquela época.”
Notas
- Para obter mais informações, consulte o artigo Cientistas descobrem 83 quasares alimentados por buracos negros supermassivos . O número de galáxias com buracos negros supermassivos descobertos era de 83 na época deste anúncio, mas o número de descobertas agora aumentou para mais de 100.
- O redshift deste objeto é z = 7,07. Usando os parâmetros cosmológicos medidos com Planck (H0 = 67,3km / s / Mpc, Ωm = 0,315, Λ = 0,685: Resultados do Planck 2013), podemos calcular a distância ao objeto em 13,1 bilhões de anos-luz. (Consulte “ Expressando a distância a objetos remotos ” para obter os detalhes.)
informação adicional
Referência: “Subaru High-z Exploration of Low-Luminosity Quasars (SHELLQs). XIII. Feedback em larga escala e formação de estrelas em um quasar de baixa luminosidade em z = 7.07 no buraco negro local para relação de massa do hospedeiro ”por Takuma Izumi, Yoshiki Matsuoka, Seiji Fujimoto, Masafusa Onoue, Michael A. Strauss, Hideki Umehata, Masatoshi Imanishi , Kotaro Kohno, Toshihiro Kawaguchi, Taiki Kawamuro, Shunsuke Baba, Tohru Nagao, Yoshiki Toba, Kohei Inayoshi, John D. Silverman, Akio K. Inoue, Soh Ikarashi, Kazushi Iwasawa, Nobunari Kashikawa, Takuya Hashimhi, Kouicheda, Naanishheda Uoskeda, Malte Schramm, Chien-Hsiu Lee e Hyewon Suh, 14 de junho de 2021, Astrophysical Journal .
DOI: 10.3847 / 1538-4357 / abf6dc
arXiv: 2104.05738
Esses resultados de observação são apresentados como Takuma Izumi et al. “Subaru High-z Exploration of Low-Luminosity Quasars (SHELLQs). XIII. Feedback em larga escala e formação de estrelas em um quasar de baixa luminosidade em z = 7,07 ”, em 14 de junho de 2021.
Esta pesquisa foi apoiada pela Sociedade Japonesa de Promoção da Ciência (JSPS) KAKENHI (No. JP20K14531, JP17H06130, 1146 JP17H01114, JP19J00892), a Iniciativa Líder para Jovens Pesquisadores Excelentes, MEXT, Japão (HJH02007), NAOJ ALMA Scientific Research Grant ( 2017-06B, 2020-16B), espanhol MICINN (PID2019-10GB-C33 e "Unidade de Excelência María de Maeztu 2020-2023" concedido ao ICCUB (CEX2019-000918-M)), National Science Foundation of China (11721303, 11991052 , 11950410493, 12073003), Programa Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento da China (2016YFA0400702), Esquema de financiamento do Consolidator Grant do European Research Council (ERC) (projeto ConTExt, subsídio nº 648179), Subsídio do Independent Research Fund Denmark DFF – 7014-00017 e dinamarquês Fundação Nacional de Pesquisa sob o subsídio nº 140.
fonte: scitechdaily.com