Observações de alta resolução com o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) captaram um toro de gás rotativo e empoeirado em torno de um buraco negro supermassivo ativo.
A existência destas estruturas giratórias em forma de donut foi sugerida pela primeira vez há algumas décadas, mas esta é a primeira vez que uma foi confirmada tão claramente. Este é um passo importante na compreensão da coevolução de buracos negros supermassivos e das suas galáxias hospedeiras.
Quase todas as galáxias contêm buracos negros monstruosos escondidos nos centros. Os investigadores sabem há muito tempo que quanto mais massiva é a galáxia, mais massivo é o buraco negro central.
Isto parece lógico ao início, mas as galáxias hospedeiras são dez mil milhões de vezes maiores do que os buracos negros centrais. Deveria ser difícil para dois objetos de escalas tão diferentes se afetarem diretamente. Então, como é que se pode desenvolver uma tal relação?
Com o objetivo de resolver este problema sombrio, uma equipa de astrónomos utilizou a alta resolução do ALMA para observar o centro da galáxia espiral M77. A região central de M77 é um “núcleo galáctico ativo”, ou NGA, o que significa que a matéria está a cair vigorosamente em direção ao buraco negro supermassivo central e a emitir luz intensa. Os NGAs podem afetar fortemente o ambiente envolvente, portanto, são objetos importantes para resolver o mistério da coevolução das galáxias e dos buracos negros.
A equipa fotografou a área à volta do buraco negro supermassivo de M77 e discerniu uma estrutura gasosa e compacta com um raio de 20 anos-luz. E os astrónomos descobriram que a estrutura compacta gira em torno do buraco negro, conforme esperado.
“Para interpretar várias características observacionais dos NGAs, os astrónomos assumiram estruturas giratórias e gasosas em forma de donut e em redor dos buracos negros supermassivos ativos. Isto é o que se chama de ‘modelo unificado’ do NGA,” explicou Masatoshi Imanishi, do NAOJ (National Astronomical Observatory of Japan), o autor principal do artigo publicado na revista The Astrophysical Journal Letters em janeiro. “No entanto, o donut gasoso e empoeirado é muito pequeno em aparência. Com a alta resolução do ALMA, podemos agora ver diretamente a estrutura.”
Muitos astrónomos já tinham observado antes o centro de M77, mas nunca a rotação do donut gasoso tinha sido vista tão nitidamente em torno do buraco negro. Além da resolução superior do ALMA, a seleção das linhas de emissão molecular a observar foi fundamental para revelar a estrutura.
A equipa observou a emissão específica de micro-ondas das moléculas de cianeto de hidrogénio (HCN) e iões formílicos (HCO+). Estas moléculas emitem micro-ondas apenas em gás denso, enquanto o mais frequentemente observado monóxido de carbono (CO) emite micro-ondas sob várias condições. Assume-se que o toro em torno do NGA é muito denso, e a estratégia da equipa foi muito bem acertada.
“As observações anteriores revelaram o alongamento este-oeste do toro gasoso empoeirado. A dinâmica revelada a partir dos nossos dados ALMA concorda exatamentecom a orientação rotacional esperada do toro”, afirma Imanishi.
Curiosamente, a distribuição do gás em torno do buraco negro supermassivo é muito mais complicada do que um modelo unificado simples sugere. O toro parece ter uma assimetria e a rotação não está apenas a seguir a gravidade do buraco negro, mas também contém um movimento altamente aleatório.
Estes factos podem indicar que o NGA teve uma história violenta, possivelmente incluindo uma fusão com uma pequena galáxia. No entanto, a identificação do toro giratório é um passo importante.
A Via Láctea, onde vivemos, também tem um buraco negro supermassivo no centro. Este buraco negro encontra-se, no entanto, num estado muito calmo. Apenas está a acretar uma pequena quantidade de gás.
Portanto, para investigar em detalhe um NGA, os astrónomos precisam de observar os centros de galáxias distantes. M77 tem um dos NGAs mais próximos e é um objeto adequado para examinar o centro em detalhe.
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