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. 

Impressão artística de um vento galáctico impulsionado por um buraco negro supermassivo localizado no centro de uma galáxia. A intensa energia que emana do buraco negro cria um fluxo de gás em escala galáctica que expele a matéria interestelar que é o material para a formação de estrelas. Crédito: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO)

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Este é o primeiro exemplo já observado de tal vento até agora 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 de 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 10 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 da astronomia: como as galáxias e os buracos negros supermassivos coevoluíram?"

A equipe de pesquisa usou primeiro o telescópio Subaru do 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.

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.

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 em tamanho galáctico. O detentor do recorde anterior era uma galáxia há cerca de 13 bilhões de anos; portanto, essa observação empurra o início de volta para 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 supermassivos e galáxias vem ocorrendo desde menos de um bilhão de anos após o nascimento do universo.

"Nossas observações apoiam simulações de computador de alta precisão recentes que previram que relações coevolucionárias existiam até cerca 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."

Esses resultados de observação são apresentados como Takuma Izumi et al. "Subaru High-z Exploration of Low-Luminosity Quasars (SHELLQs). XIII. Large-scale Feedback and Star Formation in a Low-Luminosity Quasar at z = 7.07," in the Astrophysical Journal on June 14, 2021.

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