Desde a descoberta de Sagitário A * no centro de nossa galáxia, os astrônomos passaram a entender que a maioria das galáxias massivas tem um buraco negro supermassivo (SMBH) em seu núcleo. Isso é evidenciado pelas poderosas emissões eletromagnéticas produzidas nos núcleos dessas galáxias - conhecidas como "Núcleos Galáticos Ativos" (AGN) - que são consideradas causadas por gás e poeira acumulados na SMBH.
Por décadas, os astrônomos estudam a luz proveniente dos AGNs para determinar quão grandes e maciços são seus buracos negros. Isso tem sido difícil, pois essa luz está sujeita ao efeito Doppler, que faz com que suas linhas espectrais se ampliem. Mas, graças a um novo modelo desenvolvido por pesquisadores da China e dos EUA, os astrônomos podem estudar essas regiões de linhas amplas (BLRs) e fazer estimativas mais precisas sobre a massa dos buracos negros.
O estudo, “Agrupamentos de poeira interrompidos por maré como a origem de linhas de emissão amplas em núcleos galácticos ativos”, apareceu recentemente na revista científica Natureza. O estudo foi liderado por Jian-Min Wang, pesquisador do Instituto de Física de Alta Energia (IHEP) da Academia Chinesa de Ciências, com assistência da Universidade de Wyoming e da Universidade de Nanjing.
Para quebrá-lo, as SMBHs são conhecidas por terem um toro de gás e poeira ao seu redor. A gravidade do buraco negro acelera o gás nesse toro a velocidades de milhares de quilômetros por segundo, o que faz com que ele aqueça e emita radiação em diferentes comprimentos de onda. Essa energia acabou superando toda a galáxia circundante, que é o que permite aos astrônomos determinar a presença de uma SMBH.
Como Michael Brotherton, professor da UW no Departamento de Física e Astronomia e co-autor do estudo, explicou em um comunicado de imprensa da UW:
"As pessoas pensam: é um buraco negro. Por que está tão claro? Um buraco negro ainda está escuro. Os discos atingem temperaturas tão altas que emitem radiação através do espectro eletromagnético, que inclui raios gama, raios X, UV, infravermelho e ondas de rádio. O buraco negro e o gás circundante que o buraco negro está alimentando é o combustível que liga o quasar. ”
O problema de observar essas regiões brilhantes vem do fato de que os gases dentro delas estão se movendo tão rapidamente em direções diferentes. Enquanto o gás que se afasta (em relação a nós) é deslocado para a extremidade vermelha do espectro, o gás que está se movendo em nossa direção é deslocado para a extremidade azul. É isso que leva a uma região de linhas amplas, onde o espectro da luz emitida se torna mais como uma espiral, dificultando a obtenção de leituras precisas.
Atualmente, a medição da massa de SMBHs em núcleos galácticos ativos depende da "técnica de mapeamento de reverberação". Em resumo, isso envolve o uso de modelos de computador para examinar as linhas espectrais simétricas de um BLR e medir os atrasos de tempo entre eles. Acredita-se que essas linhas surjam a partir de gás que foi fotoionizado pela força gravitacional da SMBH.
No entanto, como há pouco entendimento das linhas de emissão amplas e dos diferentes componentes dos BLRs, esse método gera algumas incertezas entre 200 e 300%. "Estamos tentando obter perguntas mais detalhadas sobre regiões espectrais de linhas largas que nos ajudam a diagnosticar a massa do buraco negro", disse Brotherton. "As pessoas não sabem de onde vêm essas regiões de linhas de emissão amplas ou a natureza desse gás".
Por outro lado, a equipe liderada pelo Dr. Wang adotou um novo tipo de modelo de computador que considerava a dinâmica do toro gasoso em torno de uma SMBH. Esse toro, eles supõem, seria constituído por aglomerados discretos de matéria que seriam rompidos pela maré pelo buraco negro, resultando em algum gás fluindo para ele (ou seja, se acumulando nele) e alguns sendo ejetados como escoamento.
A partir disso, eles descobriram que as linhas de emissão em um BLR estão sujeitas a três características - "assimetria", "forma" e "deslocamento". Depois de examinar várias linhas de emissões - simétricas e assimétricas - eles descobriram que essas três características eram fortemente dependentes do quão brilhantes eram os aglomerados de gás, que eles interpretavam como resultado do ângulo de movimento dentro do toro. Ou como o Dr. Brotherton colocou:
“O que propomos acontece é que esses grupos empoeirados estão se movendo. Alguns se chocam, se fundem e mudam de velocidade. Talvez eles se mudem para o quasar, onde mora o buraco negro. Alguns aglomerados são gerados a partir da região de linhas largas. Alguns são expulsos.
No final, seu novo modelo sugere que aglomerados de matéria de um toro de buraco negro podem afetar a fonte do gás BLR. Comparado aos modelos anteriores, o desenvolvido pelo Dr. Wang e seus colegas estabelece uma conexão entre diferentes processos e componentes-chave nas proximidades de uma SMBH. Isso inclui a alimentação do buraco negro, a fonte de gás fotoionizado e o próprio toro empoeirado.
Embora essa pesquisa não resolva todos os mistérios que envolvem os AGNs, é um passo importante para obter estimativas de massa precisas das SMBHs com base em suas linhas espectrais. A partir disso, os astrônomos poderiam determinar com mais precisão qual o papel desses buracos negros na evolução de grandes galáxias.
O estudo foi possível graças ao apoio fornecido pelo Programa Nacional Chave para Pesquisa e Desenvolvimento em Ciência e Tecnologia e pelo Programa Chave de Pesquisa em Ciências da Fronteira, ambos administrados pela Academia Chinesa de Ciências.
