O buraco negro mais poderoso do Universo?

Astrônomos utilizaram observatório de raios X Chandra da NASA e um conjunto de outros telescópios para revelar um dos mais poderosos buracos negros conhecidos.

© Chandra/VLA (aglomerado RX J1532)

O buraco negro tem criado enormes estruturas no gás quente em torno dele e impediu a formação de trilhões de estrelas. Este monstro está em um aglomerado de galáxias chamado RX J1532.9+3021 (RX J1532), localizado a cerca de 3,9 bilhões de anos-luz da Terra. O aglomerado é muito brilhante em raios X o que implica que é extremamente grande, com uma massa de cerca de um quatrilhão de vezes a do Sol. No centro do aglomerado existe uma grande galáxia elíptica que contém o buraco negro supermassivo.

A grande quantidade de gás quente perto do centro do conjunto apresenta um quebra-cabeças. O gás quente brilhando em raios X deve esfriar, e o gás denso no centro do aglomerado deve esfriar mais rápido. A pressão neste gás central frio deve cair, fazendo com que o gás mais distante afunde em direção à galáxia, propiciando a formação de trilhões de estrelas ao longo do caminho. No entanto, os astrônomos  não encontraram evidência desta explosão de estrelas se formando no centro deste aglomerado.
Este problema tem sido observado em muitos aglomerados de galáxias, mas o RX J1532 é um caso extremo, onde o resfriamento do gás deve ser especialmente dramático por causa da alta densidade de gás perto do centro. Fora dos milhares de grupos conhecidos até o momento, menos de uma dúzia são tão extremas como o RX J1532. O aglomerado Phoenix é o mais extremo, onde foi observado elevada formação de estrelas.

© South Pole Telescope (aglomerado Phoenix)

Esta imagem composta mostra uma imagem de microondas do aglomerado Phoenix obtida pelo telescópio South Pole do National Science Foundation (NSF), em laranja, combinado com imagens no ultravioleta, em azul, e no óptico, em vermelho, verde e azul. A imagem de microondas fez uso do efeito Sunyaev-Zeldovich. Neste fenômeno, os fótons da radiação cósmica de fundo (CMB), a radiação remanescente após o Big Bang, interage com os elétrons no gás quente que permeia o aglomerado de galáxias. Os fótons adquirem energia a partir desta interação, o que distorce o sinal do CMB na direção do aglomerado.

O que está impedindo um grande número de estrelas de se formar no RX J1532?

A imagem no topo do observatório de raios X Chandra e do Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) do NSF têm fornecido uma resposta para esta pergunta. A imagem de raios X mostra duas grandes cavidades no gás quente em ambos os lados da galáxia central. A imagem do Chandra foi especialmente processada para enfatizar as cavidades. Ambas estão alinhadas com jatos observados em imagens de rádio do VLA. A localização do buraco negro supermassivo entre as cavidades é muito evidente devido aos jatos supersônicos gerados por ele penetrando no gás quente, formando as cavidades.

Frentes de choque semelhante aos estrondos sônicos provocadas pelas cavidades em expansão e liberação de energia por ondas sonoras que reverberam através do gás quente fornecem uma fonte de calor que impede que a maior parte do gás se resfrie e forme novas estrelas.

As cavidades possuem cerca de 100.000 anos-luz de diâmetro, aproximadamente igual à largura da galáxia Via Láctea. A energia necessária para gerá-los está entre as maiores conhecidas em aglomerados de galáxias. Por exemplo, a energia é quase 10 vezes maior do que o necessário para criar as cavidades bem conhecidas em Perseu.

© Chandra (aglomerado Perseu)

Embora a energia para alimentar os jatos podem ter sido gerada pela matéria que cai em direção ao buraco negro, nenhuma emissão de raios X foi detectada. Este resultado pode ser explicado se o buraco negro é ultramassivo ao invés de supermassivo com uma massa mais de 10 bilhões de vezes a do Sol. Este buraco negro deve ser capaz de produzir poderosos jatos sem consumir grandes quantidades de massa, o que resulta em muito pouca radiação do material que cai para o interior.

Outra explicação possível é que o buraco negro tem uma massa apenas cerca de um bilhão de vezes a do Sol, mas está girando muito rapidamente. Esse buraco negro pode produzir jatos mais poderosos do que um buraco negro girando lentamente ao consumir a mesma quantidade de matéria. Em ambas as explicações o buraco negro é extremamente massivo.

A cavidade mais distante também é vista em um ângulo diferente em relação aos jatos, ao longo da direção norte-sul. Esta cavidade provavelmente tenha sido produzida por um jato de uma explosão muito mais antiga que o buraco negro. Isto levanta a questão de por que esta cavidade não está alinhada aos jatos. Existem duas explicações possíveis. Qualquer movimento em larga escala do gás no aglomerado levou-o para o lado ou o buraco negro está em precessão, ou seja, balançando como um pião.

Um artigo descrevendo o trabalho foi publicado no The Astrophysical Journal. 

Fonte: Space Telescope Science Institute