Observações de alta resolução com o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) captaram um toróide de gás rotativo e empoeirado em torno de um buraco negro supermassivo ativo.
© Hubble/ALMA (região central da galáxia espiral M77)
O telescópio espacial Hubble fotografou a distribuição das estrelas. O ALMA revelou a distribuição do gás no centro da galáxia. O ALMA fotografou uma estrutura em forma de ferradura com um raio de 700 anos-luz e um componente central compacto com um raio de 20 anos-luz. Este último é o toróide gasoso. O vermelho indica a emissão dos íons formílicos (HCO+) e o verde indica a emissão do cianeto de hidrogênio (HCN).
A existência de tais estruturas giratórias em forma de rosquinha 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 seus centros. Os pesquisadores 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 bilhões de vezes maiores 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 equipe de astrônomos utilizou a alta resolução do ALMA para observar o centro da galáxia espiral M77. A região central da M77 é um núcleo galáctico ativo (NGA), o que significa que a matéria está caindo vigorosamente em direção ao buraco negro supermassivo central e emitindo luz intensa. Os NGAs podem afetar fortemente o ambiente circundante, portanto, são objetos importantes para resolver o mistério da coevolução das galáxias e dos buracos negros.
A equipe fotografou a área ao redor do buraco negro supermassivo da M77 e discerniu uma estrutura gasosa e compacta com um raio de 20 anos-luz. E foi descoberto que a estrutura compacta gira em torno do buraco negro, conforme esperado.
"Para interpretar várias características observacionais dos NGAs, os astrônomos assumiram estruturas giratórias e gasosas em forma de donut e ao 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). "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 astrônomos já tinham observado antes o centro da M77, mas nunca tinha a rotação do toróide gasoso sido vista tão nitidamente em torno do buraco negro. Além da resolução superior do ALMA, a seleção das linhas de emissão molecular observadas foi fundamental para revelar a estrutura. A equipe observou a emissão específica de micro-ondas das moléculas de cianeto de hidrogênio e íons formílicos. 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 toróide em torno do NGA é muito denso.
"As observações anteriores revelaram o alongamento este-oeste do toróide gasoso empoeirado. A dinâmica revelada a partir dos nossos dados ALMA concorda exatamente com a orientação rotacional esperada do toróide," 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 toróide parece ter uma assimetria e a rotação não está apenas seguindo a gravidade do buraco negro, mas também contém um movimento altamente aleatório. Estes fatos podem indicar que o NGA teve uma história violenta, possivelmente incluindo uma fusão com uma pequena galáxia. No entanto, a identificação do toróide giratório é um passo importante.
A Via Láctea, onde vivemos, também tem um buraco negro supermassivo no seu centro. Este buraco negro encontra-se, no entanto, num estado muito calmo. Apenas está acretando uma pequena quantidade de gás. Portanto, para investigar em detalhe um NGA, os astrônomos precisam de observar os centros de galáxias distantes. A M77 tem um dos NGAs mais próximos e é um objeto adequado para examinar o centro em detalhe.
Um artigo foi publicado na revista The Astrophysical Journal Letters.
Fonte: National Astronomical Observatory of Japan
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