"Fóssil" galáctico achado em galáxia com buraco negro surpreende astrônomos

Os raios X em questão delineiam nuvens gigantes de gás frio na galáxia espiral NGC 4945. Esse gás parece ter atravessado o sistema após o buraco negro supermassivo no centro da região ter surgido há milhões de anos.

"Encontramos buracos negros supermassivos nos centros de quase todas as galáxias do tamanho da Via Láctea, e uma questão em aberto é quanta influência eles têm em comparação com os efeitos da formação de estrelas", comenta em comunicado Kimberly Weaver, astrofísica do centro de pesquisa em Maryland, que liderou a pesquisa. "O estudo de galáxias próximas como a NGC 4945, cujas observações parecem mostrar um período de transição, nos ajuda a criar modelos melhores de como as estrelas e os buracos negros produzem mudanças galácticas."

O trabalho foi possível graças aos dados coletados pelo satélite XMM-Newton (X-ray Multi-Mirror Mission), da Agência Espacial Europeia (ESA), e ao apoio do Observatório de raios-X Chandra, da Nasa. Um estudo sobre a descoberta está sendo revisado pelo The Astrophysical Journal.

A NGC 4945 é uma galáxia do tipo starburst; isto é, ela forma estrelas muito mais rapidamente do que a Via Láctea. Estima-se que, anualmente, esse sistema produza uma quantidade de massa equivalente a 18 astros como o nosso Sol (o que é quase três vezes a taxa da nossa galáxia). Quase toda essa formação está concentrada no centro da NGC 4945.

Galáxias ativas como essa têm um núcleo brilhante e variável. Esse centro é alimentado por um buraco negro supermassivo que aquece um disco de gás e poeira ao seu redor por meio de forças gravitacionais e de atrito. Conforme o buraco negro consome lentamente o material à sua volta, ocorrem flutuações aleatórias na luz emitida pelo disco.

Na NGC 4945, assim como na maioria das galáxias ativas, o buraco negro e o seu disco circundante são envoltos por uma nuvem de poeira conhecida como toro. Densa, essa camada acaba bloqueando parte da luz do disco.

Foi nessa região curiosa que a equipe de Weaver se concentrou na nova pesquisa. Nos dados captados pelo XMM-Newton, os cientistas notaram o que eles chamam de "linha k-alfa de ferro" – algo que ocorre quando uma luz muito energética de raios X emitida do disco de um buraco negro encontra gás frio (com temperaturas em torno de -200°C).

Pesquisadores já haviam detectado uma linha de ferro em outras galáxias ativas anteriormente. Porém, até Weaver e sua equipe analisarem o centro da NGC 4945, acreditava-se que essa linha só aparecia em escalas muito mais próximas ao buraco negro.

"Nessa galáxia, [o Chandra] nos ajudou a estudar fontes individuais brilhantes de raios X na nuvem para nos ajudar a descartar outras possíveis origens além do buraco negro", diz Jenna Cann, coautora do estudo e pesquisadora de pós-doutorado no Goddard. "Mas a linha da NGC 4945 se estende tão longe de seu centro que precisamos do amplo campo de visão do XMM-Newton para vê-la por inteiro."

O posicionamento do satélite da ESA permitiu mapear a extensão da linha de ferro da galáxia espiral em Centauro ao longo do plano dela (32 mil anos-luz) e também acima dele (16 mil anos-luz). Com a análise dos dados, a equipe acredita que o gás frio destacado pela linha de ferro em NGC 4945 é uma relíquia deixada por um jato de partículas que irrompeu do buraco negro central da galáxia há cerca de 5 milhões de anos.

Uma hipótese dos autores é que esse jato estivesse inclinado para dentro da galáxia, em vez de apontar para o espaço afora. Isso teria gerado um vento superpotente que empurrou gás frio através da NGC 4945; e, quem sabe, que teria até mesmo desencadeado as formações de estrelas nesse sistema starburst.

"Há várias linhas de evidência que indicam que os buracos negros desempenham papéis importantes em algumas galáxias, determinando suas histórias de formação de estrelas e seus destinos", afirma Edmund Hodges-Kluck, astrofísico do Goddard e coautor da pesquisa.

O próximo passo agora é continuar a monitorar as atividades na NGC 4945 para ver como seu buraco negro afeta tudo o que acontece nessa galáxia. Inclusive, os pesquisadores já apontam algumas possibilidades para o futuro. Os raios X do disco que atualmente estão destacando o gás frio também podem começar a dissipar essa nuvem; e isso afetaria as estrelas, já que elas precisam do gás para se formar.

"Estudamos muitas galáxias, como é o caso da NGC 4945, porque, embora a física seja praticamente a mesma de buraco negro para buraco negro, o impacto que cada um deles têm em suas galáxias varia muito", explica Hodges-Kluck. "O XMM-Newton nos ajudou a descobrir um fóssil galáctico que não sabíamos que deveríamos procurar – mas, provavelmente, esse é apenas o primeiro de muitos."

Divulgado pela Nasa, o vídeo a seguir fala sobre a pesquisa em torno dos raios X na galáxia NGC 4549.