Os astrônomos descobriram um processo único sobre como as maiores galáxias elípticas do universo continuam gerando estrelas muito tempo depois do anos de pico de nascimentos estelares. A alta resolução e a sensibilidade à radiação ultravioleta do Hubble, permitiu aos astrônomos observarem nós brilhantes de estrelas azuis, quentes, se formando juntamente com jatos de buracos negros ativos encontrados nos centros das gigantescas galáxias elípticas.
Combinando dados do Huubble com observações feitas por um conjunto de telescópios baseados tanto em Terra como no espaço, duas equipes independentes descobriram que os jatos dos buracos negros, e as estrelas recém-nascidas são todos partes de um ciclo auto-regulado. Jatos de alta energia atirados do buraco negro aquecem um halo de gás circulante, controlando a taxa com a qual o gás esfria e cai na galáxia.
“Pense no gás ao redor da galáxia como uma atmosfera”, explicou o líder do primeiro estudo, Megan Donahue, da Universidade Estadual do Michigan. “Essa atmosfera pode conter material em diferentes estados, do mesmo modo que a nossa atmosfera tem gás, nuvens e chuva. O que nós estamos vendo é um processo parecido com uma tempestade. À medida que os jatos impulsionam o gás para fora do centro da galáxia, parte do gás esfria e precipita em aglomerados frios que caem de volta para o centro da galáxia como gotas de chuvas”.
“As gotas de chuva eventualmente esfriam o suficiente para tornar-se nuvens de formação de estrelas de gás frio molecular, e a capacidade de observar no ultravioleta distante do Hubble, nos permitiu observar diretamente esses chuviscos de formação de estrelas”, explicou o líder do segundo estudo, Grant Tremblay, da Universidade de Yale. “Nós sabemos que esses chuviscos estão linkados com os jatos, pois eles foram encontrados em filamentos que se dobram ao redor dos jatos, ou abraçam as bordas de bolhas gigantes que os jatos inflaram”, disse Tremblay. “E eles terminam fazendo um redemoinho de gás de formação de estrelas ao redor do buraco negro central”.
Mas o que deveria ser uma monção de chuva de gás, é reduzido a uma mera garoa pelo buraco negro. Enquanto que parte do fluxo de gás para fora da galáxia esfriará, o buraco negro aquece o resto do gás ao redor da galáxia, que previne que todo o envelope gasoso esfrie mais rapidamente. O ciclo inteiro é um mecanismo de resposta auto-regulado, como um termostato num sistema de aquecimento e de resfriamento de uma casa, porque a poça de gás ao redor do buraco negro fornece o combustível que energiza os jatos. Se muito resfriamento acontece, os jatos tornam-se mais poderosos e adiciona mais calor. E se os jatos adicionam muito calor, eles reduzem seu suprimento de combustível e eventualmente enfraquecem.
Essa descoberta explica o mistério de por que muitas galáxias elípticas no atual momento do universo não possuem uma taxa maior de nascimento de estrelas. Por muitos anos, a questão tinha persistido de por que as galáxias com gás, não transformam todo o gás em estrelas. Modelos teóricos da evolução de galáxias predizem que as galáxias da época atual mais massivas que a Via Láctea deveriam estar explodindo com formação de estrelas, mas esse não é o caso.
Agora os cientistas entendem esse caso do desenvolvimento aprisionado, onde um ciclo de aquecimento e esfriamento mantém o nascimento das estrelas. Uma leve garoa de gás resfriado fornece o combustível suficiente para os jatos do buraco negro central manterem o resto do gás da galáxia quente. Os pesquisadores mostraram que as galáxias não precisam de eventos fantásticos e catastróficos como colisões de galáxias para explicar os chuviscos de nascimento de estrelas.
O estudo liderado por Donahue observou uma grande variedade de galáxias elípticas massivas na luz ultravioleta distante encontradas no Cluster Lensing And Supernova Survey com o Hubble, o CLASH, que contém galáxias elípticas do universo distante. Nisso incluem galáxias que chovem e formam estrelas, e outras que não. Por comparação, o estudo feito por Tremblay e seus colegas observou somente as galáxias elípticas do universo próximo com explosões nos seus centros. Em ambos os casos, os filamentos e nós do nascimento de estrelas pareceram fenômenos muito similares. Um estudo anterior, independente, liderado por Rupal Mital, do Rochester Institute of Technology e do Max Planck Institute for Gravitational Physics, também analisou a taxa de nascimento de estrelas nas mesmas galáxias que as amostras usadas por Tremblay.
Os pesquisadores foram ajudados por um novo conjunto de simulações computacionais da hidrodinâmica dos fluxos de gás, desenvolvido por Yuan Li da Universidade de Michigan. “Essa é a primeira vez que nós temos modelos nas mãos que preveem como essas coisas possam parecer”, explicou Donahue. “E quando se compara os modelos aos dados, existe uma grande similaridade entre os chuviscos de formação de estrelas que nós observamos e aqueles que ocorrem nas simulações. Nós estamos tendo uma ideia física que nós podemos então aplicar os modelos”.
Junto com o Huubble, que mostrou onde as novas e as velhas estrelas estão, os pesquisadores também usaram o Galaxy Evolution Explorer (GALEX), o Herschel Space Observatory, o Spitzer Space Telescope, o Chandra X-Ray Observatory, o X-Ray Multi-Mirror Mission (XMM-Newton), o Jansky Very Large Array (JVLA) do National Radio Astronomy Observatory (NRAO), o telescópio WIYN de 3.5 metros do Kitt Peak do National Optical Astronomy Observatory (NOAO), e o telescópio de 6.5 metros Magellan Baade. Juntas essas observações pintaram uma imagem completa de onde todo gás está, desde os pontos mais quentes até os pontos mais frios. O conjunto de telescópios mostrou como o ecossistema das galáxias funciona, incluindo o buraco negro e a sua influência na galáxia hospedeira e no gás ao redor da galáxia.
O artigo de Donahue foi publicado no Astrophysical Journal de 2 de Junho de 2015. O artigo de Tremblay foi publicado no Monthly Notices of the Royal Astronomical Society de 29 de Junho de 2015.
Fonte:
http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2015/26/full/
