JWST confirma que galáxia distante foi assassinada por um buraco negro: WebCuriosos

Quando o Telescópio Espacial James Webb foi lançado no dia de Natal de 2021, enfrentou uma série de questões intrigantes. Quando foi finalmente lançado, os astrónomos tinham uma grande lista de alvos que imploravam pelo tipo de observações detalhadas que apenas o poderoso telescópio espacial infravermelho poderia realizar.

Um dos alvos era uma galáxia antiga e massiva que está basicamente morta e não forma novas estrelas.

Os resultados chegaram e uma equipe internacional de astrônomos sabe o que aconteceu com a galáxia inativa.

O crescimento e evolução das galáxias é um campo de estudo chave na astronomia. Como passamos do Big Bang até hoje, quando galáxias massivas como a nossa Via Láctea povoam o Universo? Os astrônomos aprenderam que buracos negros supermassivos (SMBHs) residem no coração de galáxias massivas e moldaram suas galáxias de maneiras poderosas.

SMBHs criam poderosos núcleos galácticos ativos (AGN) nos núcleos das galáxias. À medida que um SMBH atrai material em sua direção, o material é coletado em um disco de acreção. O material é aquecido a temperaturas extremamente altas e emite energia em todo o espectro eletromagnético, criando um AGN que pode ofuscar o resto da galáxia.

AGN são objetos poderosos. De acordo com a teoria, eles têm o poder de interromper o fornecimento de gás frio de formação de estrelas e de diminuir drasticamente a taxa de formação de estrelas (SFR) na sua galáxia hospedeira. Eles sopram ventos de gás formador de estrelas para fora de suas galáxias, o que desacelera o SFR. Os astrônomos chamam isso têmperae é frequentemente observado em galáxias massivas chamadas galáxias quiescentes.

Agora, o JWST observou uma antiga galáxia massiva chamada GS-10578 em desvio para o vermelho z = 3,064. É apelidada de “Galáxia de Pablo” e, para uma fase tão inicial da evolução do Universo, é enorme: contém cerca de dois mil milhões de massas solares.

Mas a Galáxia de Pablo está extinta, o que significa que a maior parte da sua formação estelar ocorreu entre 12,5 e 11,5 mil milhões de anos atrás. Muitas galáxias massivas locais foram extintas, o que ajudou a impulsionar o desenvolvimento da teoria da Extinção de AGN.

Uma equipe de cientistas apresentou sua pesquisa sobre a Galáxia de Pablo em um novo artigo intitulado “Uma galáxia pós-explosão estelar de rotação rápida extinta pelo feedback de um buraco negro supermassivo em z = 3.” O artigo é publicado em Astronomia da Naturezae o co-autor principal é Francesco D'Eugenio, do Instituto Kavli de Cosmologia e do Laboratório Cavendish da Universidade de Cambridge, no Reino Unido.

“Galáxias locais, massivas e quiescentes assemelham-se a destroços colossais de gloriosas mas remotas histórias de formação estelar (SFHs) e de extinção poderosa e rápida, que não têm igual nos dias de hoje”, escrevem os autores. “O Telescópio Espacial James Webb (JWST) permitiu-nos, pela primeira vez, testemunhar estas galáxias monumentais durante a época longínqua em que surgiram e desapareceram.”

“Com base em observações anteriores, sabíamos que esta galáxia estava num estado extinto: não está a formar muitas estrelas devido ao seu tamanho, e esperamos que exista uma ligação entre o buraco negro e o fim da formação estelar,” disse o co-autor Dr. Francesco D'Eugenio, do Instituto Kavli de Cosmologia de Cambridge. “No entanto, até Webb, não fomos capazes de estudar esta galáxia com detalhes suficientes para confirmar essa ligação, e não sabíamos se este estado extinto é temporário ou permanente.”

“No Universo primordial, a maioria das galáxias estão a formar muitas estrelas, por isso é interessante ver uma galáxia morta tão massiva neste período de tempo,” disse o co-autor Professor Roberto Maiolino, também do Instituto Kavli de Cosmologia. “Se tivesse tempo suficiente para chegar a este tamanho massivo, qualquer que fosse o processo que impediu a formação de estrelas provavelmente aconteceu de forma relativamente rápida.”

A Galáxia de Pablo às vezes é chamada de 'pepita azul,' uma classe de galáxias que se pensa existir apenas no Universo primitivo. As pepitas azuis são enormes e extremamente compactas, e os astrónomos pensam que são precursoras das modernas galáxias inativas chamadas 'pepitas vermelhas.'

As pepitas azuis estão passando por uma “compactação rica em gás”. Isso significa que há uma explosão central de formação estelar que é impulsionada pela instabilidade do disco ou por grandes fusões ricas em gás. Essa explosão é seguida pela extinção, o que deixa uma galáxia de pepita vermelha.

“Como mostraremos, o GS-10578 já é uma pepita vermelha em estágio avançado de extinção”, escrevem os autores. Eles explicam que está se fundindo com várias galáxias satélites de baixa massa e “está passando por feedback poderoso e ejetivo de seu SMBH”.

Os pesquisadores dizem ter evidências diretas de que o feedback AGN pode extinguir a formação de estrelas nas primeiras galáxias. Observações anteriores com outros telescópios mostram que as galáxias têm ventos de gás que saem rapidamente. Esse gás é quente, tornando-o mais fácil de ver, mas não forneceu evidências de que SMBHs e AGN possam extinguir a formação de estrelas. Isso ocorre porque o gás é quente e as estrelas se formam a partir de um gás frio e denso.

A Galáxia de Pablo não é diferente. Está expelindo grandes quantidades de gás quente a velocidades suficientemente altas para escapar completamente da galáxia. A SMBH e a sua AGN estão a expulsar o gás.

Mas o JWST fez a diferença nestas novas observações. Observou um novo componente do vento que sai feito de gás frio. O gás frio não emite luz, mas o JWST é extremamente sensível e pode detectá-lo pela forma como bloqueia a luz de galáxias distantes no fundo. Criticamente, sem gás frio, uma galáxia luta para formar estrelas e fica extinta.

A quantidade de gás expelida pelos ventos impulsionados pelo AGN é maior do que a quantidade necessária para formar novas estrelas.

“Encontramos o culpado”, disse D’Eugenio. “O buraco negro está matando esta galáxia e mantendo-a adormecida, ao cortar a fonte de 'alimento' de que a galáxia necessita para formar novas estrelas.”

Estes são resultados entusiasmantes, mas os autores alertam que esta é apenas uma galáxia. “GS-10578 representa uma oportunidade única para estudar como as galáxias mais massivas do Universo se tornaram – e permaneceram – quiescentes”, explicam os autores na sua investigação.

“Mesmo que não possamos tirar conclusões gerais de um único alvo, mostramos que o feedback AGN é capaz de alimentar fluxos de gás neutro com alta velocidade e alta carga de massa, o suficiente para interromper a formação de estrelas, removendo o seu combustível de gás frio.”

Também ainda há questões pendentes. Outras galáxias semelhantes à Galáxia de Pablo também mostram que os ventos de saída de gás frio podem ser a chave para a extinção das galáxias.

“Ainda não está claro como exatamente essas saídas estão associadas ao AGN”, escrevem os autores. Eles explicam que apenas um censo de galáxias semelhantes pode nos dizer se estas fortes ejeções de gás de formação estelar são um mecanismo chave para causar a extinção ou se a ejeção de gás é meramente episódica.

O JWST também respondeu a outra questão pendente sobre galáxias extintas. Os nossos modelos teóricos mostraram que quando a formação estelar de uma galáxia foi extinta, foi um evento turbulento que destruiu violentamente a forma da galáxia. A Galáxia de Pablo ainda exibe a imponente forma de disco de uma galáxia imperturbável. Suas estrelas se movem de maneira uniforme e previsível.

O JWST está funcionando exatamente como planejado. Ao trazer à vista o Universo antigo, está a responder a muitas questões antigas em astronomia, astrofísica e cosmologia.

“Sabíamos que os buracos negros têm um impacto enorme nas galáxias e talvez seja comum que interrompam a formação de estrelas, mas até Webb não fomos capazes de confirmar isso diretamente”, disse Maiolino.

“É mais uma forma de Webb dar um salto gigantesco em termos da nossa capacidade de estudar o Universo primordial e como ele evoluiu.”

Este artigo foi publicado originalmente por Universo hoje. Leia o artigo original.