Estrelas binárias em formação

Você sabia que cerca de metade das estrelas se forma em sistemas duplos como este? Esta
imagem do ALMA mostra duas estrelas jovens ainda se formando, capturando matéria do seu
entorno, confirmando este modo de formação de estrelas.
As estrelas podem se formar em pares próximos porque, dentro de um berçário de estrelas, os
núcleos em formação dentro do disco protoplanetário podem começar a interagir
gravitacionalmente e orbitar um ao redor do outro. À medida que as estrelas envelhecem, as
interações gravitacionais entre elas podem perturbar suas órbitas, levando a transferência de
massa e a sua fusão ou até mesmo à ejeção de uma das estrelas.

Toro de gás e poeira em torno de buraco negro confirma modelo unificado de AGN’S (Active Galactic Nuclei = Núcleos Ativos de Galáxias)

A observação de um Buraco Negro Supermassivo escondido por um anel de poeira – na verdade, um toróide (como um pneu) no núcleo da galáxia NGC1068 (imagem da esquerda), observado pelo instrumento MATISSE do VLT/ESO (imagem da direita), confirma o chamado modelo unificado para os AGNs. Este modelo prediz que, se observarmos o AGN de lado, de forma que a radiação da fonte central e do disco de acreção ficam bloqueados pelo toróide, vemos um AGN do tipo 2; se observarmos o toróide de cima, em que podemos também observar a fonte central e o disco de acreção, vemos um AGN tipo 1.

Esses toróides acumulam a poeira e gás que alimentam o disco de acreção em órbita ao redor do buraco negro supermassivo no centro da galáxia. À medida que as partículas de poeira se movem em torno do buraco negro, elas são aquecidas e emitem radiação no infravermelho, como observada pelo instrumento MATISSE. Muitas vezes, como indicado pela imagem do MATISSE (imagem da direita), há também um vento sendo emitido do toróide.

Buracos negros duplos

Crédito: Satélite de raios-X Chandra.

Um dos maiores buracos negros supermassivos já encontrados, com 18 bilhões de massas solares fica na galáxia OJ287, a 3,5 bilhões de anos-luz. É um sistema duplo, com outro buraco negro de 150 milhões de massas solares.

Num sistema assim, os dois buracos negros orbitam um ao outro, como um casal dançando uma valsa cósmica. À medida que eles se aproximam, a energia gravitacional liberada vai sendo convertida em ondas gravitacionais que se espalham pelo Universo e que no futuro poderemos observar com novos detectores de ondas gravitacionais para estas frequências características de buracos negros supermassivos como o LISA, um interferômetro a ser instalado no espaço.

Ejeção de gás do buraco negro supermassivo impactando a Galáxia Centaurus A

O poder dos Buracos Negros Supermassivos aparece bem ilustrado nesta imagem do Hubble da galáxia Centaurus A: ejeções de gás (jatos em amarelo) a partir do entorno de seu buraco negro supermassivo, impactando a galáxia elíptica (em branco) pela captura de uma galáxia espiral (de perfil).

Essas ejeções de gás podem ter várias consequências na galáxia, incluindo a remoção do gás disponível para a formação de estrelas e assim alterando sua taxa de formação de novas estrelas.

Ejeção de gases gerando novas estrelas

Crédito: Amy Reines, com base em observações do Hubble.

A interação entre gás sendo ejetado do entorno do buraco negro supermassivo e o gás ambiente nesta galáxia anã está provocando formação de novas estrelas! Isto é o oposto do que acontece em galáxias mais massivas! O que observamos nestas galáxias mais massivas é que a radiação e os jatos do disco de acreção dos seus buracos negros esquenta e perturba o gás circundante dificultando o colapso das nuvens para formar novas estrelas.

No caso desta galáxia anã o que está acontecendo é que, quando o gás é ejetado do entorno do buraco negro supermassivo, ele colide com o gás circundante, e, ao invés de dispersá-lo, cria uma região densa de gás e poeira, que pode então entrar em colapso sob sua própria gravidade, originando uma protoestrela. Ou seja, a ejeção pode dar origem a novas estrelas! No entanto, a formação de estrelas depende também de outros fatores, incluindo a quantidade e densidade de gás, a taxa de colisão entre as partículas de gás e a temperatura do gás. Neste caso, estas propriedades resultaram favoráveis a formação de novas estrelas.

Dois quasares “acendendo” devido à interação entre suas galáxias

Tudo o que acontece de interessante no Universo resulta da interação! Em todos os níveis e escalas! Aqui dois Quasares “se acendem”, devido à interação entre suas galáxias hospedeiras que provoca acreção de matéria pelos seus buracos negros centrais! Imagem do Hubble!

Á medida que as galáxias interagem e vão acabar se fundindo, o mesmo vai acontecer com seus buracos negros, e a grande energia emitida pelos núcleos ativos – os quasares, vai fazer o processo mais espetacular, pela grande quantidade de energia emitida, o que pode gerar não só grande quantidade de radiação, mas também ventos e jatos de partículas.

Forças de maré destruidoras de buracos negros

Crédito: Sophia Dagnello, Caltech.

A ilustração mostra a destruição de uma estrela pelas forças de maré de um Buraco Negro Supermassivo – TDE (Tidal Disruption Event). Cerca de 100 TDE’s foram testemunhados até a presente data.

As forças de maré são forças que atuam sobre um objeto quando ele está sujeito a uma diferença de força gravitacional devido à sua proximidade a outro objeto massivo. Essas forças podem causar deformações no objeto, como alongamento ou compressão e mesmo a sua destruição, e afetar sua órbita em torno do objeto massivo.

Um buraco negro também gera forças de maré em objetos que se aproximem dele. No caso de um supermassivo, se uma estrela se aproxima muito dele, as forças de maré são tão fortes que fazem com que ela seja completamente destruída, e sua matéria espirale em direção a ele, formando um disco de acreção.

Buracos negros supermassivos em galáxias anãs?

Já sabemos que buracos negros supermassivos estão presentes na maioria das galáxias massivas, como a Via Láctea ou mesmo maiores. Mas, e nas menores? A galáxia anã MRK-462, que está no canto inferior direito deste aglomerado de galáxias mostra um buraco negro supermassivo crescendo no seu centro, como revelado pela sua imagem em raios-X (na cor magenta, obtida pelo satélite Chandra). É raro encontrar um buraco negro supermassivo no centro de galáxias anãs! Mas importante para entender a co-evolução de galáxias e buracos negros supermassivos no seu centro.

Os jatos de plasma do buraco negro supermassivo de Centaurus A

Crédito: McKinley et al., Nature Astronomy, Dezembro 2021.

Impressionante imagem dos jatos de plasma do entorno do Buraco Negro Supermassivo da rádio-galáxia Centaurus A, a 12 milhões de anos-luz: os jatos se estendem por 8 graus no céu, o que equivale ao diâmetro combinado de 16 Luas! Tal extensão foi observada pelas antenas do Murchison Widefield Array, Australia.

Os jatos de plasma (o chamado “quarto estado da matéria”) são fluxos de gás ionizado – composto de elétrons e íons, que são acelerados a altas velocidades e lançados a partir de objetos astronômicos em regiões de intenso campo magnético. Este campo magnético é  que acelera estas partículas, e são encontrado no disco de acreção d buracos negros supermassivos e em outros objetos astronômicos como estrelas jovens!