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Imagens do centro da Via Láctea obtidas pelo Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) e pelo Telescópio de Raios X Chandra. | Crédito: Raios X: NASA/CXC/Universidade Northwestern/M. Gorski; Rádio: ESO/NAOJ/NRAO/ALMA; Processamento de imagem: NASA/CXC/SAO/K. Arcand e P. Edmonds. NASA/UMass/D. Wang et al.
Após 50 anos de buscas, astrônomos finalmente descobriram evidências de ventos poderosos emanando de Sagitário A* (Sgr A*), o buraco negro supermassivo no centro da nossa galáxia. Essa descoberta aprofunda nossa compreensão dos processos físicos que ocorrem tanto ao redor de buracos negros supermassivos quanto no centro da Via Láctea.
Os cientistas teorizam há muito tempo que os buracos negros geram energia consumindo matéria, o que empurra a matéria para longe de seus arredores — um processo conhecido como "ventos de buraco negro". Isso se aplica até mesmo ao Sgr A*, que se alimenta de gás e poeira em quantidades tão ínfimas. Para um ser humano, isso equivale a consumir um grão de arroz a cada 10 minutos. milhão anos.
O problema era que os cientistas não conseguiam reunir provas de ventos de buracos negros fluindo pelo coração da Via Láctea, deixando a astronomia perplexa por cerca de meio século — até agora.
«"Se um buraco negro não existe em um vácuo perfeito, ele deve estar emitindo vento de alguma forma. E um vácuo perfeito não existe no universo", disse Mark Gorski, co-líder da equipe e pesquisador da Universidade Northwestern, em um comunicado. "Graças a essas novas observações, pela primeira vez conseguimos uma imagem nítida o suficiente para ver a assinatura do vento. Analisamos os dados e dissemos: 'É isso. É isso que todos estavam procurando nos últimos 50 anos.'".
Observar os ventos de um buraco negro não é tarefa fácil.
Os cientistas sabem há muito tempo que buracos negros em fase de alimentação emitem poderosos fluxos de matéria ao seu redor, incluindo jatos e ventos. Os ventos surgem quando a matéria que cai em direção ao buraco negro acelera a quase a velocidade da luz, criando uma pressão que empurra a matéria que cai para longe. Isso foi observado em buracos negros que consomem matéria muito rapidamente, mas não no Sgr A*, que recebe pouca alimentação. Seu consumo esparso de matéria e o fato de estar oculto da nossa visão pelo plano da Via Láctea dificultam o rastreamento desse vento.
A colega de Gorski da Universidade Northwestern e co-líder de sua equipe, Lena Murcikova, observou que os cientistas foram os primeiros a detectar gás molecular nas imediações de Sgr A*, gás esse que alimenta um buraco negro supermassivo. Isso lhes permite concluir com segurança que Sgr A* é semelhante a outros buracos negros supermassivos.
«"O vento não é forte e sua direção provavelmente muda com o tempo. Isso mostra que nosso buraco negro não é único, e nem o nosso lugar no Universo", acrescentou Murchikova. "Para observar nosso próprio buraco negro, precisamos olhar através do plano da nossa galáxia. Isso significa que temos que olhar através de gás, poeira e estruturas ionizadas, e não é fácil enxergar através de tudo isso.".
Uma imagem composta do centro da Via Láctea, criada pela combinação de dados de rádio do Atacama Large Millimeter/Array (ALMA) com dados de raios X do Chandra. | Crédito: Raios X: NASA/CXC/UMass/D. Wang et al.; rádio: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/S. Longmore et al. Fundo: ESO/D. Minniti et al.
Para lidar com essas dificuldades, a equipe recorreu a cinco anos de observações profundas do centro da Via Láctea usando o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), um conjunto de 66 antenas localizado no norte do Chile. Isso resultou na imagem mais nítida até o momento de gás molecular frio, com aproximadamente 3 anos-luz de diâmetro, para Sgr A*. Um aspecto dessas observações que chamou a atenção dos cientistas foi uma cavidade em forma de cone com três anos-luz de comprimento dentro dessa nuvem de gás frio. Eles levantaram a hipótese de que essa cavidade deve ter sido aberta por gás mais quente no vento do buraco negro que varria a região, empurrando o gás frio para frente ou aquecendo-o.
«"Se você expelir material quente de um buraco negro, ele não vai querer coexistir com material frio", disse Gorski. "Ou ele expulsará o material frio ou o aquecerá. E se ficar muito quente, o gás frio não será mais visível.".
A região ao redor de Sgr A* é densamente povoada por estrelas, e as estrelas também emitem ventos estelares, mas a equipe acredita que esses ventos estelares não são suficientes para formar uma cavidade tão grande.
«"Há um déficit enorme de matéria. Calculamos quanta energia seria necessária para criar essa cavidade. É mais do que as estrelas dessa região poderiam fornecer", explicou Gorski. "Essencialmente, é necessária uma contribuição do buraco negro supermassivo. E se você observar o formato do cone, verá que ele aponta diretamente para o buraco negro.".
Para confirmar seus resultados, os cientistas recorreram a observações da mesma região feitas pelo Telescópio Espacial de Raios X Chandra da NASA.
«"Alegações excepcionais exigem provas excepcionais", disse Gorski. "Queríamos ter certeza de que não se tratava apenas de um artefato de imagem. E então a imagem de raios X do Chandra coincidiu perfeitamente. As características moleculares também coincidiram.".
Isso confirmou os resultados obtidos pelo ALMA, que revelaram emissão de raios X provenientes de uma região da cavidade no gás frio.
«"Quando você encontra algo que ninguém viu antes, o primeiro pensamento que vem à mente não é 'Meu Deus, fizemos uma descoberta'", diz Murchikova. "É mais como 'Meu Deus, o que há de errado com a minha análise?' Mas quando sobrepusemos nossa imagem à radiografia, tudo ficou claro.".
Imagem de Sagitário A*, o buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea. | Fonte: Colaboração EHT
Embora os resultados do estudo confirmem que Sgr A* é extremamente calmo em comparação com buracos negros supermassivos localizados em regiões brilhantes e turbulentas de outras galáxias, chamadas núcleos galácticos ativos (AGNs), esse vento negro não é fraco. Na verdade, os cientistas acreditam que ele está ativo há cerca de 20.000 anos.
«"A maioria das outras galáxias passa a maior parte de suas vidas em um estado de baixa atividade", disse Murcikova. "Mas só podemos observá-las quando estão em plena evolução. Estudar buracos negros nesse estado é muito interessante, mas esse não é o seu estado dominante. Sgr A* finalmente nos oferece uma janela para a vida de um buraco negro nesse estado quiescente.".
As conclusões da equipe foram publicadas na quinta-feira (4 de junho) no periódico The Astrophysical Journal Letters.