Diferentes tipos de bolhas cósmicas podem ter a mesma origem no centro da Via Láctea

Astrofísicos sugerem que dois conjuntos distintos de bolhas cósmicas gigantes que se estendem milhares de anos-luz acima e abaixo do plano da Via Láctea podem ter sido produzidos pelo mesmo evento, apesar de sua significativa diferença de tamanho.

Bolhas Fermi (em vermelho) e bolhas eROSITA (em ciano), embora de tamanhos diferentes, têm origem no mesmo local da Via Láctea, segundo novo estudo. Imagem: P. Predehl – Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik, Garching, Germany

Em 2020, o Olhar Digital divulgou um estudo que havia sido publicado no The Astrophysical Journal segundo o qual o fenômeno conhecido como bolhas Fermi teria ligação com uma série de “arrotos” de Sagitário A*, o buraco negro supermassivo localizado no centro da Via Láctea, que começou há cerca de seis bilhões de anos.

Agora, um novo estudo argumenta que além das bolhas Fermi, as bolhas eROSITA, descobertas posteriormente, também seriam resultado da atividade de Sagitário A*. No entanto, tendo em vista que um conjunto de bolhas é muito maior do que o outro, não ficou claro se elas foram produzidas ao mesmo tempo ou por eventos separados.

Detectadas em 2010, as bolhas Fermi, cheias de gás quente e campos magnéticos que emitem radiação gama, estendem-se nove kiloparsecs (29.354 anos-luz) acima e abaixo do plano galáctico, para um tamanho total de 18 kiloparsecs. Elas também têm uma contrapartida de micro-ondas, chamada neblina de micro-ondas.

Já as bolhas eROSITA, que emitem radiação X, estendem-se em torno de 14 kiloparsecs (45.661 anos-luz) em qualquer direção do centro galáctico, para um total de 28 kiloparsecs. Nessas medidas, elas absorvem totalmente as bolhas de Fermi.

Novo estudo busca entender a conexão entre os dois tipos de bolhas cósmicas

Uma equipe de astrônomos liderada pela cientista Hsiang-Yi Karen Yang, da Universidade Nacional Tsing Hua, em Taiwan, tem usado simulações numéricas para reduzir a atividade do buraco negro supermassivo que poderia produzir as bolhas como elas são vistas na Via Láctea.

Para os pesquisadores envolvidos na nova abordagem, publicada nesta segunda-feira (7) na revista Nature Astronomy, como os dois conjuntos de bolhas têm formas notavelmente semelhantes, isso poderia sugerir que elas estão conectadas de alguma maneira.

“Antes da detecção das bolhas eROSITA, a origem física das bolhas de Fermi e da neblina de micro-ondas havia sido muito debatida”, disse Yang. “Mostramos que os novos dados de eROSITA fornecem informações cruciais que nos permitem colocar restrições adicionais nesses dois cenários, e que a combinação das imagens de raios gama, raios-X e micro-ondas e espectros sugerem fortemente que a atividade do jato oriundo do buraco negro do centro galáctico é o provável culpado”.

Yang disse que Sagitário A* está bem “quieto” agora, emitindo apenas explosões ocasionais. “Não é o que classificamos como um núcleo galáctico ativo; que é um buraco negro supermassivo galáctico que está ativamente se alimentando de material de uma enorme nuvem ao seu redor”, explicou a cientista.

Esse material alimenta o buraco negro a partir de um disco de acreção que gira em torno dele, muito parecido com a água girando em torno de um dreno. Acredita-se que esses jatos são produzidos a partir de uma pequena fração de material que é expelida ao longo das linhas do campo magnético fora do horizonte do evento, a partir da região interna do disco de acreção.

As linhas de campo magnético atuam como um síncrotron, acelerando esse material para as regiões polares do buraco negro, onde é explodido no espaço na forma de jatos incrivelmente rápidos de plasma ionizado. Tais jatos podem explodir a uma grande distância no espaço acima e abaixo do plano galáctico.

Na simulação feita pelos pesquisadores do novo estudo, as bolhas de raios gama aparecem em roxo e as de raio-X em azul. Imagem: Yang, HY.K., Ruszkowski, M. & Zweibel, E.G.

Na simulação de Yang e sua equipe, Sagitário A* estava ativo há cerca de 2,6 milhões de anos, explodindo jatos no espaço por aproximadamente 100 mil anos, empurrando para o meio interestelar do halo galáctico. Esse modelo reproduziu conjuntos de bolhas muito semelhantes às bolhas Fermi e eROSITA observadas.

Segundo o estudo, o grande contraste de pressão entre os jatos e o gás ambiente do meio interestelar fez com que os jatos se expandissem para um par de “casulos” ou “bolhas”, semelhantes às bolhas de rádio observadas em aglomerados de galáxias.

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“Atualmente, os casulos cresceram e atingiram uma altura equivalente a 7,5 kiloparsecs do plano galáctico. Os elétrons de raios cósmicos dentro dos casulos que foram transportados do centro galáctico interagem com o campo de radiação interestelar e brilham na faixa de raios gama como as bolhas Fermi observadas”, disseram os autores do estudo em seu artigo.

“A mesma injeção de energia do buraco negro e a subsequente expansão do casulo empurraram o gás dentro do halo galáctico para longe do halo galáctico com velocidades supersônicas, formando um choque de propagação externa. Na frente de choque, a compressão do gás causou um aumento na densidade de gás local, produzindo uma emissão térmica aprimorada de Bremsstrahlung (frenagem) na faixa de raios-X manifestada como as bolhas eROSITA”.

Devido aos altos níveis de poeira, o centro galáctico é muito difícil de ver. Se as bolhas foram produzidas por jatos há cerca de 2,6 milhões de anos, isso dá algumas pistas sobre sua história. O modelo da equipe sugere que campos magnéticos e radiação foram suprimidos no momento em que os jatos foram lançados. Explorar os mecanismos pelos quais isso poderia ter ocorrido pode ser objeto de uma análise futura.

“Investigações futuras revelarão ainda mais o impacto desse feedback energético sobre a história da evolução da nossa galáxia Via Láctea e como esse evento se encaixa no quadro mais amplo da coevolução do buraco negro supermassivo central no Universo”.

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