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Domingo, Maio 22, 2022

Bolhas gigantes que se expandem da Via Láctea podem ser explicadas por um único evento

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

Eles são chamados de bolhas de Fermi e bolhas eROSITA, e os astrônomos acreditam que foram o resultado da atividade do supermassivo buraco negro no centro da Via Láctea, Sagitário A*. Como um conjunto de bolhas é muito maior que o outro, não ficou claro se elas foram produzidas ao mesmo tempo ou por eventos separados.

O bolhas de Fermi, detectado em 2010 e preenchido com 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. Eles também têm uma contraparte de micro-ondas, conhecida como névoa de microondas.

As bolhas eROSITA, emitindo radiação X, se estendem por cerca de 14 kiloparsecs (45.661 anos-luz) em qualquer direção do centro galáctico, para um total de 28 kiloparsecs. Nesse tamanho, eles engolem inteiramente as bolhas de Fermi.

No entanto, mesmo antes de toda a extensão das bolhas eROSITA ser descoberta, detalhado em um artigo de 2020, os cientistas pensaram que era provável que fossem produzidos pela mesma explosão. Os dois conjuntos de bolhas têm formas notavelmente semelhantes, sugerindo que estão conectadas de alguma forma.

Porque as bolhas são emitidas do centro galáctico, e porque bolhas semelhantes foram vistas em outras galáxiasparece provável que as bolhas Fermi e eROSITA estejam relacionadas com Sgr A*, em vez de um período elevado de formação estelar, conhecido como starburst.

Uma equipe de astrônomos liderada por Hsiang-Yi Karen Yang, da Universidade Nacional Tsing Hua, em Taiwan, usou simulações numéricas para diminuir a atividade dos buracos negros supermassivos que poderiam produzir as bolhas como as vemos. Escolhendo entre dois fenômenos possíveis – ventos gigantes soprando de Sgr A*, ou jatos astrofísicos – os pesquisadores descobriram que os jatos astrofísicos são mais plausíveis.

“Antes da detecção das bolhas eROSITA, a origem física das bolhas de Fermi e da névoa de micro-ondas havia sido muito debatida”, eles escrevem em seu papel.

“Mostramos que os novos dados da eROSITA fornecem informações cruciais que nos permitem colocar restrições adicionais nesses dois cenários, e que a combinação das imagens e espectros de raios gama, raios X e microondas sugerem fortemente que a atividade passada do jato da galáxia galáctica buraco negro central é o provável culpado.”

Sgr A* está bem quieto agora, emitindo apenas o explosão ocasional. Não é o que classificamos como um núcleo galáctico ativo; é um buraco negro supermassivo galáctico que está se alimentando ativamente de material de um enorme nuvem ao seu redor. Este é um processo confuso, com diferentes tipos de saídas.

O espaço em torno de um buraco negro fica muito complicado. O material alimenta o buraco negro a partir de um disco de acreção de material que gira em torno dele, assim como a água gira em torno de um dreno. Acredita-se que esses jatos sejam produzidos a partir de uma pequena fração de material que é canalizado ao longo das linhas do campo magnético fora do horizonte de eventos, da região interna do disco de acreção.

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

A simulação de Yang e sua equipe assumiu que Sgr A* estava ativo há cerca de 2,6 milhões de anos, lançando jatos no espaço por aproximadamente 100.000 anos, empurrando para o meio interestelar do planeta. halo galáctico.

Essas suposições reproduziram nitidamente conjuntos de bolhas muito semelhantes às bolhas observadas de Fermi e eROSITA.

bolhas simuladas de fermi erositaA simulação, com bolhas de raios gama em roxo e raios-X em azul. (Yang et al., Nat. Astron., 2022)

O grande contraste de pressão entre os jatos e o gás ambiente do meio interestelar fez com que os jatos se expandissem em um par de ‘casulos’ ou ‘bolhas’, semelhantes às bolhas de rádio observadas em aglomerados de galáxias, descobriram os pesquisadores.

“Atualmente, os casulos cresceram e atingiram uma altura de ~ 7,5 kiloparsecs do plano galáctico. Os elétrons dos raios cósmicos dentro dos casulos que foram transportados do centro galáctico interagem com o campo de radiação interestelar e brilham no raio gama banda como as bolhas de Fermi observadas”, eles escrevem em seu papel.

“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 para fora. densidade do gás, produzindo Bremsstrahlung térmica aprimorada (frenagem) na banda 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 nos dá algumas pistas sobre sua história. O modelo da equipe sugere que os campos magnéticos e a 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 na história da evolução da nossa Via Láctea”, os pesquisadores escrevem“e como este evento se encaixa no quadro mais amplo de co-evolução buraco negro supermassivo-galáxia no Universo.”

A pesquisa foi publicada em Astronomia da Natureza.



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