Como as Galáxias Ficam Silenciosas | Revista Descubra

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Os buracos negros são as coisas mais próximas que nos restam de monstros mitológicos – o aviso “Aqui estão os dragões” de nossos mapas cosmológicos. Os buracos negros supermassivos no centro das galáxias merecem atenção especial. Eles são as âncoras incrivelmente massivas das centenas de bilhões de sistemas solares em nossa galáxia, assim como outros.

Mas nem todas as comunidades interestelares estão crescendo. Algumas são galáxias “apagadas”, onde a formação de novas estrelas parece ter parado. Por que e como isso acontece tem frustrado astrônomos e astrofísicos há 20 anos. Um recentemente publicado estude faz um forte argumento de que o fator mais importante está no próprio núcleo dessas galáxias, e a força sobrenatural dos buracos negros: sua massa.

Quebrando os pedaços na sopa interestelar

A astrônoma da Universidade de Cambridge, Joanna Piotrowska, principal autora do estudo, explica que, apesar da complexidade dos buracos negros, galáxias e astrofísica em geral, existem apenas duas maneiras básicas pelas quais uma galáxia pode apagar as estrelas: ou algo está cortando seu suprimento de gás , ou algo está impedindo que o gás se acumule.

Houve três teorias predominantes sobre como isso acontece. Tudo tem a ver com massa. A primeira – explosões de supernovas – depende da massa das estrelas na galáxia: explosões de supernovas. Essencialmente, diz a teoria, as estrelas explosivas expulsam a poeira da galáxia e a tornam indisponível para a formação de estrelas. Ainda assim, as supernovas são as mais fracas das três opções e não têm força para jogar poeira cósmica completamente fora de alcance.


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O próximo é o aquecimento por choque de halo. Essencialmente, à medida que um buraco negro atrai material para si, esse material está sendo forçado através do halo de material que já está ao seu redor. Esse atrito gera enormes quantidades de energia, aquecendo o halo e deixando-o flutuar. De acordo com a teoria, quanto mais material for puxado – ou quanto mais acreção ocorrer, em termos técnicos – mais extinta uma galáxia deve ser, o que deve aumentar a massa do halo ao redor do buraco negro.

A teoria final é muito simples. Uma vez que os buracos negros são suficientemente massivos, eles se tornam o que chamamos de núcleos galácticos ativos, pequenas regiões no centro que emitem enormes quantidades de energia, poderosas o suficiente para lançar jatos de vento e poeira ao seu redor. Sua gravidade injeta grandes quantidades de turbulência e calor no gás circundante, evitando que o gás se condense e entre em colapso em estrelas. Assim como um tetherball, atingido com força suficiente, ele permanecerá no ar, em vez de cair de volta contra o poste. É essa teoria que Piotrowska e o co-autor Asa Bluck atribuem em sua pesquisa.

Um passeio por uma floresta aleatória

Para testar essa teoria, os pesquisadores combinaram observações cosmológicas do Sloan Digital Sky Survey com três simulações cosmológicas – EAGLE, Illustris e IllustrisTNG – que lhes permitiram analisar 200.000 galáxias. Olhando para as galáxias centrais (as que estão no coração dos superaglomerados galácticos), eles empregaram um método de aprendizado de máquina chamado “floresta aleatória” para analisá-las.

Em sua análise, os cientistas alimentaram os parâmetros de cada uma dessas três teorias em um algoritmo e pediram ao programa de aprendizado de máquina que fizesse uso desses parâmetros e tentasse replicar seus resultados observados. Como o programa é mais simples, eles conseguiram “descobrir exatamente o que está fazendo e por quê”, diz Bluck. O problema com métodos de aprendizado de máquina mais complexos é que entender como eles encontram respostas é muito difícil. “Em termos de simplicidade, você sempre quer a coisa mais simples que resolva o problema”, diz ele. “Não queríamos acertar um prego com uma bomba nuclear; usamos um martelo.” Os resultados foram agradavelmente claros, diz Piotroska. “O resultado final é [the theory of] a massa do buraco negro supera os outros parâmetros por um longo período.”

“De acordo com meu conhecimento honesto”, ela acrescenta, “esta é a demonstração mais óbvia e metodologicamente forte de que buracos negros supermassivos matam a formação de estrelas em galáxias massivas”.

O estudante de pós-graduação Alex Gurvich, da Northwestern University, especializado no uso de simulações para estudar as interações entre o feedback estelar e a formação estelar e não esteve envolvido neste estudo, concorda. Ele diz que a pesquisa ajuda a responder a um mistério de longa data na astronomia, onde uma das principais teorias é que a acreção do buraco negro deve ser a causa de extinção e, portanto, quanto mais rápido um buraco negro está acumulando, mais rápido ele deve se extinguir. Mas há “resultados observacionais confusos”, diz ele, “onde a formação de estrelas está errada, mas não há acréscimo. E vice-versa: a formação de estrelas está acontecendo, mas a acreção também. Por que ainda não está desligado?” A questão sugere a ideia de que a massa total do buraco negro, e não a acreção em um determinado momento, é mais importante na extinção da formação de estrelas. E este artigo, diz ele, acertou em cheio, chamando-o de “um passo à frente não apenas para o campo, mas para sua metodologia”.

Para Bluck, a abordagem de aprendizado de máquina desenvolvida por Piotrowski ajudou os cientistas a evitar a armadilha de confundir correlação com causalidade. (Em outras palavras, eles foram capazes de mostrar definitivamente o tamanho maciço de uma galáxia posso fazer com que ele interrompa a formação de estrelas.) “Ao combinar essas duas coisas, vamos além da correlação [between supermassive galaxies and star-quenching] e aproximar a causação”, diz Bluck. “E quando você considera que essas são coisas às vezes a bilhões de anos-luz de distância, sentir que podemos dizer algo definitivo sobre a causa é incrível.”



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