No centro de muitas galáxias grandes encontra-se um buraco negro supermassivo, cuja massa pode atingir milhões ou bilhões de vezes a do Sol. Para crescer, ele absorve o gás ao redor. Mas de onde vem exatamente essa matéria? Uma equipe acompanhou seu percurso por meio de 30 simulações detalhadas de galáxias massivas.
Os pesquisadores distinguiram várias origens possĂveis. O gás pode chegar do espaço entre as galáxias, ser proveniente de outra galáxia ou estar presente desde as primeiras etapas de formação. Outra fonte encontra-se diretamente na galáxia: as prĂłprias estrelas expelem matĂ©ria ao longo de sua evolução.
VisĂŁo artĂstica do ambiente de um buraco negro supermassivo no centro de uma galáxia, cercado por matĂ©ria em acreção.
Crédito: ESO/L. Calçada — CC BY 4.0
Algumas estrelas perdem progressivamente suas camadas externas. Outras expelem bruscamente parte de sua matéria quando explodem como supernovas. Esse gás retorna então à galáxia, onde pode circular por muito tempo antes de se aproximar do centro. Os pesquisadores chamam-no de gás «reciclado».
Nas simulações, esse gás reciclado representa a principal fonte de matéria absorvida pelos buracos negros estudados. Ele também é rico em elementos mais pesados que o hidrogênio e o hélio.
Essa composição fornece uma pista sobre a história do gás. Os primeiros gases do Universo continham quase exclusivamente hidrogênio e hélio. As estrelas fabricam então elementos mais pesados e depois expelem parte deles. Uma matéria rica nesses elementos carrega, portanto, a marca de uma passagem por uma ou várias gerações de estrelas.
Até mesmo o gás vindo de outras origens tende a mudar antes de chegar ao buraco negro. Segundo as simulações, ele geralmente permanece na galáxia e se enriquece progressivamente. Assim, o buraco negro recebe matéria cuja composição depende fortemente da evolução das estrelas que o cercam, em vez de um simples aporte direto vindo do exterior.
Os resultados sĂŁo compatĂveis com as altas concentrações de elementos pesados deduzidas das observações de quasares. Um quasar surge quando um buraco negro supermassivo absorve muita matĂ©ria e seu ambiente se torna extremamente luminoso. A composição dessa matĂ©ria pode ser estudada por meio das caracterĂsticas da luz que ela emite.
O estudo continua baseado em simulações de 30 galáxias massivas, com buracos negros particularmente pesados. Os autores agora podem comparar com mais precisĂŁo as proporções quĂmicas previstas com aquelas medidas ao redor de buracos negros observados em diferentes perĂodos da histĂłria do Universo.