Astrónomos descobrem 11 nuvens de hidrogénio frias nas Bolhas de Fermi

Astrónomos identificaram 11 nuvens de hidrogénio inesperadamente frias escondidas no meio da turbulência superaquecida das Bolhas de Fermi - uma descoberta comparada a encontrar cubos de gelo dentro de um vulcão.

Bolhas de Fermi: um ambiente extremo na Via Láctea

As Bolhas de Fermi formam dois lóbulos de gás extremamente energético que se estendem por 25.000 anos-luz acima e abaixo do disco da Via Láctea, totalizando cerca de 50.000 anos-luz de altura.

Essas estruturas, ainda cercadas de incertezas, foram reveladas em 2010 pelo Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi, que lhes deu o nome. Elas surgiram a partir de um evento eruptivo em escala galáctica - provavelmente ligado ao buraco negro central da Via Láctea - e deslocam-se a milhões de quilómetros por hora.

O levantamento mais profundo com o Telescópio Green Bank (NSF GBT)

Aproveitando capacidades específicas do Telescópio Green Bank (NSF GBT) da Fundação Nacional de Ciências dos EUA, uma equipa realizou o mais profundo levantamento de rádio já feito das Bolhas de Fermi, com sensibilidade duas vezes superior à de estudos anteriores. Foi assim que se detetaram 11 nuvens relativamente frias de hidrogénio neutro, incrustadas nesse cenário extremo.

A Via Láctea abriga ambientes violentos em grande número, e as Bolhas de Fermi estão entre os mais intensos. Ali, o plasma atinge cerca de 1 milhão Kelvin (999.730 graus Celsius). Por isso, é surpreendente observar nuvens de hidrogénio com temperaturas pelo menos 100 vezes inferiores, em torno de 10.000 Kelvin.

Na prática, notar nuvens tão geladas dentro das Bolhas de Fermi é como “encontrar cubos de gelo num vulcão”, explica Andrew Fox, astrónomo do Instituto de Ciência do Telescópio Espacial e coautor do estudo.

Nuvens de hidrogénio nas Bolhas de Fermi e o enigma do vento nuclear

A descoberta levanta uma questão fundamental para a astronomia de galáxias: “Não sabíamos que gás frio consegue sobreviver nesses fluxos extremos. Isso desafia a nossa compreensão de como as galáxias reciclam e expulsam matéria”, afirma Rongmon Bordoloi, astrofísico da Universidade Estadual da Carolina do Norte e líder da investigação.

As nuvens de hidrogénio diferem em massa e dimensões. Entre as 8 que foram resolvidas com maior clareza, a massa chega a 1.470 massas solares, e o comprimento varia de 13 a 91 anos-luz. Elas também são as nuvens de hidrogénio em maior latitude já encontradas: cerca de 13.000 anos-luz acima do centro da Via Láctea.

Considerando a sua forma e a energia do ambiente, os astrónomos estimam que essas nuvens possam ter vários milhões de anos. Esse valor coincide com uma estimativa independente para a idade das próprias Bolhas de Fermi, o que entra em conflito com outros modelos de formação que sugerem que as bolhas poderiam ter dezenas de milhões de anos.

“Não seria possível que as nuvens existissem se as Bolhas de Fermi tivessem 10 milhões de anos ou mais”, explica Bordoloi.

A idade inferida aponta que as nuvens de hidrogénio foram transportadas para o alto das Bolhas de Fermi pelo vento nuclear - um escoamento que sai do núcleo da Via Láctea. Esse vento, que sopra a centenas de quilómetros por segundo, tem papel central na circulação de massa e energia numa galáxia, levando material do centro galáctico ao halo galáctico.

Jay Lockman, astrónomo do Observatório Green Bank e coautor do estudo, detalha por que as nuvens são importantes para revelar o vento nuclear: “Assim como não dá para ver o movimento do vento na Terra sem haver nuvens para acompanhar, não conseguimos ver o vento quente da Via Láctea, mas podemos detetar a emissão de rádio das nuvens frias que ele carrega.”

Tal como acontece na Terra, essas nuvens são passageiras: a vida útil projetada é de até 8 milhões de anos - um estalar de dedos em escalas de tempo galácticas. De facto, elas já se alteraram bastante e podem ter pertencido a uma nuvem maior, que se fragmentou devido ao plasma ao redor. Por outro lado, também é possível que as nuvens de hidrogénio tenham-se condensado a partir desse plasma circundante, por instabilidade térmica.

De modo geral, o estudo tem implicações amplas. Encontrar nuvens de hidrogénio tão frias no meio do caos das Bolhas de Fermi não é relevante apenas para a Via Láctea: isso também ajuda a aperfeiçoar modelos de evolução galáctica, ao reformular a compreensão dos astrónomos sobre como matéria e energia circulam nas galáxias por todo o cosmos.

A pesquisa foi publicada em Cartas do Jornal Astrofísico.