Bolhas de Fermi: astrónomos encontram 11 nuvens de hidrogénio frias na Via Láctea

Astrónomos identificaram 11 nuvens de hidrogénio surpreendentemente frias escondidas na turbulência sobreaquecida das Bolhas de Fermi - uma descoberta comparada a encontrar cubos de gelo dentro de um vulcão.

As Bolhas de Fermi na Via Láctea: dimensão e origem

As Bolhas de Fermi são dois lóbulos de gás extremamente energético que se estendem 25,000 anos-luz acima e abaixo do disco da Via Láctea, perfazendo uma altura total de 50,000 anos-luz.

Estas estruturas, ainda envoltas em mistério, foram reveladas em 2010 pelo Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi, que lhes deu o nome. Terão resultado de uma erupção de escala galáctica, provavelmente associada ao buraco negro central da Via Láctea, e deslocam-se a milhões de quilómetros por hora.

O levantamento por rádio com o NSF GBT e as 11 nuvens de hidrogénio

Recorrendo às capacidades singulares do Telescópio de Green Bank da Fundação Nacional de Ciência dos EUA (NSF GBT), os astrónomos realizaram o mais profundo levantamento por rádio alguma vez feito às Bolhas de Fermi - com o dobro da sensibilidade de estudos anteriores - e encontraram 11 nuvens de hidrogénio neutro relativamente frias incrustadas nestas condições extremas.

A Via Láctea contém muitos cenários violentos, e as Bolhas de Fermi estão entre os mais intensos. O plasma nesta região atinge cerca de 1 milhão de Kelvin (999,730 graus Celsius), pelo que é inesperado detetar nuvens de hidrogénio pelo menos 100 vezes mais frias, isto é, por volta de 10,000 Kelvin.

Na prática, observar nuvens de hidrogénio tão pouco quentes no interior das Bolhas de Fermi equivale a "encontrar cubos de gelo num vulcão", explica Andrew Fox, astrónomo do Instituto de Ciência do Telescópio Espacial e coautor do estudo.

A descoberta levanta um dilema fundamental sobre a dinâmica galáctica: "Não sabíamos que gás frio consegue sobreviver nestes escoamentos extremos. Isto desafia a nossa compreensão de como as galáxias reciclam e expulsam matéria", afirma Rongmon Bordoloi, astrofísico da Universidade Estadual da Carolina do Norte e investigador principal do trabalho.

Propriedades das nuvens: massa, tamanho e localização

Estas nuvens de hidrogénio não são todas iguais em massa e dimensão. Das 11 identificadas, 8 foram resolvidas de forma mais clara: chegam a atingir 1,470 massas solares e apresentam comprimentos entre 13 e 91 anos-luz. São também as nuvens de hidrogénio a maior latitude alguma vez descobertas, situadas a cerca de 13,000 anos-luz acima do centro da Via Láctea.

Tendo em conta a sua morfologia e o ambiente altamente energético que as envolve, os astrónomos estimam que as nuvens possam ter vários milhões de anos. Esta estimativa coincide com um cálculo independente para a idade das próprias Bolhas de Fermi, o que coloca em causa outros modelos de formação que apontam para bolhas com possivelmente dezenas de milhões de anos.

"Não seria possível que as nuvens existissem sequer se as Bolhas de Fermi tivessem 10 milhões de anos ou mais", esclarece Bordoloi.

Vento nuclear, vida útil e implicações para a evolução galáctica

A idade inferida sugere que as nuvens de hidrogénio foram transportadas para altitudes elevadas no interior das Bolhas de Fermi pelo vento nuclear - o fluxo de saída proveniente do núcleo da Via Láctea. Este vento, que sopra a centenas de quilómetros por segundo, desempenha um papel central na circulação de massa e energia numa galáxia, levando material do centro galáctico até ao halo.

Jay Lockman, astrónomo do Observatório de Green Bank e coautor, sublinha o valor destas nuvens para tornar o vento nuclear “visível”: "Tal como não se consegue ver o movimento do vento na Terra a menos que haja nuvens para o seguir, nós não conseguimos ver o vento quente da Via Láctea, mas conseguimos detetar a emissão de rádio das nuvens frias que ele transporta."

À semelhança do que acontece na Terra, estas nuvens são transitórias, com uma vida útil projetada de até 8 milhões de anos - um piscar de olhos à escala do tempo galáctico. De facto, já se alteraram bastante e podem ter pertencido a uma nuvem maior que foi fragmentada pelo plasma circundante. Em alternativa, as nuvens de hidrogénio poderão ter-se condensado a partir do próprio plasma, devido a instabilidade térmica.

No conjunto, o estudo tem alcance universal. Encontrar nuvens de hidrogénio tão frias no meio do caos das Bolhas de Fermi não é apenas relevante para a Via Láctea: ajuda também a aperfeiçoar modelos de evolução galáctica, reformulando a forma como os astrónomos entendem a reciclagem de matéria e energia nas galáxias por todo o cosmos.

Esta investigação foi publicada em Cartas do Jornal Astrofísico.