Aproveitando o Centro de Simulação Climática da NASA (NCCS), os cientistas do Goddard Space Flight Center da NASA executaram 100 simulações explorando jatos – feixes estreitos de partículas energéticas – que emergem quase à velocidade da luz de buracos negros supermassivos. Esses gigantes ficam no centro de galáxias formadoras de estrelas ativas, como a nossa própria Via Láctea, e podem pesar de milhões a bilhões de vezes a massa do sol.

À medida que jatos e ventos fluem desses núcleos galácticos ativos (AGN), eles “regulam o gás no centro da galáxia e afetam coisas como a taxa de formação de estrelas e como o gás se mistura com o ambiente galáctico circundante”, explicou o líder do estudo Ryan Tanner, um pós-doutorando no Laboratório de Astrofísica de Raios X da NASA Goddard.

“Para nossas simulações, focamos em jatos menos estudados e de baixa luminosidade e como eles determinam a evolução de suas galáxias hospedeiras”. Tanner disse. Ele colaborou com a astrofísica do Laboratório de Astrofísica de Raios-X Kimberly Weaver no estudo computacional, que aparece no The Astronomical Journal .

Evidências observacionais de jatos e outros fluxos de AGN vieram primeiro de radiotelescópios e, posteriormente, de telescópios de raios-X da NASA e da Agência Espacial Europeia. Nos últimos 30 a 40 anos, astrônomos, incluindo Weaver, reuniram uma explicação de sua origem conectando observações ópticas, de rádio, ultravioleta e de raios-X (veja a próxima imagem abaixo).

“Jatos de alta luminosidade são mais fáceis de encontrar porque criam estruturas massivas que podem ser vistas em observações de rádio”, explicou Tanner. “Jatos de baixa luminosidade são difíceis de estudar observacionalmente, então a comunidade de astronomia também não os entende”.

Entre nas simulações habilitadas para supercomputadores da NASA. Para condições iniciais realistas, Tanner e Weaver usaram a massa total de uma galáxia hipotética do tamanho da Via Láctea. Para a distribuição de gás e outras propriedades do AGN, eles observaram galáxias espirais como NGC 1386, NGC 3079 e NGC 4945.

Tanner modificou o código hidrodinâmico astrofísico Athena para explorar os impactos dos jatos e do gás um no outro em 26.000 anos-luz de espaço, cerca de metade do raio da Via Láctea. Do conjunto completo de 100 simulações, a equipe selecionou 19 – que consumiram 800.000 horas de núcleo no supercomputador NCCS Discover – para publicação.

“Ser capaz de usar os recursos de supercomputação da NASA nos permitiu explorar um espaço de parâmetros muito maior do que se tivéssemos que usar recursos mais modestos”, disse Tanner. "Isso levou à descoberta de relacionamentos importantes que não poderíamos descobrir com um escopo mais limitado."

As simulações revelaram duas propriedades principais dos jatos de baixa luminosidade:

Eles interagem com sua galáxia hospedeira muito mais do que jatos de alta luminosidade.

Ambos afetam e são afetados pelo meio interestelar dentro da galáxia, levando a uma maior variedade de formas do que jatos de alta luminosidade .

“Demonstramos o método pelo qual o AGN impacta sua galáxia e cria as características físicas , como choques no meio interestelar , que observamos por cerca de 30 anos”, disse Weaver. "Esses resultados se comparam bem com observações ópticas e de raios-X. Fiquei surpreso com o quão bem a teoria corresponde às observações e aborda questões de longa data que tive sobre AGN que estudei como estudante de pós-graduação, como NGC 1386! E agora podemos expandir para maiores amostras".