06/06/2022 - 12:24
Uma equipe de astrônomos no Japão descobriu pela primeira vez uma fraca emissão de rádio cobrindo uma galáxia gigante com um buraco negro energético em seu centro.
A emissão de rádio é liberada do gás criado diretamente pelo buraco negro central. A equipe espera entender como um buraco negro interage com sua galáxia hospedeira aplicando a mesma técnica a outros quasares. Seu estudo foi publicado na revista The Astrophysical Journal.
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O objeto 3C273, localizado a 2,4 bilhões de anos-luz da Terra, é um quasar. Um quasar é o núcleo de uma galáxia que se acredita abrigar um enorme buraco negro em seu centro, o qual engole o material circundante, emitindo uma enorme radiação. Ao contrário de seu nome sem graça, 3C273 é o primeiro quasar já descoberto, o mais brilhante e o mais bem estudado. É uma das fontes mais observadas com telescópios porque pode ser usada como padrão de posição no céu: em outras palavras, 3C273 é um radiofarol.
Quando vemos o farol de um carro, o brilho deslumbrante torna difícil ver os arredores mais escuros. A mesma coisa acontece com telescópios quando observamos objetos brilhantes. A faixa dinâmica é o contraste entre os tons mais brilhantes e mais escuros de uma imagem. É preciso ter uma faixa dinâmica alta para revelar as partes claras e escuras em uma única imagem de um telescópio. O radiotelescópio ALMA, no deserto do Atacama (Chile), pode atingir regularmente faixas dinâmicas de imagem de até cerca de 100, mas as câmeras digitais comercialmente disponíveis normalmente teriam uma faixa dinâmica de vários milhares. Os radiotelescópios não são muito bons em ver objetos com contraste significativo.
O 3C273 é conhecido há décadas como o quasar mais famoso, mas o conhecimento se concentrou em seus núcleos centrais brilhantes, de onde vem a maioria das ondas de rádio. No entanto, muito menos se sabe sobre sua própria galáxia hospedeira, porque a combinação da galáxia fraca e difusa com o núcleo do 3C273 exigia faixas dinâmicas muito altas para detecção. A equipe de pesquisa usou uma técnica chamada autocalibração para reduzir o vazamento de ondas de rádio do 3C273 para a galáxia, que usou o próprio 3C273 para corrigir os efeitos das flutuações atmosféricas da Terra no sistema do telescópio. Eles atingiram uma faixa dinâmica de imagem de 85.000, um registro do ALMA para objetos extragalácticos.
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Como resultado da obtenção de alta faixa dinâmica de imagem, a equipe descobriu a fraca emissão de rádio que se estende por dezenas de milhares de anos-luz sobre a galáxia hospedeira do 3C273. A emissão de rádio em torno de quasares normalmente sugere emissão síncrotron, que vem de eventos altamente energéticos, como explosões de formação de estrelas ou jatos ultrarrápidos que emanam do núcleo central. Um jato síncrotron também existe no 3C273, visto no canto inferior direito das imagens. Uma característica essencial da emissão síncrotron é que seu brilho muda com a frequência, mas a fraca emissão de rádio descoberta pela equipe tinha brilho constante, independentemente da frequência de rádio.
Depois de considerar mecanismos alternativos, a equipe descobriu que essa emissão de rádio fraca e estendida vinha do gás hidrogênio na galáxia energizado diretamente pelo núcleo do 3C273. Esta é a primeira vez que as ondas de rádio de tal mecanismo se estendem por dezenas de milhares de anos-luz na galáxia hospedeira de um quasar. Os astrônomos ignoraram esse fenômeno por décadas nesse icônico farol cósmico.
Por que essa descoberta é tão importante? Tem sido um grande mistério na astronomia galáctica se a energia de um núcleo quasar pode ser forte o suficiente para privar a capacidade da galáxia de formar estrelas. A fraca emissão de rádio pode ajudar a resolvê-lo. O gás hidrogênio é um ingrediente essencial na criação de estrelas, mas se uma luz tão intensa brilha sobre ele a ponto de o gás ser “desmontado” (ionizado), nenhuma estrela pode nascer. Para estudar se esse processo está acontecendo em torno dos quasares, os astrônomos usaram luz óptica emitida por gás ionizado. O problema de trabalhar com luz óptica é que a poeira cósmica absorve a luz ao longo do caminho até o telescópio, então é difícil saber quanta luz o gás emite.
Novo caminho
Além disso, o mecanismo responsável por emitir luz óptica é complexo, forçando os astrônomos a fazer muitas suposições. As ondas de rádio descobertas neste estudo são provenientes do mesmo gás devido a processos simples e não são absorvidas pela poeira. O uso de ondas de rádio facilita muito a medição do gás ionizado criado pelo núcleo 3C273. Neste estudo, os astrônomos descobriram que pelo menos 7% da luz do 3C273 foi absorvida pelo gás na galáxia hospedeira, criando gás ionizado no valor de 10 a 100 bilhões de vezes a massa do Sol. No entanto, o 3C273 tinha muito gás pouco antes da formação de estrelas, então, como um todo, não pareceu que a formação de estrelas foi fortemente suprimida pelo núcleo.
“Esta descoberta fornece um novo caminho para estudar problemas anteriormente abordados usando observações por luz óptica”, disse Shinya Komugi, professor associado da Universidade Kogakuin (Japão) e principal autor do estudo. “Aplicando a mesma técnica a outros quasares, esperamos entender como uma galáxia evolui através de sua interação com o núcleo central.”
