07/04/2021 - 12:24
O telescópio espacial Hubble, da Nasa/ESA, está “vendo em dobro”. Observando 10 bilhões de anos no passado do universo, os astrônomos do Hubble encontraram um par de quasares que estão muito próximos um do outro. A proximidade é tanta que eles parecem um único objeto em fotos de telescópios baseados no solo, mas não na visão nítida do Hubble.
Os pesquisadores acreditam que os quasares estão muito próximos um do outro porque residem nos núcleos de duas galáxias em fusão. A equipe ganhou a “dobradinha diária” ao encontrar outro par de quasares em outra dupla de galáxias em colisão.
Um quasar é um farol brilhante de luz intensa do centro de uma galáxia distante que pode ofuscar toda a galáxia. É alimentado por um buraco negro supermassivo que se alimenta vorazmente de matéria, liberando uma torrente de radiação.
Abundância há 10 bilhões de anos
“Estimamos que no universo distante, para cada 1.000 quasares, haja um quasar duplo. Portanto, encontrar esses quasares duplos é como encontrar uma agulha em um palheiro”, disse o pesquisador-chefe Yue Shen, da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign (EUA).
A descoberta desses quatro quasares oferece uma nova maneira de sondar colisões entre galáxias e a fusão de buracos negros supermassivos no início do universo, dizem os pesquisadores.
Os quasares estão espalhados por todo o céu e eram mais abundantes há 10 bilhões de anos. Houve muitas fusões de galáxias na época, alimentando os buracos negros. Portanto, os astrônomos teorizam que deveria haver muitos quasares duplos durante esse tempo.
Primeira amostra
“Esta é realmente a primeira amostra de quasares duplos na época de pico da formação de galáxias que podemos usar para sondar ideias sobre como buracos negros supermassivos se unem para formar um binário”, disse Nadia Zakamska, membro da equipe de pesquisa da Universidade Johns Hopkins (EUA).
Os resultados do estudo foram publicados na edição online da revista “Nature Astronomy”.
Shen e Zakamska são membros de uma equipe que está usando o Hubble, o observatório espacial Gaia, da Agência Espacial Europeia (ESA), e o Sloan Digital Sky Survey, bem como vários telescópios terrestres, para compilar um censo robusto de pares de quasares no universo primitivo.
Papel crítico
As observações são importantes porque a participação de um quasar em encontros galácticos desempenha um papel crítico na formação da galáxia, dizem os pesquisadores. À medida que duas galáxias próximas começam a se distorcer gravitacionalmente, sua interação canaliza o material para seus respectivos buracos negros, ativando seus quasares.
Com o tempo, a radiação dessas “lâmpadas” de alta intensidade lança poderosos ventos galácticos, que varrem a maior parte do gás das galáxias em fusão. Privada de gás, a formação de estrelas cessa e as galáxias evoluem para galáxias elípticas.
“Os quasares têm um impacto profundo na formação de galáxias no universo”, disse Zakamska. “Encontrar quasares duplos nessa época inicial é importante porque agora podemos testar nossas ideias de longa data de como os buracos negros e suas galáxias hospedeiras evoluem juntos.”
Os astrônomos descobriram mais de 100 quasares duplos em galáxias em fusão até agora. No entanto, nenhum deles é tão antigo quanto os dois quasares duplos abordados nesse estudo.
Distância pequena
As imagens do Hubble mostram que os quasares dentro de cada par estão separados por apenas cerca de 10 mil anos-luz. Em comparação, nosso Sol está a 26 mil anos-luz do buraco negro supermassivo no centro de nossa galáxia.
Os pares de galáxias hospedeiras acabarão por se fundir e, em seguida, os quasares também se aglutinarão, resultando em um buraco negro único e ainda mais massivo.
Encontrá-los não foi fácil. O Hubble é o único telescópio com visão nítida o suficiente para voltar ao universo primitivo e distinguir dois quasares próximos que se encontram tão distantes da Terra. No entanto, a resolução nítida do Hubble por si só não é boa o suficiente para encontrar esses faróis de luz dupla.
Os astrônomos precisaram descobrir primeiramente para onde apontar o Hubble a fim de estudá-los. O desafio é que o céu está coberto por uma tapeçaria de quasares antigos que ganharam vida há 10 bilhões de anos, apenas uma pequena fração dos quais são duplos. Foi necessária uma técnica criativa e inovadora que exigiu a ajuda do satélite Gaia e do Sloan Digital Sky Survey para compilar um grupo de candidatos potenciais para o Hubble observar.
Identificação de quasares
Localizado no Observatório Apache Point, no Novo México (EUA), o telescópio Sloan produz mapas tridimensionais de objetos em todo o céu. A equipe se debruçou sobre a pesquisa do Sloan para identificar os quasares a fim de estudá-los mais de perto.
Esta simulação mostra a luz brilhante e bruxuleante de um par de quasares. Astrônomos em um estudo recente deduziram que a luz piscando é um sinal revelador da presença de dois quasares e não de um único objeto. Créditos: Nasa, ESA e J. Olmsted (STScI)
Os pesquisadores então incluíram o Gaia para ajudar a identificar potenciais candidatos a quasar duplo. O Gaia mede as posições, distâncias e movimentos de objetos celestes próximos com muita precisão. Mas a equipe desenvolveu um aplicativo novo e inovador para Gaia que poderia ser usado para explorar o universo distante. Eles usaram o banco de dados do observatório para procurar quasares que imitam o movimento aparente de estrelas próximas. Os quasares aparecem como objetos únicos nos dados do Gaia. No entanto, o Gaia pode captar uma “sacudidela” sutil e inesperada na posição aparente de alguns dos quasares que observa.
Os quasares não estão se movendo através do espaço de forma mensurável. Em vez disso, seu movimento pode ser evidência de flutuações aleatórias de luz, pois cada membro do par de quasares varia em brilho. Os quasares cintilam em brilho em escalas de tempo de dias a meses, dependendo da programação de alimentação de seus buracos negros.
‘Surpresa feliz’
Esse brilho alternado entre o par de quasares é semelhante a ver um sinal de travessia de uma ferrovia a distância. Como as luzes de ambos os lados do sinal estacionário piscam alternadamente, o sinal dá a ilusão de “balançar”.
Quando os primeiros quatro alvos foram observados com o Hubble, sua visão revelou que dois dos alvos são dois pares próximos de quasares. Os pesquisadores disseram que “uma luz acendeu” quando decidiram usar o Sloan, o Gaia e o Hubble para caçar esses antigos e elusivos quasares.
Xin Liu, da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign e membro da equipe, chamou a confirmação do Hubble de uma “surpresa feliz”. Há muito tempo ela caça quasares duplos mais próximos da Terra usando diferentes técnicas com telescópios terrestres. “A nova técnica pode não apenas descobrir quasares duplos muito mais distantes, mas é muito mais eficiente do que os métodos que usamos antes”, disse ela.
O artigo da “Nature Astronomy” é uma “prova de conceito que realmente demonstra que nossa busca direcionada por quasares duais é muito eficiente”, disse o membro da equipe Hsiang-Chih Hwang, aluno de graduação na Universidade Johns Hopkins e investigador principal do programa Hubble. “Isso abre uma nova direção onde podemos acumular sistemas muito mais interessantes para acompanhar, o que os astrônomos não podiam fazer com técnicas ou conjuntos de dados anteriores.”
A equipe também obteve observações de acompanhamento com os telescópios Gemini do NOIRLab da National Science Foundation (NSF, dos EUA). “A espectroscopia espacialmente resolvida de Gêmeos pode rejeitar sem ambiguidades intrusos devido a superposições casuais de sistemas quasares-estrela não associados, onde a estrela de primeiro plano está coincidentemente alinhada com o quasar de fundo”, disse o membro da equipe Yu-Ching Chen, aluno de graduação da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign.
Fusões próximas
Embora esteja convencida do resultado, a equipe diz que há uma pequena chance de que o Hubble tenha capturado imagens duplas do mesmo quasar, uma ilusão causada por lentes gravitacionais. Esse fenômeno ocorre quando a gravidade de uma grande galáxia em primeiro plano se divide e amplifica a luz do quasar de fundo em duas imagens espelhadas. Os pesquisadores acreditam, porém, que esse cenário é altamente improvável porque o Hubble não detectou nenhuma galáxia em primeiro plano perto dos dois pares de quasares.
As fusões galácticas eram mais abundantes há bilhões de anos, mas algumas ainda estão acontecendo hoje. Um exemplo é o NGC 6240, um sistema próximo de fusão galáctica que possui dois e possivelmente até três buracos negros supermassivos. Uma fusão galáctica ainda mais próxima ocorrerá em alguns bilhões de anos, quando nossa galáxia, a Via Láctea, colidir com a vizinha galáxia de Andrômeda. A disputa galáctica provavelmente alimentaria os buracos negros supermassivos no centro de cada galáxia, acendendo-os como quasares.
Futuros telescópios podem oferecer mais informações sobre esses sistemas de fusão. O Telescópio Espacial James Webb, da Nasa, um observatório infravermelho com lançamento previsto para o final deste ano, vai sondar as galáxias hospedeiras dos quasares. O Webb mostrará as assinaturas de fusões galácticas, como a distribuição da luz das estrelas e as longas correntes de gás extraídas das galáxias em interação.
