Primeira medição em raios gama de lente gravitacional

Uma equipe internacional de astrônomos, usando observatório Fermi da NASA fez a primeira medição de raios gama de uma lente gravitacional.

© Fermi/LAT (lente gravitacional em raios gama)

A lente gravitacional é uma espécie de telescópio natural formada quando um alinhamento cósmico raro permite que a gravidade de um objeto massivo distorça e amplifique a luz de uma fonte mais distante.
Essa conquista abre novos caminhos para a pesquisa, incluindo uma nova maneira de sondar as regiões de emissão próximo aos buracos negros supermassivos. Pode até ser possível encontrar outras lentes gravitacionais com dados do telescópio espacial de raios gama Fermi.
Em setembro de 2012, o Large Area Telescope (LAT) do Fermi detectou uma série de brilhantes explosões de raios gama de uma fonte conhecida como B0218+357, localizada 4,35 bilhões de anos-luz da Terra, na direção da constelação Triangulum.

© Hubble (lente gravitacional no óptico)

A fonte B0218+357 é classificada como blazar, um tipo de galáxia ativa conhecida por suas emissões intensas e comportamento imprevisível. No coração do blazar está um buraco negro gigante com uma massa milhões de bilhões de vezes a do Sol. Como a matéria espirala em direção ao buraco negro, alguns emana para fora jatos de partículas que viajam próximo da velocidade da luz em direções opostas.
Muito antes de a luz do B0218+357 chegar até nós, ele passa diretamente através de uma galáxia espiral na frente a cerca de 4 bilhões de anos-luz de distância.
A gravidade da galáxia distorce a luz em diferentes caminhos, por isso o blazar ao fundo é visto como imagem dupla. Com apenas um terço de um segundo de arco (menos de 0,0001 graus) entre eles, o B0218+357 detêm o recorde para a menor separação de qualquer sistema conhecido com influência da lente gravitacional.
Enquanto telescópios ópticos e radiotelescópios podem monitorar as imagens de blazars individuais, o LAT do Fermi não pode. Em vez disso, a equipe do Fermi explorou um efeito de "reprodução de atraso".
"Um caminho de luz é ligeiramente mais longo do que o outro, então quando nós detectamos explosões em uma imagem, podemos tentar pegá-las dias depois, quando elas repetirem em outra imagem", disse o membro da equipe Jeff Scargle, astrofísico do Centro de Pesquisa Ames da NASA, em Moffett Field, Califórnia.
Em setembro de 2012, quando a atividade da combustão do blazar tornou a fonte de raios gama mais brilhante do lado de fora de nossa própria galáxia, Teddy Cheung, astrofísico do Laboratório de Pesquisa Naval em Washington, percebeu que era uma oportunidade de ouro. Na reunião da Sociedade Astronômica Americana, em National Harbor, Maryland, Cheung disse que a equipe havia identificado três episódios de explosões mostrando atrasos de reprodução de 11,46 dias, com a evidência mais forte encontrada em uma sequência de explosões capturadas em uma semana de duração de observações do LAT. Curiosamente, o atraso de raios gama é de cerca de um dia a mais do que as observações de rádio denunciaram para este sistema. Os astrônomos não acham que os raios gama surgem das mesmas regiões que as ondas de rádio, de modo que essas emissões provavelmente se originam de diferentes caminhos, com diferentes atrasos e ampliações, ao atravessar através da lente.
"Ao longo de um dia, uma dessas explosões pode iluminar o blazar por 10 vezes em raios gama, mas apenas 10 por cento em luz visível e de rádio, que nos diz que a região emissora de raios gama é muito pequena em comparação com aquelas com menor emissão de energia", disse o membro da equipe Stefan Larsson, um astrofísico da Universidade de Estocolmo, na Suécia.
Como resultado, a gravidade de pequenas concentrações de matéria na galáxia sob influência da lente gravitacional pode desviar e ampliar os raios gama de forma mais significativa do que a luz de baixa energia. Dissociar os chamados efeitos de microlente representa um desafio para tomar vantagem adicional de observações de lentes de alta energia.
Os cientistas dizem que comparar observações de rádio e de raios gama de sistemas adicionais nestas condições pode ajudar a fornecer novas perpectivas sobre o funcionamento de jatos de buracos negros poderosos e estabelecer novas restrições sobre as quantidades cosmológicas importantes, como a constante de Hubble, que descreve a taxa de expansão do Universo.
O resultado mais emocionante seria a detecção de um atraso de reprodução em uma fonte de raios gama ainda não identificada como uma lente gravitacional em outros comprimentos de onda do LAT.
Um artigo descrevendo a pesquisa aparecerá em uma futura edição do The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: NASA