Observando 10 bilhões de anos no passado do Universo, os astrônomos com auxílio do telescópio espacial Hubble encontraram um par de quasares que estão tão próximos um do outro que parecem um único objeto em fotografias obtidas com telescópios no solo.
© NASA/ESA/J. Olmsted (ilustração da fusão de dois quasares)
Os pesquisadores pensam que os quasares estão tão próximos um do outro porque residem nos núcleos de duas galáxias em fusão. Um quasar é um farol brilhante de luz intensa do centro de uma galáxia distante que pode ofuscar toda a galáxia. É abastecido por um buraco negro supermassivo que absorve vorazmente matéria, liberando uma torrente de radiação.
Estima-se que no Universo distante, por cada 1.000 quasares, existe um quasar duplo. A descoberta destes quatro quasares fornece uma nova maneira de sondar colisões entre galáxias e a fusão de buracos negros supermassivos no início do Universo. Os quasares estão espalhados por todo o céu e eram mais abundantes há 10 bilhões de anos. Neste momento, haviam muitas fusões de galáxias, alimentando os buracos negros. Portanto, os astrônomos teorizam que deveriam haver muitos quasares duplos durante esta época.
Os astrônomos estão usando além do telescópio espacial Hubble, o observatório espacial Gaia da ESA e o SDSS (Sloan Digital Sky Survey), bem como vários telescópios terrestres, para compilar um censo robusto de pares de quasares no Universo primitivo.
Estas observações são importantes porque a função de um quasar nos encontros galácticos é parte crítica na formação da galáxia. À medida que duas galáxias próximas começam a se distorcer gravitacionalmente, a sua interação canaliza o material para os seus respectivos buracos negros, acendendo os seus quasares. Com o tempo, a radiação de alta intensidade dos quasares lança poderosos ventos galácticos, que varrem a maior parte do gás das galáxias em fusão. Privadas de gás, a formação estelar cessa e as galáxias evoluem para galáxias elípticas.
Foram descobertos, até agora, mais de 100 quasares duplos em galáxias em fusão. No entanto, nenhum deles é tão antigo quanto os dois quasares duplos neste estudo. As imagens do Hubble mostram que os quasares de cada par estão separados por apenas cerca de 10.000 anos-luz. Em comparação, o nosso Sol está a 26.000 anos-luz do buraco negro supermassivo no centro da nossa Galáxia.
Os pares de galáxias hospedeiras acabarão por se fundir e, em seguida, os quasares também irão coalescer, resultando num único buraco negro ainda mais massivo. Encontrá-los não foi fácil. O Hubble é o único telescópio com visão nítida o suficiente para perscrutar o Universo primitivo e distinguir dois quasares íntimos que estão tão distantes da Terra. No entanto, a resolução nítida do Hubble por si só não é boa o suficiente para encontrar estes faróis duplos. Os astrônomos primeiro precisaram de descobrir para onde apontar o Hubble a fim de os estudar. O desafio é que o céu está coberto por uma tapeçaria de quasares antigos que ganharam vida quando o Universo era jovem, apenas uma pequena fração dos quais são duplos.
Para compilar um censo robusto de pares de quasares no Universo primitivo foi necessária uma técnica criativa e inovadora que exigiu a ajuda do satélite Gaia da ESA e do SDSS para compilar um grupo de potenciais candidatos para o Hubble observar. Localizado no Observatório de Apache Point, no estado norte-americano do Novo México, o telescópio Sloan produz mapas tridimensionais de objetos por todo o céu.
Os astrônomos então recrutaram o observatório 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 uma aplicação nova e inovadora para o Gaia que podia ser usada para explorar o Universo distante. Usaram a base de dados do observatório para procurar quasares que imitam o movimento aparente de estrelas próximas. Os quasares aparecem como objetos singulares nos dados do Gaia. No entanto, o Gaia consegue captar uma "sacudidela" sutil e inesperada na posição aparente de alguns dos quasares que observa.
Os quasares não se movem pelo espaço de forma mensurável, mas ao invés o 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 do calendário de alimentação dos seus buracos negros. Este brilho alternado entre o par de quasares é semelhante a ver um sinal de travessia de uma ferrovia à distância. À medida que as luzes de ambos os lados do sinal estacionário piscam alternadamente, dá a ilusão de passar entre uma e a outra lâmpada.
A equipe também obteve observações de acompanhamento com os telescópios Gemini, onde a espectroscopia espacialmente resolvida deles pode rejeitar sem ambiguidades intrusos devido a sobreposições casuais de sistemas quasar-estrela não associados, onde a estrela no plano da frente está por coincidência alinhada com o quasar de fundo.
Embora a equipe esteja convencida do seu resultado, dizem que há uma pequena chance de que os instantâneos do Hubble captaram imagens duplas do mesmo quasar, uma ilusão provocada por lentes gravitacionais. Este fenômeno ocorre quando a gravidade de uma grande galáxia em primeiro plano divide e amplia a luz de um quasar de fundo em duas imagens espelhadas. No entanto, os astrônomos pensam que este 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 acontecem hoje. Um exemplo é a NGC 6240, um sistema próximo de galáxias em fusão que possui dois e provavelmente até três buracos negros supermassivos.
© Hubble (NGC 6240)
Uma fusão galáctica ainda mais próxima ocorrerá daqui a alguns bilhões de anos, quando a nossa própria Galáxia, a Via Láctea, colidir com a vizinha Galáxia de Andrômeda. A disputa galáctica provavelmente alimentaria os buracos negros supermassivos no núcleo de cada galáxia, acendendo-os como quasares.
Os telescópios futuros podem fornecer mais informações sobre estes sistemas em fusão. O telescópio espacial James Webb da NASA, um observatório infravermelho com lançamento previsto para ainda este ano, vai estudar as galáxias hospedeiras dos quasares, e mostrar as assinaturas de fusões galácticas, como a distribuição da luz das estrelas e as longas correntes de gás extraídas das galáxias em interação.
Os resultados foram publicados na revista Nature Astronomy.
Fonte: Space Telescope Science Institute
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