Como resultado da obtenção de um elevado alcance dinâmico de imagem, astrônomos no Japão descobriram pela primeira vez uma fraca emissão de rádio cobrindo uma galáxia gigante com um buraco negro energético no seu centro.
© NRAO (ilustração de galáxia gigante com jato altamente energético)
A emissão de rádio é liberada a partir do gás, criada diretamente pelo buraco negro central. Os pesquisadores esperam compreender como um buraco negro interage com a sua galáxia hospedeira, aplicando a mesma técnica em outros quasares. O quasar em questão é o 3C 273, que está situado a uma distância de 2,4 bilhões de anos-luz da Terra.
Um quasar é o núcleo de uma galáxia que se pensa abrigar um enorme buraco negro no seu centro, que engole o seu material circundante, emitindo uma enorme radiação. Ao contrário do que o seu nome pode indicar, o 3C 273 é o primeiro quasar jamais descoberto, o mais brilhante e o mais bem estudado. É uma das fontes mais frequentemente observadas com telescópios porque pode ser usada como padrão de posição no céu, ou seja, o 3C 273 é um farol de rádio.
Quando vemos o farol de um carro, o brilho intenso faz com que seja difícil ver os arredores mais escuros. O mesmo acontece com os telescópios quando se observam objetos brilhantes. O alcance dinâmico é o contraste entre os tons mais brilhantes e mais escuros de uma imagem. É necessária uma variedade dinâmica elevada para revelar tanto as partes brilhantes como as escuras numa única exposição de um telescópio.
O ALMA (Atacama Large Millimeter Array) pode atingir regularmente gamas dinâmicas de imagem até cerca de 100, mas as câmaras digitais disponíveis comercialmente têm normalmente uma gama dinâmica de vários milhares. Os radiotelescópios não são muito bons para ver objetos com contraste significativo.
O 3C 273 é conhecido há décadas como o quasar mais famoso, mas o conhecimento tem estado concentrado nos seus núcleos centrais brilhantes, de onde provém a maioria das ondas de rádio. Contudo, sabe-se muito menos sobre a sua própria galáxia hospedeira, porque a combinação da galáxia fraca e difusa com o núcleo de 3C 273 exigia intervalos dinâmicos tão elevados para detectar.
Os astrônomos usaram uma técnica chamada autocalibração para reduzir a fuga de ondas de rádio de 3C 273 para a galáxia, que utilizou o próprio 3C 273 para corrigir os efeitos das flutuações atmosféricas da Terra sobre o sistema telescópico. Atingiram um alcance dinâmico de 85.000, um recorde do ALMA para objetos extragalácticos. Como resultado de atingir um tão elevado alcance dinâmico de imagem, a equipe descobriu a fraca emissão de rádio que se estende por dezenas de milhares de anos-luz sobre a galáxia hospedeira de 3C 273.
A emissão de rádio em torno de quasares sugere tipicamente emissão de sincrotrão, que provém de eventos altamente energéticos como explosões de formação estelar ou jatos ultrarrápidos emanados do núcleo central. Existe também um jato síncroton em 3C 273, visto na parte inferior direita da imagem. Uma característica essencial da emissão síncroton é que o seu brilho muda com a frequência, mas a fraca emissão de rádio descoberta pela equipe tinha um brilho constante, independentemente da frequência de rádio.
Depois de considerar mecanismos alternativos, foi descoberto que esta emissão de rádio fraca e prolongada provinha do hidrogênio gasoso na galáxia energizada diretamente pelo núcleo do 3C 273. 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 tinham negligenciado este fenômeno durante décadas, neste icônico farol cósmico. Então porque é que esta descoberta é tão importante? Há muito que se tenta saber se a energia de um núcleo quasar é suficientemente forte para privar a capacidade da galáxia de formar estrelas. A tênue emissão de rádio pode ajudar a resolver este mistério na astronomia galáctica. O gás hidrogênio é um ingrediente essencial na formação estelar, mas se uma luz tão intensa brilhar sobre ele e o ionizar, então nenhuma estrela consegue nascer.
Para estudar se este processo está acontecendo em torno de quasares, os astrônomos utilizaram a luz óptica emitida pelo gás ionizado. O problema de trabalhar com a luz visível é que a poeira cósmica absorve a luz ao longo do caminho até ao telescópio, pelo que é difícil saber quanta luz o gás emite. Além disso, o mecanismo responsável por emitir luz visível é complexo, forçando os astrônomos a fazer muitas suposições.
As ondas de rádio descobertas neste estudo provêm do mesmo gás devido a processos simples e não são absorvidas pela poeira. A utilização de ondas de rádio torna a medição do gás ionizado criado pelo núcleo do 3C 273 muito mais fácil. Neste estudo, os astrônomos descobriram que pelo menos 7% da luz do 3C 273 foi absorvida pelo gás da galáxia hospedeira, criando um gás ionizado equivalente a 10-100 bilhões de vezes a massa do Sol. Contudo, o 3C 273 tinha muito gás imediatamente antes da formação das estrelas, pelo que não parece que a formação estelar tenha sido fortemente reprimida pelo núcleo.
Um artigo foi publicado no The Astrophysical Jounal
Fonte: National Radio Astronomical Observatory
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