Escondendo um segredo brilhante

Olhando além de seus longos braços espirais cheios de estrelas e os fios escuros de poeira cruzando-o, seu olhar pode ser atraído pelo ponto brilhante no centro da UGC 3478, a galáxia espiral estrelando esta imagem obtida pelo telescópio espacial Hubble.

© Hubble (UGC 3478)

Este ponto é o núcleo da galáxia, e de fato há algo especial sobre ele: é um buraco negro gigante em crescimento que é chamado de núcleo galáctico ativo (AGN). 

A UGC 3478, localizada na constelação de Camelopardalis, é conhecida como uma galáxia Seyfert. Este é um tipo de galáxia com um AGN em seu núcleo. Como todas essas "galáxias ativas", o brilho que você vê aqui esconde um buraco negro supermassivo no centro da galáxia. 

Um disco de gás espirala para dentro deste buraco negro, e conforme o material colide e aquece, ele emite radiação muito forte. O espectro desta radiação inclui emissão de raios X duros, que a distingue claramente das estrelas na galáxia. Apesar do forte brilho da região central compacta, ainda podemos ver claramente o disco da galáxia ao redor dela, o que é um fator definidor de uma galáxia Seyfert. 

Muitas galáxias ativas são conhecidas pelos astrônomos a grandes distâncias da Terra, graças ao grande brilho de seus núcleos, destacando-as ao lado de outras galáxias mais fracas. A 128 milhões de anos-luz da Terra, a UGC 3478 é uma vizinha de nós. 

Os dados usados para fazer esta imagem vêm de uma pesquisa do Hubble de AGNs poderosos próximos identificados por sua emissão de raios X de energia relativamente alta, que se espera que possa ajudar os astrônomos a entender como as galáxias interagem com os buracos negros supermassivos em seus centros.

Fonte: ESA

Escondida em uma nuvem escura

Esta imagem obtida pelo telescópio espacial Hubble é a galáxia espiral IC 4633, localizada a 100 milhões de anos-luz de distância de nós, na constelação de Apus.

© Hubble (IC 4633)

A IC 4633 é uma galáxia rica em atividade de formação de estrelas, além de abrigar um núcleo galáctico ativo (AGN) em seu núcleo. 

Do nosso ponto de vista, a galáxia está principalmente inclinada na nossa direção, dando aos astrônomos uma visão bastante boa dos seus bilhões de estrelas. No entanto, não podemos apreciar totalmente as características desta galáxia, pelo menos na luz visível, porque está parcialmente escondida por uma camada de poeira escura. 

Esta nebulosa escura faz parte da região de formação estelar Chamaeleon, localizada a apenas cerca de 500 anos-luz de nós, numa parte próxima da Via Láctea. As nuvens escuras na região do Chamaeleon ocupam uma grande área do céu meridional, cobrindo a constelação homônima, mas também invadindo constelações próximas, como Apus. 

A nuvem é bem estudada pelo seu tesouro de estrelas jovens, particularmente a nuvem Cha I, que foi fotografada pelo telescópio espacial Hubble e também pelo telescópio espacial James Webb. A nuvem sobreposta IC 4633 fica a leste do conhecido Cha I, II e III, e foi chamada de MW9 ou Serpente Celestial do Sul. 

Um vasto e estreito rasto de gás fraco que serpenteia sobre o polo celeste meridional, tem uma aparência muito mais moderada do que os seus vizinhos. É classificada como uma nebulosa de fluxo integrado (IFN), uma nuvem de gás e poeira na Via Láctea que não está próxima de nenhuma estrela e é apenas fracamente iluminada pela luz total de todas as estrelas da galáxia. 

O Hubble não tem problemas em distinguir a Serpente Celestial do Sul, embora esta imagem capture apenas uma pequena parte dela. Para um objeto astronômico vistoso como o IC 4633, entre as espirais da Serpente Celestial do Sul claramente não é um mau lugar para se esconder.

Fonte: ESA

Tudo, em um só lugar, de uma só vez

Esta imagem luminosa mostra a galáxia espiral Z 229-15, fotografada com belos detalhes pelo telescópio espacial Hubble, um objeto celeste que fica a cerca de 390 milhões de anos-luz da Terra, na constelação de Lyra.

© Hubble (galáxia Z 229-15)

Na imagem, nota-se que Z 229-15 tem dois braços quase retos vindos da esquerda e da direita do núcleo que encontram um anel estrelado ao redor da borda da galáxia. O anel é de cor azulada e o núcleo é dourado e brilhante. Um fraco halo de luz também envolve a galáxia. Há uma estrela brilhante com muitos picos de difração e algumas estrelas pequenas ao redor em um fundo preto.

A galáxia Z 229-15 é um daqueles objetos celestes interessantes que, se você decidir pesquisá-lo, encontrará vários aspectos diferentes: às vezes como um núcleo galáctico ativo (um AGN); às vezes como um quasar; e às vezes como uma galáxia Seyfert. Qual destes é realmente o Z 229-15? 

A resposta é que são todas essas coisas ao mesmo tempo, porque essas três definições têm uma sobreposição significativa. Os AGNs e quasares são descritos em detalhes no Hubble Word Bank, mas, em essência, um AGN é uma pequena região no núcleo de certas galáxias (chamadas de galáxias ativas) que é muito mais brilhante do que apenas as estrelas da galáxia seriam. 

A luminosidade extra se deve à presença de um buraco negro supermassivo no núcleo da galáxia. O material sugado para um buraco negro na verdade não cai diretamente nele, mas é atraído para um disco giratório, de onde é inexoravelmente puxado em direção ao buraco negro. Este disco de matéria fica tão quente que libera uma grande quantidade de energia em todo o espectro eletromagnético, e é isso que faz os AGNs parecerem tão brilhantes.

Os quasares são um tipo particular de AGN; eles são tipicamente extremamente brilhantes e distantes da Terra, várias centenas de milhões de anos-luz são considerados próximos para um quasar, tornando Z 229-15 positivamente local. 

Frequentemente, um AGN é tão brilhante que o resto da galáxia não pode ser visto, mas as galáxias Seyfert são galáxias ativas que hospedam AGNs (quasares) muito brilhantes, enquanto o resto da galáxia ainda é observável. Então Z 229-15 é uma galáxia Seyfert que contém um quasar e que, por definição, hospeda um AGN. A classificação em astronomia pode ser um desafio! 

Fonte: ESA

Chandra detecta um toróide circumnuclear

A maioria das galáxias abriga buracos negros supermassivos em seus núcleos, cada um com milhões ou bilhões de massas solares de material.

© ALMA/Chandra (NGC 5643)

A imagem acima mostra o disco espiral do gás molecular em vermelho e do gás quente em azul-laranja.

Acredita-se que haja um toróide de poeira e gás ao redor dos buracos negros e um disco de acreção que fica muito quente quando o material cai sobre ele, aquecendo, por sua vez, o toróide, o gás e a poeira circumnucleares. Esse núcleo galáctico ativo (AGN) irradia através do espectro, enquanto a poeira muitas vezes bloqueia a vista das regiões mais internas. Jatos bipolares poderosos de partículas carregadas são também ejetados. A radiação do toróide pode ser vista diretamente nos comprimentos de onda infravermelhos e, quando se dispersa das partículas em movimento rápido, na região dos raios X.

Os núcleos galácticos ativos estão entre os fenômenos mais dramáticos e interessantes na astronomia extragaláctica. Todos os modelos AGN padrão preveem a presença de um disco toroidal e de acreção, mas os detalhes da região têm sido difíceis de serem estudados diretamente, porque se pensa que o toróide é relativamente pequeno, com apenas centenas de anos-luz de tamanho. O Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), no entanto, permitiu recentemente a detecção de estruturas AGNs próximas, tanto na emissão contínua quanto na linha molecular.

A NGC 5643 é uma galáxia espiral frontal que hospeda um AGN e jatos bipolares. No ano passado, o ALMA avistou uma estrutura alongada no seu núcleo, com cerca de oitenta anos-luz de comprimento (cerca de 200 anos-luz de diâmetro em emissão do componente de gás molecular mais frio). Os cientistas propuseram que a estrutura era toróide do AGN e o material molecular relacionado responsável pelo obscurecimento do AGN e pela colimação dos jatos.

Os astrônomos da Harvard Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), Pepi Fabbiano, Aneta Siemiginowska e Martin Elvis usaram o observatório de raios X Chandra para fazer imagens da região e do seu toro em raios X. Olhando para a energia de uma linha de raios X brilhante de ferro, a equipe encontrou uma estrutura de cerca de 200 anos-luz de extensão que coincide muito bem com a estrutura molecular. Ele parece ser grosso, juntamente com seu tamanho e a densidade estimada das observações do ALMA, sugere que é o disco circumnuclear.

Esse é o primeiro objeto para o qual tanto o Chandra quanto o ALMA identificaram o toróide crítico; Um acréscimo significativo é o fato de que as duas observações abrangem a faixa de comprimentos de onda de raios X a milímetro. Normalmente, essas bandas muito diferentes mostram, respectivamente, materiais extremamente quentes ou extremamente frios, provenientes de regiões muito diferentes, mas a AGN contribui para uma vizinhança muito complexa.

Fonte: Harvard Smithsonian Center for Astrophysics

O coração do Leão

Pode parecer sem graça e desinteressante à primeira vista, mas as observações desta galáxia elíptica, conhecida como Messier 105 (M105), realizadas pelo telescópio espacial Hubble mostram que as estrelas perto do centro da galáxia estão se movendo muito rapidamente.

© Hubble/C. Sarazin (M105)

Os astrônomos concluíram que essas estrelas estão se aproximando de um buraco negro supermassivo com uma massa estimada em 200 milhões de Sóis!

Este buraco negro libera grandes quantidades de energia enquanto consome matéria caindo e fazendo com que o centro brilhe mais do que o ambiente. Este sistema é conhecido como um núcleo galáctico ativo.

O telescópio espacial Hubble também surpreendeu os astrônomos, revelando algumas estrelas e aglomerados jovens na M105, que se pensava ser uma galáxia “morta” incapaz de formar estrelas. Acredita-se que a M105 tenha formado aproximadamente uma estrela semelhante ao Sol a cada 10.000 anos. A atividade de formação de estrelas também foi notada em um vasto anel de gás hidrogênio que envolve tanto a M105 quanto seu vizinho mais próximo, a galáxia lenticular NGC 3384.

A M105 foi descoberta em 1781 e está localizada a cerca de 30 milhões de anos-luz de distância da Terra na constelação de Leão e é a mais brilhante galáxia elíptica dentro do grupo de galáxias Leão I.

Fonte: ESA

Núcleos galácticos ativos e formação estelar

A maioria das galáxias hospeda um buraco negro supermassivo (SMBH) em seu núcleo (um buraco negro supermassivo é aquele cuja massa excede um milhão de massas solares).

© Hubble (galáxia UGC 5101 contendo um núcleo galáctico ativo)

Um problema chave não resolvido na formação e evolução de galáxias é a função desses SMBHs na modelagem de suas galáxias. A maioria dos astrônomos concorda que deve haver uma forte conexão por causa das correlações observadas entre a massa de um SMBH e sua luminosidade, massa estelar e os movimentos estelares da galáxia. Essas correlações se aplicam tanto nas galáxias locais quanto nas épocas cósmicas anteriores. Mas, apesar do progresso no estudo dos SMBHs, como eles afetam seus hospedeiros ainda não são compreendidas. Em alguns cenários sugeridos, o SMBH suprime a formação de estrelas na galáxia, expulsando o material. Em outros, como no cenário de fusões, o efeito é o oposto: o SMBH aumenta a formação de estrelas ao ajudar a elevar o meio interestelar. Simulações computacionais foram realizadas para tentar resolver essas diferenças, e elas tendem a mostrar que o gás frio que flui a partir do meio intergaláctico pode alimentar tanto o crescimento da SMBH quanto da galáxia.

A formação de estrelas é um dos principais marcadores do crescimento de galáxias. Observações de galáxias possibilitam medir a formação de estrelas ao correlacionar a taxa de formação com a luminosidade intrínseca (a formação de estrelas aquece a poeira cuja emissão infravermelha pode dominar a luminosidade). No entanto, a emissão na região em torno de um buraco negro supermassivo que está ativamente acendendo, um núcleo galáctico ativo (AGN), pode ser facilmente confundido com a emissão da formação de estrelas. Os raios X ou a emissão de íons altamente excitados podem ser usados ​​para determinar as contribuições do AGN de ​​forma independente, mas essas medidas podem ser complicadas pela intervenção de extinção de poeira ou outros efeitos. Além disso, há evidências de que em galáxias pequenas ou menos luminosas, ou naquelas de épocas cósmicas anteriores, outros fatores, como abundância de elementos, influenciaram fortemente o desenvolvimento da galáxia.

Belinda Wilkes e Joanna Kuraszkiewicz, astrônomos do Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), examinaram 323 galáxias conhecidas por abrigarem AGNs de sua forte emissão de raios X (medida pelo telescópio XMM-Newton) e também por ter formação ativa de estrelas em andamento, conforme determinado por sua emissão no infravermelho distante (medida com o telescópio espacial Herschel). As galáxias estão todas a distâncias tais que a sua luz tem viajado entre dois e onze bilhões de anos. A análise estatística da amostra mostra que, em média, o AGN contribui com cerca de 20% para a luminosidade do infravermelho, embora às vezes possa ser >90%. Eles chegam às conclusões importantes de que não há evidência (pelo menos neste conjunto de objetos) para uma forte correlação entre os dois ou que o AGN extingue a formação estelar. Na verdade, parece que ambos crescem juntos.

Um artigo foi publicado no periódico Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Fonte: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics

Aspectos intrigantes dos núcleos galácticos ativos

Pesquisadores da UCSC (Universidade da Califórnia em Santa Cruz) pensam que nuvens de poeira, em vez de buracos negros gêmeos, podem explicar as características encontradas em NGAs (Núcleos Galácticos Ativos).

© Peter Z. Harrington (ilustração do aspeto de um núcleo galáctico ativo)

Muitas galáxias grandes têm um NGA, uma pequena região central brilhante alimentada por matéria que espirala na direção de um buraco negro supermassivo. Quando estes buracos negros engolem vigorosamente a matéria, são cercados por gás quente e veloz que é denominada "região de linha ampla" (porque as linhas espectrais desta região são ampliadas pelo movimento rápido do gás).

A emissão deste gás é uma das melhores fontes de informação sobre a massa do buraco negro central e sobre o seu crescimento. A natureza deste gás é, no entanto, mal compreendida; em particular, há menos emissão do que o esperado para o gás que se move a certas velocidades. A quebra de modelos simples levou alguns astrofísicos a pensar que muitos NGAs podem ter não apenas um, mas dois buracos negros.

A nova análise é liderada por Martin Gaskell, pesquisador associado em astronomia e astrofísica da University of California Santa Cruz (UCSC). Em vez de invocar dois buracos negros, explica grande parte da aparente complexidade e variabilidade das emissões da região de linha ampla como o resultado de pequenas nuvens de poeira que podem obscurecer parcialmente as regiões mais internas dos NGAs.

O gás que espirala em direção ao buraco negro central de uma galáxia forma um disco de acreção achatado e o gás superaquecido neste disco emite radiação térmica intensa. Alguma desta luz é absorvida e reemitida por hidrogênio e outros gases que circulam acima do disco de acreção na região de linha ampla. Para cima e além, encontra-se uma região de poeira. Assim que a poeira atravessa um certo limite, é submetida à forte radiação do disco de acreção.

Os autores pensam que esta radiação é tão intensa que afasta a poeira do disco, resultando num fluxo irregular de nuvens de poeira que começam na orla externa da região de linha ampla.

As nuvens de poeira tornam a luz emitida mais tênue e avermelhada, assim como a atmosfera da Terra faz com que o Sol pareça mais fraco e avermelhado ao pôr-do-Sol. Os pesquisadores desenvolveram um software para modelar os efeitos destas nuvens de poeira nas observações da região de linha ampla.

Eles também mostram que, ao incluírem nuvens de poeira no seu modelo, este pode replicar muitas características da emissão da região de linha ampla que há muito tempo intrigam os astrofísicos. Em vez de o gás ter uma distribuição assimétrica e variável, difícil de explicar, encontra-se simplesmente num disco uniforme, simétrico e turbulento em torno do buraco negro. As aparentes assimetrias e mudanças são devidas a nuvens de poeira que passam em frente da região de linha ampla e que fazem com que as regiões atrás pareçam mais fracas e vermelhas.

Os resultados foram publicados na revista científica Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Fonte: Royal Astronomical Society