O fascínio do obscuro

Os observadores não resistem ao desafio de procurar objetos tênues com nomes curiosos. Mergulhando fundo e visitando dois deles: o Paraquedas de Andrômeda e o Chivito de Drácula.

© Hubble (Chivito de Drácula)

A imagem acima mostra o Chivito de Drácula, que é um grande disco protoplanetário visto de perfil, que circunda uma estrela recém-formada na constelação de Cefeu. Uma espessa faixa de poeira divide a nebulosa de reflexão brilhante, com formato semelhante a um pão, e esconde a estrela recém-nascida, que se encontra a aproximadamente 980 anos-luz de distância.

O Chivito de Drácula é oficialmente designado IRAS 23077+6707. A primeira parte do nome faz referência ao personagem fictício Conde Drácula, assim chamado porque o primeiro autor, Ciprian Berghea, cresceu na Transilvânia, Romênia, e porque as protuberâncias muito tênues que se estendem para o norte a partir dos dois lóbulos do disco lembram 'presas'. A segunda parte faz referência a um chivito, sugerido por Ana Mosquera, que é do Uruguai. Chivito é uma combinação de carne grelhada, mussarela, presunto, tomates, azeitonas e maionese servida em um pão, lanche tardicional no Uruguai.

A seguir, a imagem mostra o Paraquedas de Andrômeda, que é um quasar com lente gravitacional quádrupla, descoberto em 2017 e localizado a 10,9 bilhões de anos-luz da Terra, na constelação de Andrômeda.

© Gary Imm (Paraquedas de Andrômeda)

Esta imagem, obtida pelo telescópio de levantamento Pan-STARRS-1 de 1,8 metros em Haleakalā, no Havaí, mostra os quatro quasares de Andrômeda obtidos através de lente gravitacional, rotulados de A a D em ordem decrescente de brilho. O paraquedas tem cerca de 3,8″ de diâmetro, e os três componentes mais brilhantes têm magnitude aproximada de 15. O quasar D está mais próximo da magnitude 18. À direita: Uma visão mais ampla mostra a região de 2′ ao redor do objeto, incluindo uma estrela de magnitude 11 imediatamente a sudeste.

O objeto é formalmente conhecido pelo nome mais sóbrio de J014710+463040. O X marca a localização da galáxia massiva interposta, muito tênue para aparecer na imagem acima, age como uma lente que distorce o tecido do espaço-tempo, criando quatro imagens de um quasar remoto a cerca de 11 bilhões de anos-luz de distância. Considerando a expansão do Universo desde que a luz deixou o quasar, o objeto está a cerca de 18,9 bilhões de anos-luz de distância!

Raramente os observadores têm o privilégio de ver algo através de um abismo espacial tão vasto, um testemunho do aumento de brilho proporcionado pelo processo de lente gravitacional.

Fonte: Sky & Telescope

A imagem perdida de um quasar

Astrônomos ficaram intrigados com o motivo pelo qual um quasar com lente gravitacional não tinha uma de suas imagens, até que o observatório de raios X Chandra a encontrou.

© Chandra (quasar ausente, rotulado em E)

Se um objeto aparece no céu em quatro lugares ao mesmo tempo, pode parecer ganancioso dos astrônomos pedir mais. No caso de uma galáxia distante chamada HE0230-2130, no entanto, a ausência de uma quinta imagem foi inesperada. Como decifrar o enigma?

A galáxia HE0230-2130 abriga um buraco negro supermassivo em seu centro, conhecido como quasar. O buraco negro captura gás de seus arredores, gerando quantidades prodigiosas de luz no processo. A luz que vemos dele agora viajou 10,6 bilhões de anos para chegar à Terra. Do nosso ponto de vista, esses objetos no Universo distante se alinham perfeitamente com um objeto massivo diretamente à sua frente: duas galáxias em fusão em primeiro plano. A massa em primeiro plano atua como uma lente gravitacional, direcionando a luz do quasar mais distante por vários caminhos para criar múltiplas imagens.

Em um artigo do ano passado no periódico Astronomy & Astrophysics, uma equipe do Instituto Max Planck de Astrofísica, Alemanha, apresentou observações do quasar usando o par de telescópios Magellan de 6,5 metros no Chile. A equipe rejeitou várias razões pelas quais uma quinta imagem poderia ter escapado à detecção: entre as possibilidades que consideraram estava a microlente, a deflexão gravitacional adicional da luz do quasar por estrelas em uma galáxia interveniente. Outra possibilidade eram variações naturais no brilho do quasar. Qualquer um dos cenários poderia ter ofuscado a quinta imagem.

© Magellan (quatro imagens do quasar)

Esta imagem dos telescópios Magellan mostra quatro imagens (A, B, C e D) do quasar com lente gravitacional. G1 e G2 são as galáxias em primeiro plano, cuja massa está desviando a luz do quasar em múltiplas imagens.

No entanto, os astrônomos concluíram que nenhum efeito desse tipo seria forte o suficiente para ocultar completamente a quinta imagem da visão dos telescópios sensíveis. Em vez disso, eles procuraram explicar a imagem ausente por uma distribuição peculiar de massa, incluindo matéria normal e matéria escura, dentro e ao redor das galáxias em primeiro plano.

Depois de testar 12 distribuições de massa diferentes, às vezes incluindo até mesmo um aglomerado adicional de matéria escura, eles encontraram algumas que produziram apenas quatro imagens. Mas acontece que a quinta imagem simplesmente não era visível nas observações do Magellan. Porém, o objeto o comportamento do quasar também foi observado usando o observatório de raios X Chandra.

A causa provável do desaparecimento da quinta imagem é que a maioria dos fótons de raios X são os mais energéticos que o Chandra consegue observar, sugerindo que a poeira entre nós e o quasar está bloqueando a passagem de fótons de raios X menos energéticos, bem como de toda a luz visível.

As observações do telescópio espacial James Webb, que cobrem uma gama de comprimentos de onda infravermelhos, poderiam testar esse cenário. Mas, até que dados complementares sejam obtidos, essa interpretação ainda está em aberto. Mesmo com a quinta imagem encontrada, ainda acredita-se que a galáxia HE0230−2130 requer circunstâncias especiais para ser explicada, ou seja, a quinta imagem só pode estar onde está e os halos de matéria escura das galáxias em lente forem muito incomuns.

Fonte: Sky & Telescope

Um par de galáxias em interação no espaço profundo

Os astrônomos testemunharam pela primeira vez uma violenta interação cósmica onde uma galáxia trespassa outra com radiação intensa.

© ESO / ALMA (interação entre galáxias)

Os resultados mostram que esta radiação diminui a capacidade da galáxia “afetada” em formar novas estrelas. O novo estudo combinou observações do Very Large Telescope (VLT) do Observatório Europeu do Sul (ESO) e do Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) e revelou com detalhe esta interação galáctica.

Foram observadas duas galáxias em interação violenta nas profundezas do Universo distante. Repetidamente, estas galáxias aproximam-se uma da outra com velocidades da ordem dos 500 km/s em rotas de colisão, apenas para se tocarem levemente e recuarem novamente, preparando-se para outra ronda do mesmo fenômeno, um pouco como faziam os cavaleiros numa justa medieval. Ao contrário dos cavaleiros medievais, estes cavaleiros galácticos são muito pouco galantes, e um deles possui inclusivamente uma vantagem injusta: faz uso de um quasar para trespassar o seu adversário com um jato de radiação. 

Os quasares são núcleos brilhantes de algumas galáxias distantes, alimentados por buracos negros supermassivos, que liberam enormes quantidades de radiação. Tanto os quasares como as fusões entre galáxias eram mais comuns no Universo primordial, aparecendo com mais frequência nos primeiros bilhões de anos do Universo. Assim, para os estudar, os astrônomos têm de observar o passado distante, usando para isso telescópios muito potentes. 

A luz desta “justa cósmica” demorou mais de 11 bilhões de anos a chegar até nós, pelo que a observamos quando o Universo tinha apenas 18% da sua idade atual. As novas observações indicam que a radiação emitida pelo quasar perturba as nuvens de gás e poeira da galáxia normal, deixando-lhe intactas apenas as regiões menores e mais densas. Estas regiões são provavelmente demasiado pequenas para conseguirem formar estrelas, o que faz com que esta galáxia conte com menos maternidades estelares após sofrer esta transformação dramática, o que diminui a sua capacidade em formar novas estrelas.

Há, no entanto, mais transformações importantes criadas por esta interação. Estas fusões podem trazer enormes quantidades de gás aos buracos negros supermassivos que se encontram nos centros das galáxias. Assim, novas reservas de combustível são colocadas ao alcance do buraco negro que alimenta o quasar e, por isso, à medida que o buraco negro se alimenta, o quasar pode continuar o seu “ataque”.

Este trabalho foi publicado na revista Nature.

Fonte: ESO

Nova forma de encontrar buracos negros escondidos no Universo primitivo

Uma equipe internacional de investigação liderada pelo professor Ken-ichi Tadaki da Universidade Hokkai-Gakuen, no Japão, fez uma descoberta inovadora utilizando o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array).

© K. Tadaki (intensa radiação proveniente de buraco negro)

A equipe captou sinais de rádio de alta resolução sem precedentes do gás quente que rodeia um buraco negro supermassivo. Esta técnica de observação inovadora promete revelar buracos negros escondidos que se formaram durante os primeiros estágios do Universo. O buraco negro supermassivo está localizado a 12,9 bilhões de anos-luz de distância e tem uma massa superior a um bilhão de vezes a do Sol.

Os quasares estão entre os objetos mais brilhantes do Universo, alimentados por buracos negros supermassivos que geram uma energia intensa à medida que consomem a matéria circundante. A análise das regiões mais internas dos quasares distantes tem sido um desafio, apesar do seu brilho. 

Neste estudo inovador, os pesquisadores concentraram-se nos sinais de rádio emitidos por moléculas de monóxido de carbono (CO) altamente energizadas. As observações de altíssima resolução revelaram, pela primeira vez, os mecanismos de aquecimento que afetam o gás a apenas algumas centenas de anos-luz do buraco negro. A deteção de fortes emissões de CO a altos níveis energéticos indica condições de gás extraordinariamente quentes em torno do buraco negro.

Embora a radiação ultravioleta das estrelas recém-formadas aqueça tipicamente o gás nas regiões de formação estelar, as condições extremas observadas não podem ser explicadas apenas pela atividade estelar. A pesquisa aponta para os poderosos raios X que emanam do disco de acreção e da coroa do buraco negro como a principal fonte de aquecimento. Estes raios X podem elevar as temperaturas do gás muito para além dos níveis observados nas típicas regiões de formação estelar.

Além disso, a equipe encontrou evidências de que os poderosos ventos do quasar e as ondas de choque contribuem ainda mais para este aquecimento extremo, demonstrando que a região central do quasar representa um dos ambientes mais dinâmicos do cosmos. Esta descoberta tem implicações significativas para a nossa compreensão das populações de buracos negros no Universo primitivo.

Os quasares orientados com linhas de visão relativamente claras aparecem excepcionalmente brilhantes no visível e em raios X. No entanto, se o quasar for visto através de uma camada muito mais espessa de poeira cósmica, a luz visível e os raios X podem ser bloqueados, fazendo com que fique "escondido". Muitos buracos negros supermassivos podem estar escondidos em regiões poeirentas do Universo primitivo, simplesmente sem serem detectados. Como as ondas de rádio observadas pelo ALMA não são facilmente absorvidas pela poeira, esta técnica torna-se uma ferramenta poderosa para descobrir estes buracos negros supermassivos escondidos.

Ao aplicar observações semelhantes de alta resolução de emissões energéticas de CO em outros objetos, os astrônomos esperam desenvolver um censo mais abrangente de buracos negros supermassivos primitivos e obter conhecimentos cruciais sobre a sua formação e evolução.

Um artigo foi publicado na revista Nature Astronomy.

Fonte: National Astronomical Observatory of Japan

Um anel adornado com joias

Esta nova imagem obtida pelo telescópio espacial James Webb mostra as lentes gravitacionais do quasar conhecido como RX J1131-1231, localizado a cerca de seis bilhões de anos-luz da Terra, na constelação da Crater, a Taça.

© JWST (quasar RX J1131-1231)

É considerado um dos quasares com melhor lente gravitacional descobertos até hoje, já que a galáxia em primeiro plano mancha a imagem do quasar de fundo num arco brilhante e cria quatro imagens do objeto. 

As lentes gravitacionais, previstas pela primeira vez por Albert Einstein, oferecem uma rara oportunidade de estudar regiões próximas do buraco negro em quasares distantes, atuando como um telescópio natural e ampliando a luz destas fontes. Toda a matéria no Universo deforma o espaço à sua volta, com massas maiores produzindo um efeito mais forte. Em torno de objetos muito massivos, como galáxias, a luz que passa por perto segue este espaço distorcido, parecendo desviar-se do seu caminho original numa quantidade claramente visível. Uma das consequências das lentes gravitacionais é que podem ampliar objetos astronômicos distantes, permitindo o estudo de objetos que, de outra forma, seriam demasiado tênues. 

As medições da emissão de raios X dos quasares podem fornecer uma indicação da rapidez com que o buraco negro central gira e isto fornece aos astrônomos pistas importantes sobre como os buracos negros crescem ao longo do tempo. Por exemplo, se um buraco negro cresce principalmente a partir de colisões e fusões entre galáxias, deverá acumular material num disco estável, e o fornecimento constante de novo material a partir do disco deverá conduzir a um buraco negro com rotação rápida. Por outro lado, se o buraco negro crescesse através de muitos pequenos episódios de acreção, acumularia material em direções aleatórias. 

As observações indicaram que o buraco negro neste quasar em particular gira a mais de metade da velocidade da luz, o que sugere que este buraco negro cresceu através de fusões, em vez de puxar material de diferentes direções. 

Esta imagem foi captada com o MIRI (Mid-Infrared Instrument) do Webb como parte de um programa de observação para estudar a matéria escura. A matéria escura é uma forma invisível de matéria que representa a maior parte da massa do Universo. As observações de quasares pelo Webb estão permitindo aos astrônomos explorar a natureza da matéria escura em escalas menores do que nunca.

Fonte: ESA

Uma espantosa fusão entre quasar e galáxia no Universo distante

Um grupo internacional de pesquisa liderado pelo INAF (Istituto Nazionale di Astrofisica), na Itália, e composto por 34 institutos e universidades de todo o mundo, utilizou o instrumento NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) a bordo do telescópio espacial James Webb (JWST) para testemunhar a interação dramática entre um quasar no interior do sistema PJ308-21 e duas massivas galáxias satélites no Universo distante.

© INAF (mapa das linhas de emissão no sistema PJ308-21)

Mapa das linhas de emissão do hidrogênio (em vermelho e azul) e oxigênio (em verde) no sistema PJ308-21, visto depois de ocultar artificialmente a luz do quasar central. As diferentes cores da galáxia hospedeira do quasar e das galáxias companheiras neste mapa revelam as propriedades físicas do gás no seu interior. A descrição 5 kpc é 5 x 10³ parsec (1 pc = 3.086 × 10¹³ km).

As observações, realizadas em setembro de 2022, revelaram detalhes sem precedentes e inspiradores, fornecendo novos conhecimentos sobre o crescimento das galáxias no início do Universo. 

Os resultados foram apresentados durante a reunião da Sociedade Astronômica Europeia (EAS) em Pádua (Itália). As observações deste quasar (já descrito pelos mesmos autores num outro estudo publicado em maio passado), um dos primeiros estudados com o NIRSpec quando o Universo tinha menos de um bilhão de anos (desvio para o vermelho z=6,2342), revelaram dados de qualidade sensacional: o instrumento captou o espectro do quasar com uma incerteza inferior a 1% por pixel. 

A galáxia hospedeira de PJ308-21 apresenta uma elevada metalicidade (que se refere à abundância de elementos químicos mais pesados do que o hidrogênio e o hélio) e condições de fotoionização típicas de um núcleo galáctico ativo (NGA), enquanto uma das galáxias satélite apresenta uma baixa metalicidade e fotoionização induzida pela formação estelar; uma metalicidade mais elevada caracteriza a segunda galáxia satélite, que é parcialmente fotoionizada pelo quasar. 

A descoberta permitiu a determinação da massa do buraco negro supermassivo no centro do sistema (cerca de 2 bilhões de massas solares). Também confirmou que tanto o quasar como as galáxias circundantes são altamente evoluídos em termos de massa e enriquecimento de metais, e estão em constante crescimento. Este fato tem implicações profundas para a nossa compreensão da história cósmica e da evolução química das galáxias, realçando o impacto transformador desta prospecção. 

As observações foram efetuadas no modo de espectroscopia de campo integral: para cada pixel de imagem, pode ser observado o espectro de toda a banda óptica, desviado para o infravermelho devido à expansão do Universo. Isto permite o estudo de vários rastreadores de gás (linhas de emissão) utilizando uma abordagem 3D. Por intermédio desta técnica foram detectadas emissões espacialmente alargadas de diferentes elementos, que foram utilizadas para estudar as propriedades do meio interestelar ionizado, incluindo a fonte e a intensidade do campo de radiação fotoionizante, a metalicidade, o obscurecimento da poeira, a densidade e a temperatura dos elétrons e o ritmo de formação estelar. Além disso, os pesquisadores detectaram marginalmente a emissão de luz estelar associada a fontes companheiras.

Um artigo foi publicado no periódico Astronomy & Astrophysics. 

Fonte: Istituto Nazionale di Astrofisica