domingo, 20 de outubro de 2013

(2013/1177) ALMA e os jatos de energia expelidos por buracos negros

Existem buracos negros de massa extremamente elevada - com massas que vão até vários bilhões de vezes a massa solar - no coração de quase todas as galáxias do Universo, incluindo a nossa própria galáxia, a Via Láctea. Num passado distante, estes objetos estranhos encontravam-se muito ativos, engolindo enormes quantidades de matéria do seu meio circundante, brilhando intensamente e expelindo pequenas frações dessa matéria sob a forma de jatos extremamente poderosos. No Universo atual a maioria dos buracos negros de elevada massa encontram-se muito menos ativos do que na sua juventude, mas a interação entre os jatos e o meio circundante ainda afeta a evolução das galáxias.

Dois novos estudos, ambos publicados hoje na revista especializada Astronomy & Astrophysics, fizeram uso do ALMA para investigar jatos de buracos negros a escalas muito diferentes. Um dos estudos investigou um buraco negro próximo e relativamente calmo situado na galáxia NGC 1433, enquanto o outro observou um objeto muito distante e ativo chamado PKS 1830-211.

O ALMA revelou uma estrutura em espiral surpreendente no gás molecular próximo do centro da NGC 1433”, diz Françoise Combes (Observatoire de Paris, França), autora principal do primeiro artigo científico. “Isto explica como é que o material flui para o interior, alimentando o buraco negro. Com as novas observações muito nítidas do ALMA descobrimos um jato de matéria sendo emitido pelo buraco negro e que se estende ao longo de apenas 150 anos-luz. Esta é a menor corrente molecular fluindo para o exterior já observada numa outra galáxia”.

A descoberta desta corrente de matéria, que está sendo arrastada com o jato emitido pelo buraco negro central, mostra como é que tais jatos podem fazer parar a formação estelar e regular o crescimento dos bojos centrais das galáxias [1].

Na PKS 1830-211, Ivan Martí-Vidal (Chalmers University of Technology, Onsala Space Observatory, Onsala, Suécia) e a sua equipe observaram também um buraco negro de massa extremamente elevada com um jato, mas muito mais brilhante e mais ativo que o anterior, situado no Universo primordial [2]. Este objeto é incomum porque a sua intensa radiação atravessa uma galáxia de elevada massa situado no seu percurso a caminho da Terra, dividindo-se em duas imagens por efeito de lente gravitacional [3].

De vez em quando, os buracos negros de massa extremamente elevada engolem de repente uma enorme quantidade de matéria[4], a qual faz aumentar a potência do jato e consequentemente a radiação é emitida nas energias mais elevadas. O ALMA conseguiu agora, e completamente por acaso, capturar um destes eventos na PKS 1830-211.

“As observações ALMA no caso desta “indigestão” do buraco negro deram-se completamente por acaso. Estávamos observando a PKS 1830-211 por outro motivo, quando percebemos variações sutis na cor e na intensidade nas imagens da lente gravitacional. Uma análise muito cuidadosa deste comportamento inesperado levou-nos à conclusão de que estávamos observando, por um feliz acaso do destino, no exato momento em que matéria nova estava entrando na base do jato do buraco negro”, diz Sebastian Muller, co-autor do segundo artigo científico.

A equipe verificou também se este fenômeno violento teria sido observado por outros telescópios e ficou surpreendida ao descobrir um sinal de raios gama muito claro, graças a observações de monitorização do satélite Ferrmi-LAT. O processo que deu origem ao aumento de radiação nos longos comprimentos de onda observados pelo ALMA, foi igualmente responsável por aumentar de forma dramática a radiação no jato, levando-a até às energias mais elevadas do Universo [5].

Esta é a primeira vez que se estabelece uma ligação tão clara entre raios gama e radiação rádio submilimétrica, proveniente da base do jato de um buraco negro”, acrescenta Sebastian Muller.

As duas novas observações são apenas o início das investigações levadas a cabo com o ALMA no âmbito do funcionamento de jatos emitidos por buracos negros de massa extremamente elevada, tanto próximos como distantes. A equipa de Combes está já estudando outras galáxias ativas próximas com o ALMA e o objeto PKS 1830-211 será o foco de muita investigação futura com o ALMA e outros telescópios.

Há ainda muito para aprender sobre como é que os buracos negros criam estes enormes jatos energéticos de matéria e radiação”, conclui Ivan Martí-Vidal. “Mas os novos resultados, obtidos ainda antes do ALMA estar completamente construído, mostram que esta é uma ferramenta extremamente poderosa para estudar estes jacos. As descobertas estão apenas começando”.

Notas

[1] Este processo, chamado “feedback”, pode explicar a misteriosa relação entre a massa de um buraco negro no centro de uma galáxia e a massa do bojo circundante. O buraco negro acreta gás e torna-se mais ativo, mas seguidamente produz jatos que “varrem” o gás das regiões circundantes fazendo parar a formação estelar.

[2] A PKS 1830-211 tem um desvio para o vermelho (redshift) de 2,5, o que significa que a sua luz teve que viajar cerca de 11 bilhões de anos antes de chegar até nós. A radiação que observamos foi emitida quando o Universo tinha apenas 20% da sua idade atual. Comparativamente, a radiação emitida pela NGC 1433 leva apenas 30 milhões de anos a chegar à Terra, um tempo muito curto em termos galáticos.

[3] A teoria da relatividade geral de Einstein prevê que os raios luminosos sejam defletidos ao passarem por um objeto de elevada massa, tal como uma galáxia. Este efeito é chamado lente gravitacional e, desde que foi descoberto pela primeira vez em 1979, várias lentes gravitacionais foram encontradas. A lente permite a criação de imagens múltiplas, ao mesmo tempo que distorce e amplifica as fontes de radiação de fundo.

[4] O material que cai no buraco negro pode ser uma estrela ou uma nuvem molecular. Uma tal nuvem foi observada no centro da Via Láctea (eso1151, eso1332).

[5] Esta energia é emitida sob a forma de raios gama, a forma de energia do espectro electromagnético de maior energia e menor comprimento de onda.






OSVALDO LUIZ RIBEIRO

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