4387: O anel em torno do buraco negro cintila

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Instantâneos do buraco negro M87* obtidos através de métodos fotográficos/modelos geométricos, e o complexo telescópico EHT em 2009-2017. O diâmetro de todos os anéis é idêntico, mas a posição do lado brilhante varia. A variação da espessura do anel é muito provavelmente não real e resulta do número limitado de observatórios participantes nas experiências anteriores.
Crédito: M. Wielgus, D. Pesce & Colaboração EHT

No centro da galáxia gigante Messier 87 esconde-se um buraco negro gigante. A imagem deste monstro, publicada o ano passado e obtida com o EHT (Event Horizon Telescope), deu a volta ao mundo. Agora, a equipa EHT analisou os dados de arquivo de 2009 a 2013, alguns dos quais ainda não publicados. Os investigadores descobriram que a sombra em forma de anel em torno do buraco negro está sempre presente, mas muda de orientação e distribuição de brilho – o anel parece estar a cintilar. A participação do telescópio europeu APEX, no Chile, e do telescópio IRAM de 30 metros co-financiado pela Sociedade Max Planck em Pico Veleta, Sierra Nevada, tiveram um papel importante nesta descoberta.

“Os resultados anunciados em Abril de 2019 mostram uma imagem da sombra de um buraco negro, consistindo num anel brilhante formado por plasma quente girando em torno do buraco negro em M87, e uma parte central escura, onde esperamos que esteja o horizonte de eventos,” lembra Maciek Wielgus, astrónomo da Universidade de Harvard e autor principal do novo artigo científico.

No entanto, esses resultados foram baseados apenas em observações realizadas ao longo de uma janela de tempo de uma semana em Abril de 2017, que é demasiado pequena para ver se o anel está a evoluir em escalas de tempo mais longas. Mesmo após uma análise cuidadosa dos dados, permaneceram algumas questões em aberto no que toca a estacionariedade das características do anel ao longo do tempo. Por esse motivo, foi considerada uma investigação de dados arquivados anteriores.

As observações de 2009-2013 consistem de muito menos dados do que as realizadas em 2017, tornando difícil obter uma imagem de M87 sem premissas “a priori”. Para os dados de arquivo disponíveis, a equipa do EHT usou modelagem estatística baseada em suposições geométricas para observar as mudanças na aparência do buraco negro em M87 (M87*) ao longo do tempo.

Expandindo a análise às observações de 2009-2017, os cientistas mostraram que M87* atende às expectativas teóricas. O diâmetro da sombra do buraco negro permaneceu consistente com a previsão da teoria da relatividade geral de Einstein para um buraco negro com 6,5 mil milhões de massas solares. A morfologia de um anel assimétrico persiste em escalas de tempo de vários anos, de uma maneira consistente que fornece confiança adicional sobre a natureza de M87* e sobre a origem da sua sombra.

Mas embora o diâmetro do anel permaneça constante ao longo do tempo, a equipa EHT descobriu que os dados escondiam uma surpresa. Thomas Krichbaum, astrónomo do Instituto Max Planck para Radioastronomia e um dos autores principais da publicação, afirma: “A análise de dados sugere que a orientação e a estrutura final do anel variam com o tempo. Isto dá a primeira impressão da estrutura dinâmica do fluxo de acreção, que rodeia o horizonte de eventos”. Ele acrescenta: “O estudo desta região será crucial para um melhor entendimento de como os buracos negros acretam matéria e lançam jactos relativísticos.”

O gás que cai num buraco negro aquece até milhares de milhões de graus, ioniza-se e torna-se turbulento na presença de campos magnéticos. Dado que o fluxo de matéria é turbulento, o brilho do anel parece cintilar com o tempo, o que desafia alguns modelos teóricos de acreção.

“A monitorização da estrutura variável de tempo de M87 com o EHT é um desafio que nos manterá ocupados nos próximos anos,” afirma Anton Zensus, Director do Instituto Max Planck para Radioastronomia e Presidente Fundador do Conselho da Colaboração EHT. “Estamos a trabalhar na análise dos dados de 2018, e a preparar novas observações em 2021, com a adição de novos locais como o Observatório NOEMA na França, o radiotelescópio mais poderoso do seu tipo no hemisfério norte e também co-financiado pelo Instituto Max Planck, bem como com o Telescópio da Gronelândia e com o Kitt Peak no estado norte-americano do Arizona,” acrescenta Zensus. Os recursos aprimorados de imagem, fornecidos por este grupo maior, fornecerão uma visão mais detalhada da sombra do buraco negro M87* e do jacto mais interno da galáxia rádio M87.

Astronomia On-line
25 de Setembro de 2020

 

spacenews

 

495: MEGAFUSÕES DE GALÁXIAS ANTIGAS

Esta impressão de artista de SPT2349-56 mostra um grupo de galáxias em interacção e em fusão no início do Universo. Estas fusões foram avistadas com os telescópios ALMA e APEX e representam a formação dos enxames galácticos, os objectos mais massivos no Universo moderno. Os astrónomos pensavam que estes eventos teriam ocorrido cerca de 3 mil milhões de anos após o Big Bang, por isso ficaram surpreendidos quando estas novas observações revelaram estes fenómenos a acontecer quando o Universo tinha apenas metade desta idade! Crédito: ESO/M. Kornmesser

Os telescópios ALMA e APEX investigaram o espaço profundo — numa altura em que o Universo tinha apenas um-décimo da sua idade actual — e observaram enormes amontoados cósmicos a formarem-se: as colisões iminentes de jovens galáxias com formação estelar explosiva. Os astrónomos pensavam que estes eventos teriam ocorrido cerca de 3 mil milhões de anos após o Big Bang, por isso ficaram surpreendidos quando estas novas observações revelaram estes fenómenos a acontecer quando o Universo tinha apenas metade desta idade! Pensa-se que estes sistemas antigos de galáxias estejam a construir as maiores estruturas conhecidas no Universo: os enxames de galáxias.

Com o auxílio do ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) e do APEX (Atacama Pathfinder Experiment), duas equipas internacionais de cientistas, lideradas por Tim Miller da Universidade de Dalhousie no Canadá e da Universidade de Yale nos EUA e Iván Oteo da Universidade de Edimburgo no Reino Unido, descobriram concentrações surpreendentemente densas de galáxias prestes a coalescer, originando os núcleos do que eventualmente se tornarão enormes enxames de galáxias.

Observando profundamente, a 90% da distância do Universo observável, a equipa de Miller observou um protoenxame de galáxias chamado SPT2349-56. A radiação emitida por este objecto começou a viajar até nós quando o Universo tinha apenas um-décimo da sua idade actual.

As galáxias individuais que compõem este denso amontoado cósmico são galáxias com formação explosiva de estrelas e por isso a concentração de formação estelar vigorosa nesta região tão compacta torna-a de longe a região mais activa alguma vez observada no Universo jovem. Nascem milhares de estrelas por ano neste local, em comparação com apenas uma por ano na nossa Via Láctea.

A equipa de Oteo tinha já descoberto, ao combinar observações do ALMA e do APEX, uma megafusão semelhante constituída por dez galáxias poeirentas a formar estrelas, à qual chamou “núcleo vermelho poeirento”, devido à sua cor muito vermelha.

Iván Oteo explica porque é que estes objectos são inesperados: “Pensa-se que o tempo de vida das galáxias poeirentas com formação estelar explosiva é relativamente curto, uma vez que estes objectos consomem o seu gás a uma taxa enorme. A qualquer momento, em qualquer canto do Universo, estas galáxias são geralmente uma minoria. Por isso, encontrar diversas galáxias deste tipo a brilhar ao mesmo tempo é bastante intrigante e algo que precisamos ainda de compreender.”

Estes enxames de galáxias em formação foram inicialmente descobertos como ténues manchas de luz, em observações levadas a cabo pelo Telescópio do Polo Sul e pelo Observatório Espacial Herschel. Observações subsequentes obtidas pelo ALMA e pelo APEX mostraram que se tratavam de estruturas invulgares e confirmaram que a sua radiação tinha origem muito mais cedo do que o esperado — apenas 1,5 mil milhões de anos após o Big Bang.

As novas observações de alta resolução do ALMA revelaram finalmente que as duas manchas brilhantes não eram objectos individuais, mas sim estruturas compostas por 14 e 10 galáxias individuais de grande massa, respectivamente, cada uma dentro de um raio comparável à distância entre a Via Láctea e as vizinhas Nuvens de Magalhães.

“Estas descobertas feitas pelo ALMA são apenas a ponta do icebergue. Observações adicionais obtidas com o telescópio APEX mostram que o número real de galáxias com formação estelar é provavelmente três vezes maior. Estão actualmente a decorrer observações com o instrumento MUSE montado no VLT do ESO, que estão efectivamente a identificar galáxias adicionais,” comenta Carlos de Breuck, astrónomo no ESO.

Actuais modelos teóricos e de computador sugerem que protoenxames tão massivos como estes deveriam levar muito mais tempo a desenvolverem-se. Utilizando os dados ALMA, com muito mais resolução e sensibilidade, como entrada em sofisticadas simulações de computador, os investigadores podem estudar a formação de enxames a ocorrer a menos de 1,5 mil milhões de anos após o Big Bang.

“Como é que este amontoado de galáxias se tornou tão grande em tão pouco tempo é ainda um mistério, uma vez que claramente não foi sendo construído gradualmente ao longo de milhares de milhões de anos como os astrónomos pensavam. Esta descoberta dá-nos a tremenda oportunidade de estudar como é que galáxias massivas se juntaram para formar enormes enxames de galáxias,” diz Tim Miller, candidato a doutoramento na Universidade de Yale e autor principal de um dos artigos científicos que descreve estes resultados.

Astronomia On-line
27 de Abril de 2018

[vasaioqrcode]

[SlideDeck2 id=1476]

[powr-hit-counter id=24b1562b_1524833519720]