1807: VLA obtém primeira imagem directa de característica principal das poderosas galáxias rádio

Impressão de artista do objeto poeirento, em forma de donut, em redor do buraco negro super-massivo, do disco de material que orbita o buraco negro, e dos jactos de material ejectados pelo disco no centro de uma galáxia. Clique aqui para ver versão sem legendas.
Crédito: Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF

Os astrónomos usaram o VLA (Karl G. Jansky Very Large Array) da NSF (National Science Foundation) para fazer a primeira imagem directa de uma característica empoeirada, com a forma de um donut, em torno de um buraco negro super-massivo no núcleo de uma das mais poderosas galáxias rádio do Universo – uma característica pela primeira vez postulada pelos teóricos há quase quatro décadas como parte essencial de tais objectos.

Os cientistas estudaram Cygnus A, uma galáxia a cerca de 760 milhões de anos-luz da Terra. A galáxia abriga um buraco negro no seu núcleo que é 2,5 mil milhões de vezes mais massivo que o Sol. À medida que a poderosa atracção gravitacional do buraco negro atrai material circundante, também impulsiona jactos super-velozes de material que viajam para fora quase à velocidade da luz, produzindo “lóbulos” espectaculares e brilhantes de emissão rádio.

Os “motores centrais” movidos a buracos negros que produzem emissões brilhantes em vários comprimentos de onda, e jactos que se estendem muito além da galáxia, são comuns nestes “universo-ilha”, mas mostram propriedades diferentes quando observados. Essas diferenças levaram a uma variedade de nomes, como quasares, blazares ou galáxias Seyfert. Para explicar as diferenças, os teóricos construíram um “modelo unificado” com um conjunto comum de características que mostrariam propriedades diferentes dependendo do ângulo a partir do qual são observados.

O modelo unificado inclui o buraco negro central, um disco giratório de material em queda e em redor do buraco negro e os jactos que se deslocam para fora dos pólos do disco. Além disso, para explicar por que o mesmo tipo de objeto parece diferente quando visto de ângulos diferentes, é incluído um “toro” espesso, empoeirado e em forma de donut, rodeando as regiões interiores. O toro obscurece algumas características quando visto de lado, levando a diferenças aparentes para o observador, mesmo para objectos intrinsecamente similares. Os astrónomos geralmente denominam este conjunto comum de características de núcleo galáctico activo (NGA).

“O toro é uma parte essencial do fenómeno dos NGAs e existem evidências de tais estruturas em NGAs próximos e de baixa luminosidade, mas nunca antes tínhamos visto um, directamente, numa galáxia rádio tão brilhante,” disse Chris Carilli, do NRAO (National Radio Astronomy Observatory). “O toro ajuda a explicar porque objectos conhecidos por nomes diferentes são, na verdade, a mesma coisa, apenas observados de uma perspectiva diferente,” acrescentou.

Na década de 1950, os astrónomos descobriram objectos que emitiam fortes ondas de rádio, mas pareciam pontuais, semelhantes a estrelas distantes, quando mais tarde observados com telescópios ópticos. Em 1963, Maarten Schmidt, do Caltech, descobriu que um destes objectos era extremamente distante, e outras descobertas rapidamente se seguiram. Para explicar como estes objectos, denominados quasares, podiam ser tão brilhantes, os teóricos sugeriram que deveriam estar a aproveitar a tremenda energia gravitacional de buracos negros supermassivos. A combinação de buraco negro, do disco giratório, chamado disco de acreção, e dos jactos, foi apelidada de “motor central” responsável pelos prolíficos fluxos energéticos do objeto.

O mesmo tipo de motor central também parecia explicar o fluxo de outros tipos de objectos, incluindo galáxias rádio, blazares e Galáxias Seyfert. No entanto, cada mostrava um conjunto diferente de propriedades. Os teóricos trabalharam para desenvolver um “esquema de unificação” com o intuito de explicar como a mesma coisa podia ter aspectos diferentes. Em 1977, o obscurecimento por poeira foi sugerido como um elemento desse esquema. Num artigo científico datado de 1982, Robert Antonucci, da Universidade da Califórnia em Santa Barbara, apresentou um desenho de um toro opaco – um objeto em forma de donut – em torno do motor central. Daquele ponto em diante, o toro obscurecido permaneceu uma característica comum da visão unificada dos astrónomos sobre todos os tipos de núcleos galácticos activos.

“Cygnus A é o exemplo mais próximo de uma poderosa galáxia de emissão rádio – 10 vezes mais próxima do que qualquer outra com uma emissão de rádio comparativamente poderosa. Essa proximidade permitiu-nos encontrar, com o VLA, o toro numa imagem de alta resolução do núcleo da galáxia,” afirmou Rick Perley, também do NRAO. “Investigações adicionais deste tipo, em objectos mais fracos e mais distantes, quase certamente vão exigir os melhoramentos em sensibilidade e resolução propostos pelo ngVLA (Next Generation Very Large Array),” realçou.

As observações do VLA revelaram directamente o gás no toro de Cygnus A, que tem um raio de aproximadamente 900 anos-luz. Os modelos de longa data para o toro sugerem que a poeira se encontra em nuvens embebidas no gás, que é um tanto ou quanto desajeitado.

“É muito bom finalmente ver evidências directas de algo que há muito presumimos estar lá,” disse Carilli. “Para determinar com mais precisão a forma e a composição deste toro, precisamos de fazer mais observações. Por exemplo o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) pode observar nos comprimentos de onda que vão revelar directamente a poeira,” acrescentou.

Carilli e Perley, juntamente com os colegas Vivek Dhawan, também do NRAO, e Daniel Perley da Universidade John Moores em Liverpool, Reino Unido, descobriram o toro quando acompanhavam a sua surpreendente descoberta, em 2016, de um novo objeto brilhante perto do centro de Cygnus A. Este novo objeto é provavelmente, dizem, um segundo buraco negro super-massivo que só recentemente encontrou material novo para devorar, fazendo com que produzisse emissões brilhantes da mesma forma que o buraco negro central. A existência do segundo buraco negro, explicam, sugere que Cygnus A se fundiu com outra galáxia no passado astronomicamente recente.

Cygnus A, assim chamado porque é o mais poderoso objeto emissor de rádio na constelação de Cisne, foi descoberto em 1946 pelo físico e radio-astrónomo inglês J.S. Hey. Foi correspondido, em 1951, a uma galáxia gigante, no visível, por Walter Baade e Rudolf Minkowski. Tornou-se um alvo inicial do VLA pouco depois da sua conclusão no início da década de 1980. Imagens detalhadas de Cygnus A, pelo VLA, publicadas em 1984, produziram grandes avanços na compreensão de tais galáxias pelos astrónomos.

Os cientistas divulgaram os seus achados num artigo científico publicado na revista The Astrophysical Journal Letters.

Astronomia On-line
5 de Abril de 2019