Como “moldar” uma galáxia espiral

CIÊNCIA

Os campos magnéticos em NGC 1086, ou M77, são vistos como linhas de campo sobre uma composição visível e em raios-X da galáxia obtida com o Telescópio Espacial Hubble, NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Array) e SDSS (Sloan Digital Sky Survey). Os campos magnéticos alinham-se ao longo de todo o comprimento dos braços espirais massivos – 24.000 anos-luz – o que implica que as forças gravitacionais que criaram a forma espiral da galáxia também estão a comprimir o seu campo magnético. Isto apoia a teoria de como estes braços são forçados na sua forma icónica, conhecida como “teoria das ondas de densidade.” O SOFIA estudou a galáxia no infravermelho distante (89 micrómetros) para revelar facetas dos seus campos magnéticos que observações anteriores no visível e no rádio não foram capazes de detectar.
Crédito: NASA/SOFIA; NASA/JPL-Caltech/Univ. Roma Tre

A nossa Via Láctea tem uma forma espiral elegante com braços longos repletos de estrelas, mas exactamente como ela assumiu esta forma há muito que intriga os cientistas. Novas observações de outra galáxia estão a lançar luz sobre como as galáxias em forma de espiral, como a nossa, obtêm a sua forma icónica.

De acordo com uma investigação do SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy), os campos magnéticos desempenham um papel importante na formação destas galáxias. Os cientistas mediram campos magnéticos ao longo dos braços espirais da galáxia chamada NGC 1068, ou M77. Os campos são mostrados como linhas de campo que seguem de perto os braços espirais.

“Os campos magnéticos são invisíveis, mas podem influenciar a evolução de uma galáxia,” disse Enrique Lopez-Rodriguez, cientista da USRA (Universities Space Research Association) no Centro de Pesquisa Ames da NASA em Silicon Valley, no estado norte-americano da Califórnia. “Temos um bom entendimento de como a gravidade afecta as estruturas galácticas, mas estamos apenas a começar a aprender o papel dos campos magnéticos.”

A galáxia M77 está localizada a 47 milhões de anos-luz de distância na direcção da constelação de Baleia. Tem um buraco negro super-massivo activo no centro que é duas vezes maior que o buraco negro no coração da nossa Via Láctea. Os braços rodopiantes estão cheios de poeira, gás e áreas de formação estelar extrema.

As observações infravermelhas do SOFIA revelam o que os olhos humanos não conseguem: campos magnéticos que seguem de perto os braços espirais cheios de estrelas recém-nascidas. Isto apoia a teoria de como estes braços são forçados na sua forma icónica, conhecida como “teoria das ondas de densidade.” Esta afirma que a poeira, o gás e as estrelas nos braços não estão fixos no seu lugar como lâminas numa ventoinha. Em vez disso, o material move-se ao longo dos braços à medida que a gravidade o comprime, como objectos numa correia transportadora.

O alinhamento do campo magnético estende-se por todo o comprimento dos braços massivos – aproximadamente 24.000 anos-luz. Isto implica que as forças gravitacionais que criaram a forma espiral da galáxia também estão a comprimir o seu campo magnético, apoiando a teoria das ondas de densidade. Os resultados da investigação foram publicados na revista The Astrophysical Journal.

“Esta é a primeira vez que vimos campos magnéticos alinhados em escalas tão grandes com o actual nascimento estelar nos braços espirais,” disse Lopez-Rodriguez. “É sempre emocionante ter evidências observacionais que apoiam as teorias.”

Os campos magnéticos celestes são notoriamente difíceis de observar. O mais recente instrumento do SOFIA, o HAWC+ (High-resolution Airborne Wideband Camera-Plus), usa luz infravermelha distante para observar grãos de poeira que se alinham perpendicularmente às linhas de campo magnético. A partir destes resultados, os astrónomos podem inferir a forma e a direcção do campo magnético invisível. A radiação infravermelha distante fornece informações importantes sobre os campos magnéticos, porque o sinal não está contaminado pela emissão de outros mecanismos, como luz visível dispersa e radiação de partículas altamente energéticas. A capacidade do SOFIA em estudar a galáxia no infravermelho longínquo, especialmente no comprimento de onda de 89 micrómetros, revelou facetas anteriormente desconhecidas dos seus campos magnéticos.

São necessárias mais observações para entender como os campos magnéticos influenciam a formação e a evolução de outros tipos de galáxias, como aquelas com formas irregulares.

Astronomia On-line
17 de Dezembro de 2019

 

spacenews

 

309: ALMA observa um donut giratório de gás e poeira em redor de um buraco negro supermassivo

Observações de alta resolução com o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) captaram um toro de gás rotativo e empoeirado em torno de um buraco negro super-massivo activo.

A existência destas estruturas giratórias em forma de donut foi sugerida pela primeira vez há algumas décadas, mas esta é a primeira vez que uma foi confirmada tão claramente. Este é um passo importante na compreensão da co-evolução de buracos negros super-massivos e das suas galáxias hospedeiras.

Quase todas as galáxias contêm buracos negros monstruosos escondidos nos centros. Os investigadores sabem há muito tempo que quanto mais massiva é a galáxia, mais massivo é o buraco negro central.

Isto parece lógico ao início, mas as galáxias hospedeiras são dez mil milhões de vezes maiores do que os buracos negros centrais. Deveria ser difícil para dois objectos de escalas tão diferentes se afectarem directamente. Então, como é que se pode desenvolver uma tal relação?

Com o objectivo de resolver este problema sombrio, uma equipa de astrónomos utilizou a alta resolução do ALMA para observar o centro da galáxia espiral M77. A região central de M77 é um “núcleo galáctico activo”, ou NGA, o que significa que a matéria está a cair vigorosamente em direcção ao buraco negro super-massivo central e a emitir luz intensa. Os NGAs podem afectar fortemente o ambiente envolvente, portanto, são objectos importantes para resolver o mistério da co-evolução das galáxias e dos buracos negros.

A equipa fotografou a área à volta do buraco negro super-massivo de M77 e discerniu uma estrutura gasosa e compacta com um raio de 20 anos-luz. E os astrónomos descobriram que a estrutura compacta gira em torno do buraco negro, conforme esperado.

“Para interpretar várias características observacionais dos NGAs, os astrónomos assumiram estruturas giratórias e gasosas em forma de donut e em redor dos buracos negros super-massivos activos. Isto é o que se chama de ‘modelo unificado’ do NGA,” explicou Masatoshi Imanishi, do NAOJ (National Astronomical Observatory of Japan), o autor principal do artigo publicado na revista The Astrophysical Journal Letters em Janeiro. “No entanto, o donut gasoso e empoeirado é muito pequeno em aparência. Com a alta resolução do ALMA, podemos agora ver directamente a estrutura.”

Muitos astrónomos já tinham observado antes o centro de M77, mas nunca a rotação do donut gasoso tinha sido vista tão nitidamente em torno do buraco negro. Além da resolução superior do ALMA, a selecção das linhas de emissão molecular a observar foi fundamental para revelar a estrutura.

A equipa observou a emissão específica de micro-ondas das moléculas de cianeto de hidrogénio (HCN) e iões formílicos (HCO+). Estas moléculas emitem micro-ondas apenas em gás denso, enquanto o mais frequentemente observado monóxido de carbono (CO) emite micro-ondas sob várias condições. Assume-se que o toro em torno do NGA é muito denso, e a estratégia da equipa foi muito bem acertada.

“As observações anteriores revelaram o alongamento este-oeste do toro gasoso empoeirado. A dinâmica revelada a partir dos nossos dados ALMA concorda exactamente com a orientação rotacional esperada do toro”, afirma Imanishi.

Curiosamente, a distribuição do gás em torno do buraco negro super-massivo é muito mais complicada do que um modelo unificado simples sugere. O toro parece ter uma assimetria e a rotação não está apenas a seguir a gravidade do buraco negro, mas também contém um movimento altamente aleatório.

Estes factos podem indicar que o NGA teve uma história violenta, possivelmente incluindo uma fusão com uma pequena galáxia. No entanto, a identificação do toro giratório é um passo importante.

A Via Láctea, onde vivemos, também tem um buraco negro super-massivo no centro. Este buraco negro encontra-se, no entanto, num estado muito calmo. Apenas está a acretar uma pequena quantidade de gás.

Portanto, para investigar em detalhe um NGA, os astrónomos precisam de observar os centros de galáxias distantes. M77 tem um dos NGAs mais próximos e é um objecto adequado para examinar o centro em detalhe.

ZAP // CCVAlg

Por CCVAlg
18 Fevereiro, 2018

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