1936: Detectado pela primeira vez um sistema de enxames globulares no disco de uma galáxia

Imagens a cores falsas de M106. A figura combina dados de hidrogénio neutro, obtidos com o WSRT (Westerbrook Synthesis Radio Telescope), a azul, com imagens ópticas obtidas com o CFHT a verde e vermelho. Os círculos amarelos realçam os enxames globulares observados, dispostos num disco que gira em fase e à mesma velocidade que o gás neutro.
Ilustração e design: Divakara Mayya (INAOE)

Um estudo internacional realizado com o instrumento OSIRIS acoplado ao GTC (Gran Telescopio Canarias) descobriu, na galáxia espiral Messier 106, um sistema de enxames globulares cuja distribuição e movimento invulgares, que estão alinhados com o disco da galáxia e que giram à mesma velocidade, mostram que pode ser uma relíquia da época de máxima formação estelar no Universo, o “meio-dia cósmico”. Os resultados foram publicados na revista The Astrophysical Journal.

Os enxames globulares têm entre cem mil e um milhão de estrelas, cujos componentes são aproximadamente da mesma idade e têm uma composição química semelhante. São objectos muito antigos, formados há cerca de 11,5 mil milhões de anos, 2,3 mil milhões de anos após o Big Bang. Estes enxames podem normalmente ser encontrados em galáxias grandes, nos seus halos, distribuídos esfericamente em torno dos seus centros.

Uma investigação internacional, liderada por um grupo da Universidade Nacional Autónoma do México e realizada com o instrumento OSIRIS do Gran Telescopio Canarias (GTC), descobriu na galáxia espiral Messier 106 (também conhecida como M106 ou NGC 4258) enxames globulares que, em vez de estarem distribuídos numa esfera, parecem estar dispostos num disco alinhado com o disco de gás da galáxia e a girar aproximadamente à mesma velocidade neste disco.

“Nunca vimos isto antes, é uma daquelas descobertas totalmente inesperadas e surpreendentes que ocorrem na ciência,” explica Rosa Amelia González-Lópezlira, investigadora do Instituto de Radioastronomia e Astrofísica da mesma universidade mexicana, que liderou este trabalho. “A maneira como estes enxames se movem, e a sua distribuição, é semelhante aos discos de galáxias durante o período de máxima formação estelar, há cerca de 10 mil milhões de anos atrás, no que é conhecido como ‘meio-dia cósmico’, de modo que pensamos que o disco de enxames em M106 possa ser um remanescente daquela época.”

O poder do GTC e do OSIRIS

Os dados obtidos com o instrumento OSIRIS, acoplado ao GTC no observatório Roque de los Muchachos, foram de importância extrema, sobretudo para confirmar os candidatos a enxames globulares e para distingui-los de outras fontes pontuais aparentes como estrelas e galáxias distantes. Para fazer isso, é necessário obter espectros para mostrar que cada enxame tem uma população coesa de estrelas antigas e que realmente pertence à galáxia em estudo.

Para Divakara Mayya, investigador do INAOE (Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica), no México, e segundo autor do artigo, “as observações do GTC e do OSIRIS são essenciais para o sucesso do estudo, dado que os objectos estão bem distantes e requerem exposições de mais de uma hora com o maior telescópio óptico-infravermelho do mundo a fim de extrair as informações relevantes dos espectros”.

O instrumento OSIRIS (Optical System for Imaging and low-Intermediate-Resolution Integrated Spectroscopy) é um espectrógrafo multi-objecto construído no IAC (Instituto de Astrofísicas das Canárias) em colaboração com o México, que é capaz de observar vários objectos de cada vez. “Ter esta capacidade de multiplexação, a de obter vários espectros simultaneamente, é fundamental para este tipo de estudo, e está disponível em três dos actuais instrumentos do GTC, abrangendo o óptico e o infravermelho,” explica Antonio Cabrera, chefe de operações científicas no GTC. Para este trabalho, foram observados, em dois campos, 23 enxames globulares candidatos.

Este artigo é um resultado de um projecto mais amplo que estudará os sistemas de enxames globulares em nove galáxias espirais num raio de 52 milhões de anos-luz, a fim de examinar a relação entre o número de enxames globulares e a massa do buraco negro central nas galáxias espirais. “Esta relação é muito forte para galáxias elípticas, mas não é tão clara para galáxias espirais, como a Via Láctea,” comenta a cientista Lópezlira. “As nove galáxias que planeamos estudar têm boas estimativas de massas para os seus buracos negros centrais e ficam a distâncias onde podemos fazer bons estudos dos seus enxames globulares.”

Este estudo recente confirma que existe uma correlação entre o número de enxames globulares e a massa do buraco negro central de M106 e confirma a precisão do método fotométrico usado no GTC. “Os estudos deste tipo, em mais galáxias espirais, podem esclarecer o papel das diferentes hipóteses propostas para a construção das galáxias, dos enxames globulares e dos buracos negros centrais,” conclui a autora principal do artigo.

Astronomia On-line
7 de Maio de 2019

 

643: MAIS OBJECTOS MISTERIOSOS DETECTADOS PERTO DO BURACO NEGRO SUPER-MASSIVO DA VIA LÁCTEA

Este cubo de dados espectrais tridimensionais foi produzido usando um software chamado OsrsVol (OSIRIS-Volume Display). Randy Campbell, líder de operações científicas do Observatório W. M. Keck, desenvolveu esta ferramenta de renderização personalizada de volume para separar G3, G4 e G5 da emissão de fundo. Assim que a análise 3D foi realizada, a equipa pôde distinguir claramente os objectos-G, o que lhes permitiu seguir o seu movimento e ver como se comportam em torno do buraco negro super-massivo.
Crédito: Observatório W. M. Keck

Os astrónomos descobriram vários objectos bizarros no Centro Galáctico que estão a esconder a sua verdadeira identidade por trás de uma cortina de poeira; parecem-se com nuvens de gás, mas comportam-se como estrelas.

Na reunião da Sociedade Astronómica Americana em Denver, uma equipa de investigadores liderada por Anna Ciurlo, da UCLA (Universidade da Califórnia em Los Angeles), anunciou os resultados que obtiveram usando 12 anos de dados obtidos pelo Observatório W. M. Keck em Maunakea, Hawaii.

“Estes objectos estelares empoeirados e compactos movem-se extremamente rápido e perto do buraco negro super-massivo da nossa Galáxia. É fascinante vê-los a movimentarem-se ano após ano,” comenta Ciurlo. “Como é que lá chegaram? No que se irão tornar? Devem ter uma história interessante para contar.”

Os investigadores fizeram a sua descoberta obtendo medições espectroscópicas da dinâmica do gás do Centro Galáctico usando o instrumento OSIRIS (OH-Suppressing Infrared Imaging Spectrograph) do Observatório Keck.

“Começámos este projecto pensando que se olhássemos cuidadosamente para a complicada estrutura de gás e poeira perto do buraco negro super-massivo, poderíamos detectar algumas mudanças subtis na forma e velocidade,” explica Randy Campbell, chefe de operações científicas do Observatório Keck. “Foi bastante surpreendente detectar vários objectos que possuem movimentos e características muito distintas que os colocam na classe de objectos-G, ou objectos estelares empoeirados.”

Os astrónomos descobriram objectos-G pela primeira vez perto do monstruoso buraco negro da Via Láctea há mais de uma década; G1 foi visto pela primeira vez em 2004 e G2 foi descoberto em 2012. Pensava-se que ambos os objectos eram nuvens de gás até que fizeram a sua maior aproximação do buraco negro super-massivo. G1 e G2, de alguma forma, conseguiram sobreviver à atracção gravitacional do buraco negro, o que pode destruir as nuvens de gás.

“Se fossem nuvens de gás, G1 e G2 não teriam conseguido permanecer intactos,” comenta Mark Morris, professor de astronomia da UCLA, co-investigador principal e membro da GCOI (Galactic Center Orbits Initiative) da UCLA. “Nós pensamos que os objectos-G são estrelas inchadas – estrelas que se tornaram tão grandes que as forças de maré exercidas pelo buraco negro central podem puxar a matéria das suas atmosferas estelares quando as estrelas se aproximam o suficiente, mas têm um núcleo estelar com massa suficiente para permanecerem intactas. A questão é, então, porque é que são tão grandes?”

Parece que muita energia foi “despejada” nos objectos-G, fazendo com que inchassem e crescessem mais do que as estrelas típicas.

A GCOI pensa que estes objectos-G são o resultado de fusões estelares – onde duas estrelas que se orbitam uma à outra colidem devido à influência gravitacional do buraco negro gigante. Durante um longo período de tempo, a influência gravitacional do buraco negro altera as órbitas das estrelas binárias até que o par colide. O objecto combinado que resulta desta violenta fusão poderia explicar de onde veio este excesso de energia.

“No rescaldo de tal fusão, o objecto resultante estaria ‘inchado’ por um período de tempo bastante longo, talvez um milhão de anos, antes de se acalmar e parecer uma estrela de tamanho normal,” realça Morris.

“Isto é o que acho mais emocionante,” afirma Andrea Ghez, fundadora e directora da GCOI. “Se estes objectos são, de facto, sistemas estelares duplos que se fundiram através da sua interacção com o buraco negro super-massivo central, isso pode fornecer informações sobre um processo que pode ser responsável pelas recém-descobertas fusões de buracos negros de massa estelar detectadas através de ondas gravitacionais.”

O que torna os objectos-G invulgares é o seu “inchaço”. É raro uma estrela estar encoberta por uma camada de poeira e gás tão espessa que os astrónomos não conseguem ver a estrela directamente. Só observam o invólucro brilhante de poeira. Para ver os objectos através do seu ambiente nebuloso, Campbell desenvolveu uma ferramenta chamada OsrsVol (OSIRIS-Volume Display).

“O OsrsVol permitiu-nos isolar estes objectos-G da emissão de fundo e analisar os dados espectrais em três dimensões: duas dimensões espaciais e a dimensão do comprimento de onda que fornece informações de velocidade,” explica Campbell. “Assim que fomos capazes de distinguir os objectos num cubo de dados 3D, pudemos rastrear o seu movimento ao longo do tempo em relação ao buraco negro.”

“O Observatório Keck observa o Centro Galáctico todos os anos, há já duas décadas, com alguns dos melhores instrumentos e tecnologias,” afirma Ciurlo. “Só isso dá-nos um conjunto de dados com uma qualidade muito alta e consistente, o que nos permitiu aprofundar a análise dos dados.”

Estas recém-descobertas fontes infravermelhas podem, potencialmente, ser objectos-G – G3, G4 e G5 – porque partilham as mesmas características físicas que G1 e G2.

A equipa vai continuar a seguir o tamanho e forma das órbitas dos objectos-G, o que poderá fornecer pistas importantes sobre a sua formação.

Os astrónomos estarão especialmente atentos quando esses objectos estelares compactos e empoeirados fizerem a sua maior aproximação ao buraco negro super-massivo. Isso permitirá com que observem ainda melhor o seu comportamento e verificarem se os objectos permanecem intactos como G1 e G2, ou se se tornam num lanche para o buraco negro super-massivo. Só então podem revelar sua verdadeira natureza.

“Teremos que esperar algumas décadas para que isto aconteça; cerca de 20 anos para G3 e décadas mais para G4 e G5,” realça Morris. “Entretanto, podemos aprender mais sobre estas bolas inchadas, seguindo a sua evolução dinâmica com o OSIRIS.”

“A compreensão dos objectos-G pode ensinar-nos muito sobre o ambiente fascinante e ainda misterioso do Centro Galáctico. Existem tantas coisas a acontecer que todos os processos localizados podem ajudar-nos a explicar como é que este ambiente extremo e exótico funciona,” conclui Ciurlo.

Astronomia On-line
12 de Junho de 2018

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