2159: A todo o gás: GTC detecta ventos poderosos produzidos por um buraco negro super-massivo

Os ventos de um buraco negro “varrem” o gás das galáxias.
Crédito: ESA/ATG medialab

Os buracos negros super-massivos nos centros de muitas galáxias parecem ter uma influência básica nas suas evoluções. Isto acontece durante uma fase em que o buraco negro está a consumir o material da galáxia em que reside a uma grande velocidade, crescendo em massa ao fazê-lo. Durante esta fase, dizemos que a galáxia tem um núcleo activo (AGN, “active galactic nucleus).

O efeito que esta actividade tem sobre a galáxia hospedeira é conhecido como feedback AGN e uma das suas propriedades são os ventos galácticos: este é o gás do centro da galáxia que é expelido pela energia libertada pelo núcleo activo. Estes ventos podem atingir velocidades de até milhares de quilómetros por segundo e nos AGNs mais energéticos, por exemplo, nos quasares, podem limpar os centros das galáxias impedindo a formação de novas estrelas. Mostrou-se que a evolução da formação estelar ao longo de escalas de tempo cosmológicas não pode ser explicada sem a existência de um mecanismo regulador.

Para estudar estes ventos em quasares utilizou-se o espectrógrafo infravermelho EMIR acoplado ao GTC (Gran Telescopio Canarias). O EMIR é um instrumento completamente desenvolvido no Instituto de Astrofísica das Canárias, construído para estudar os objectos mais frios e mais distantes do Universo, analisando a luz infravermelha. Desde Junho de 2016 que está instalado no GTC, depois de passar por uma fase exaustiva de testes nas oficinas da Divisão de Instrumentos da sede do IAC em La Laguna.

Os dados obtidos desde então têm sido utilizados para produzir vários artigos científicos dos quais o mais recente é o estudo do quasar obscurecido J1509 + 0434, publicado na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Letters e produzido por uma equipa internacional liderada pela investigadora do IAC Cristina Ramos Almeida. Este quasar está no Universo local e é um análogo dos quasares mais distantes e muito mais numerosos onde o feedback AGN deve estar a afectar seriamente a formação de novas estrelas.

“O EMIR permitiu-nos estudar os ventos do gás ionizado e molecular deste quasar usando o espectro infravermelho. Esta análise é muito importante porque nem sempre mostra propriedades semelhantes, o que nos diz muito sobre como estes ventos são produzidos e como afectam as suas galáxias hospedeiras,” explica Ramos Almeida. O estudo deste e de outros quasares locais permitirá entender o que estava a acontecer nas galáxias quando eram mais jovens e quando estavam a formar as suas estruturas que vemos hoje.

Com base nos novos dados obtidos com o EMIR, a equipa descobriu que o vento ionizado é mais rápido do que o vento molecular, atingindo velocidades de até 1200 km/s. No entanto, seria o vento molecular a esvaziar os reservatórios de gás da galáxia (até 176 massas solares por ano). “Novas observações com o ALMA vão permitir confirmar esta estimativa,” explicou José Acosta Pulido, investigador do IAC e co-autor deste estudo.

O próximo passo é observar uma amostra completa de quasares próximos obscurecidos com o EMIR para estudar os seus ventos ionizados e moleculares. Os cientistas também querem investigar as populações estelares das suas galáxias hospedeiras. Isto permitirá confirmar directamente o feedback AGN na evolução das galáxias.

Astronomia On-line
11 de Junho de 2019

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“Pesagem” do vento galáctico fornece pistas para a evolução das galáxias

Composição da Galáxia do Charuto (também chamada M82), uma galáxia “starburst” a cerca de 12 milhões de anos-luz na direcção da constelação de Ursa Maior. O campo magnético detectado pelo SOFIA parece seguir os fluxos bipolares (vermelho) gerados pela intensa formação estelar explosiva. A imagem combina luz estelar visível (cinzento) e traços de hidrogénio gasoso (vermelho) do Observatório Kitt Peak, com luz estelar e poeira no infravermelho próximo e longínquo (amarelo) do SOFIA e do Telescópio Espacial Spitzer.
Crédito: NASA/SOFIA/E. Lopez-Rodriguez; NASA/Spitzer/J. Moustakas et al.

A Galáxia do Charuto (M82) é famosa pela sua extraordinária velocidade em fabricar novas estrelas, 10 vezes mais depressa que a Via Láctea. Agora, foram usados dados do SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy) para estudar esta galáxia em mais detalhe, revelando como o material que afecta a evolução das galáxias pode entrar no espaço intergaláctico.

Os investigadores descobriram, pela primeira vez, que o vento galáctico que flui do centro da Galáxia do Charuto (M82) está alinhado com o campo magnético e transporta uma massa muito grande de gás e poeira – o equivalente a 50 a 60 milhões de sóis.

“O espaço entre as galáxias não está vazio,” disse Enrique Lopez-Rodriguez, cientista da USRA (Universities Space Research Association) que trabalha na equipa do SOFIA. “Contém gás e poeira – que são as matérias-primas das estrelas e das galáxias. Agora, temos uma melhor compreensão de como esta matéria escapou do interior das galáxias ao longo do tempo.”

Além de ser um exemplo clássico de uma galáxia “starburst”, o que significa que está a formar um número extraordinário de estrelas em comparação com a maioria das outras galáxias, M82 também tem ventos fortes que sopram gás e poeira para o espaço intergaláctico. Os astrónomos há muito que teorizam que estes ventos também arrastariam o campo magnético da galáxia na mesma direcção, mas, apesar de vários estudos, não havia nenhuma prova observacional do conceito.

Usando o observatório aéreo SOFIA, os cientistas descobriram definitivamente que o vento da Galáxia do Charuto não só transporta uma quantidade enorme de gás e poeira para o meio intergaláctico, como também arrasta o campo magnético de modo que fica perpendicular ao disco galáctico. De facto, o vento arrasta o campo magnético a mais de 2000 anos-luz – quase a dimensão do próprio vento.

“Um dos principais objectivos desta investigação era o de avaliar quão eficientemente o vento galáctico pode arrastar o campo magnético,” disse Lopez-Rodriguez. “Não esperávamos encontrar o campo magnético alinhado com o vento numa área tão grande.”

Estas observações indicam que os fortes ventos associados ao fenómeno de formação estelar explosiva podem ser dos mecanismos responsáveis por “semear” material e injectar um campo magnético no meio intergaláctico próximo. Caso tenham ocorrido processos semelhantes no início do Universo, estes podem ter afetado a evolução fundamental das primeiras galáxias.

Os resultados foram publicados na edição de Janeiro de 2019 da revista The Astrophysical Journal Letters.

O mais novo instrumento do SOFIA, o HAWC+ (High-resolution Airborne Wideband Camera-Plus), usa luz infravermelha longínqua para observar grãos de poeira celeste, que se alinham ao longo das linhas do campo magnético. Com estes resultados, os astrónomos podem inferir a forma e a direcção do campo magnético, de outra maneira invisível. A radiação infravermelha longínqua fornece informações importantes sobre os campos magnéticos porque o sinal é limpo e não está contaminado pela emissão de outros mecanismos físicos, como a luz visível dispersa.

“O estudo dos campos magnéticos intergaláctico – e sua evolução – é fundamental para entender como as galáxias evoluíram ao longo da história do Universo,” disse Terry Jones, professor emérito da Universidade de Minnesota, em Minneapolis, investigador principal deste estudo. “Com o instrumento HAWC+ do SOFIA, temos agora uma nova perspectiva sobre estes campos magnéticos.”

Astronomia On-line
8 de Março de 2019

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