Gás intergaláctico alimenta os primeiros quasares

2003-02-20

Comparação entre o espectro observado do quasar SDSS1122-0229 (vermelho) e o modelo proposto por Barkana e Loeb (azul escuro). Neste modelo, a emissão de hidrogénio (Lyman α) intrínseca do quasar, a azul claro, é parcialmente absorvida pelo gás de hidrogénio intergaláctico que, sob o efeito gravitacional do halo escuro de massa elevada, cai para dentro do quasar, resultando o perfil a azul escuro. Crédito: Barkana & Loeb 2003, Nature vol. 421 p. 341.
A luz dos objectos mais distantes que observamos demora milhares de milhões de anos a chegar até nós, fazendo com que esses objectos sejam representativos do Universo jovem. De entre os objectos mais longínquos observáveis pelos astrónomos, destacam-se os quasares
quasar
Os quasares são objectos extragalácticos extremamente brilhantes e compactos. Hoje acredita-se que são o centro de galáxias muito energéticas ainda num estado inicial da sua evolução (são, pois, núcleos galácticos activos - NGAs) e a sua energia provém de um buraco negro de massa muito elevada. Os seus desvios para o vermelho indicam que se encontram a distâncias cosmológicas. O seu nome, quasar, vem do inglês quasi-stellar object, ou seja, objecto quase estelar, devido à semelhança da sua imagem em placas fotográficas com a imagem de uma estrela.
. Em regiões muito compactas, de apenas alguns dias ou semanas-luz, os quasares produzem centenas de vezes mais energia do que as galáxias
galáxia
Um vasto conjunto de estrelas, nebulosas, gás e poeira interestelar gravitacionalmente ligados. As galáxias classificam-se em três categorias principais: espirais, elípticas e irregulares.
normais. É aceite que essa energia só pode vir de buracos negros
buraco negro
Um buraco negro é um objecto cuja gravidade é tão forte que a sua velocidade de escape é superior à velocidade da luz. Em Astronomia, distinguem-se dois tipos de buraco negro: os buracos negros estelares, que resultam da morte de uma estrela de massa elevada, e os buracos negros galácticos, que existem no centro das galáxias activas.
de massa
massa
A massa é uma medida da quantidade de matéria de um dado corpo.
elevadíssima. Também se acredita que os quasares residem no centro de halos de grande massa de matéria escura
matéria escura
A matéria escura é matéria que não emite luz e por isso não pode ser observada directamente, mas cuja existência é inferida pela sua influência gravitacional na matéria luminosa, ou prevista por certas teorias. Por exemplo, os astrónomos acreditam que as regiões mais exteriores das galáxias, incluindo a Via Láctea, têm de possuir matéria escura devido às observações do movimento das estrelas. A Teoria Inflacionária do Universo prevê que o Universo tem uma densidade elevada, o que só pode ser verdade se existir matéria escura. Não se sabe ao certo o que constitui a matéria escura: poderão ser partículas subatómicas, buracos negros, estrelas de muito baixa luminosidade, ou mesmo uma combinação de vários destes ou outros objectos.
- a misteriosa matéria invisível, ainda desconhecida, mas que necessitamos para explicar algumas características do nosso Universo.

Num artigo publicado na revista científica Nature em Janeiro de 2003, R. Barkana (Universidade de Tel Aviv, Israel) e A. Loeb (Centro Smithsonian para a Astrofísica, EUA) sugerem que o espectro de um quasar é modificado pela absorção
absorção de radiação
A absorção de radiação é um decréscimo da intensidade da radiação devido à energia dispendida na excitação ou ionização de átomos e moléculas do meio que atravessa.
de alguma luz por parte de gás intergaláctico atraído pelo efeito gravitacional do halo escuro de elevada massa. Estes investigadores modelaram os espectros resultantes para dois conhecidos quasares muito distantes e compararam-nos com observações já existentes.

Analisando os espectros de alta resolução dos dois quasares, verificaram que as riscas de emissão
risca de emissão
Uma risca de emissão é uma risca brilhante num espectro de luz. Corresponde à emissão de radiação num determinado comprimento de onda devido à transição de um electrão de um nível energético mais elevado para um nível energético mais baixo de um átomo ou molécula. As riscas de emissão, tal como as de absorção, contêm informação sobre a composição química e as condições físicas do material que as produzem.
provenientes de átomos
átomo
O átomo é a menor partícula de um dado elemento que tem as propriedades químicas que caracterizam esse mesmo elemento. Os átomos são formados por electrões à volta de um núcleo constituído por protões e neutrões.
de hidrogénio excitados tinham perfis espectrais muito particulares, com picos duplos. Segundo o modelo criado por estes astrónomos, esta é a assinatura da absorção de luz pelo hidrogénio intergaláctico em queda para o halo escuro de massa elevada. Modelos que não considerem a queda de gás não prevêm o pico duplo.

O perfil teórico, por eles calculado, reproduz, não só a existência de dois picos, como também a sua forma e tamanhos relativos. Uma vez que o perfil espectral depende do valor da massa do halo escuro, a concordância entre as observações e o modelo indica que o valor assumido está próximo do valor correcto: por exemplo, alterando a massa por uma ordem de grandeza faz com que o perfil teórico discorde com o observado.

A massa do halo de matéria escura onde reside o quasar foi estimada em ∼ 1012 massas solares
massa solar
Massa solar é a quantidade de massa existente no Sol e, simultaneamente, a unidade na qual os astrónomos exprimem as massas das estrelas, nebulosas e galáxias. Uma massa solar é igual a 1,989x1030 kg.
a partir da massa do buraco negro central, com base em modelos de formação hierárquica. Uma correlação forte entre a massa do buraco negro central e a distribuição de velocidades das estrelas
estrela
Uma estrela é um objecto celeste gasoso que gera energia no seu núcleo através de reacções de fusão nuclear. Para que tal possa suceder, é necessário que o objecto possua uma massa superior a 8% da massa do Sol. Existem vários tipos de estrelas, de acordo com as suas temperaturas efectivas, cores, idades e composição química.
da galáxia que o alberga tem sido verificada para galáxias próximas. Esta relação também é válida para os dados até agora existentes de quasares distantes, se se considerar um modelo simples de evolução de quasares através da fusão
fusão
1- passagem do estado sólido ao líquido, por efeito do calor; 2- junção, união.
de galáxias. A massa do buraco negro central de cada quasar foi inferida a partir das luminosidades
luminosidade
A luminosidade (L) é a quantidade de energia que um objecto celeste emite por unidade de tempo e em determinado comprimento de onda, ou em determinada banda de comprimentos de onda.
dos quasares respectivos, resultando em valores de ∼ 109 massas solares.

À distância a que estes dois quasares se encontram, o Universo tinha menos de mil milhões de anos. De acordo com o modelo de formação hierárquica de galáxias, largamente aceite, as primeiras estruturas que se formaram no Universo eram pequenas protogaláxias que continham apenas alguns milhares de estrelas. Ao longo de milhares de milhões de anos, estas protogaláxias colidiram, fundiram e formaram galáxias maiores, tais como as que vemos hoje. Este processo leva tempo, sendo difícil explicar o facto deste estudo apontar para a formação de galáxias relativamente grandes, com cerca de 1012 massas solares, em menos de mil milhões de anos. Aliás, explicar a própria existência de quasares muito distantes, cujas luminosidades implicam buracos negros com massas perto dos milhares de milhões de massas solares, torna-se um desafio teórico.

Por outro lado, o modelo avançado permite estimar a que ritmo é que a massa está a ser colhida no centro do quasar. O valor é bastante elevado, permitindo que a galáxia estivesse formada em menos de mil milhões de anos, ou seja, em menos tempo do que a idade do Universo na altura.

O modelo agora proposto levanta questões muito importantes. Espera-se que no futuro seja possível testar o modelo contra uma amostra estatística de quasares brilhantes e distantes com espectros de alta resolução.

Fonte da notícia: http://cfa-www.harvard.edu/press/pr0304.html