Buraco negro à procura de uma casa

2005-09-16

Em cima: exemplo de dois quasares estudados, onde se pode observar a galáxia hospedeira. As imagens foram obtidas pelo Hubble. Em baixo: imagem do quasar HE0450-2958, obtida pelo Hubble. Não se observa qualquer galáxia hospedeira, apenas se pode ver uma galáxia companheira com grande actividade de formação estelar, perto do topo da imagem. Por baixo, a mesma imagem após a aplicação do método de deconvolução MCS. Em contraste com os restantes, este quasar não aparece no centro de uma galáxia hospedeira, mas na fronteira de uma estrutura compacta de gás ionizado pela radiação do próprio quasar. Este gás pode ter sido capturado durante uma colisão com a galáxia que apresenta o surto de formação estelar. A estrela que se vê na imagem é uma estrela da nossa galáxia que se encontra na linha de visão. Crédito: ESO.
Uma equipa internacional de astrónomos levou a cabo, com a ajuda do Telescópio Espacial Hubble
Hubble Space Telescope (HST)
O Telescópio Espacial Hubble é um telescópio espacial que foi colocado em órbita da Terra em 1990 pela NASA, em colaboração com a ESA. A sua posição acima da atmosfera terrestre permite-lhe observar os objectos astronómicos com uma qualidade ímpar.
(NASA
National Aeronautics and Space Administration (NASA)
Entidade norte-americana, fundada em 1958, que gere e executa os programas espaciais dos Estados Unidos da América.
/ESA
European Space Agency (ESA)
A Agência Espacial Europeia foi fundada em 1975 e actualmente conta com 15 países membros, incluindo Portugal.
) e do VTL (ESO
European Southern Observatory (ESO)
O Observatório Europeu do Sul é uma organização europeia de Astronomia para o estudo do céu austral fundada em 1962. Conta actualmente com a participação de 10 países europeus e ainda do Chile. Portugal tornou-se membro do ESO em 1 de Janeiro de 2001, no seguimento de um acordo de cooperação que durou cerca de 10 anos.
), um estudo detalhado de 20 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.
com desvios para o vermelho
desvio para o vermelho (z)
Designa-se por desvio para o vermelho (em inglês, redshift) o desvio do espectro de um objecto para comprimentos de onda mais longos. O desvio para o vermelho pode dever-se ao movimento do objecto a afastar-se do observador (desvio de Doppler), ou à expansão do Universo (desvio para o vermelho cósmico, ou gravitacional). O desvio para o vermelho cósmico permite estimar a distância a que o objecto se encontra: quanto maior o desvio, mais distante o objecto. O desvio de Doppler permite calcular a velocidade a que o objecto se desloca.
pequenos. Dezanove destes quasares revelaram ser aquilo que se esperava: 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.
gigantescos rodeados por uma enorme galáxia
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.
hospedeira. Mas quando os astrónomos estudaram HE0450-2958, um quasar brilhante localizado a 5 mil milhões de anos-luz
ano-luz (al)
O ano-luz (al) é uma unidade de distância igual a 9,467305 x 1012 km, que corresponde à distância percorrida pela luz, no vácuo, durante um ano.
, não conseguiram encontrar provas da existência de qualquer galáxia em seu redor.

Há duas décadas que os astrónomos observam quasares. As observações até agora realizadas têm sugerido que estes objectos estão invariavelmente associados aos núcleos activos de grandes galáxias. A observação destas galáxias não é, no entanto, um trabalho simples, uma vez que a radiação
radiação electromagnética
A radiação electromagnética, ou luz, pode ser considerada como composta por partículas (os fotões) ou ondas. As suas propriedades dependem do comprimento de onda: ondas ou fotões com comprimentos de onda mais longos traduzem radiação menos energética. A radiação electromagnética, ou luz, é usualmente descrita como um conjunto de bandas de radiação, como por exemplo o infravermelho, o rádio ou os raios-X.
emitida pelo quasar é demasiado energética tornando a galáxia em si praticamente indetectável. Para resolver este problema os astrónomos utilizam um método de separação de luz (a que foi dado o nome de deconvolução MCS). Obtendo espectros com o VTL e imagens com o Hubble, os investigadores observam os quasares ao mesmo tempo que observam uma estrela
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.
de referência. Isto permite-lhes medir com precisão a forma do quasar como fonte pontual, tanto nos espectros como nas imagens, e, em seguida, separar a luz do quasar das outras contribuições, isto é, da luz da galáxia hospedeira.

Esta técnica foi utilizada para os 20 quasares estudados e as respectivas galáxias hospedeiras foram sendo detectadas, para todos eles, excepto para um. O quasar HE0450-2958 não revelou a existência de qualquer ambiente estelar. Isto sugere que, a existir uma galáxia hospedeira, ela deverá ter uma luminosidade
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.
6 vezes mais fraca do que a esperada tendo em conta a luminosidade do próprio quasar, ou então terá um raio inferior a 300 anos-luz. Note-se que os valores típicos para os raios das galáxias que albergam quasares se situam entre os 6000 e os 50000 anos-luz!

Em vez da galáxia hospedeira, os astrónomos detectaram junto do quasar uma nuvem brilhante, com 2500 anos-luz. Observações realizadas com o VLT
Very Large Telescope (VLT)
O Very Large Telescope é um observatório operado pelo Observatório Europeu do Sul (ESO) e localizado no Cerro Paranal, no deserto de Atacama, no Chile. O VLT é composto por 4 telescópios de 8,2 m de diâmetro que podem trabalhar simultaneamente, constituindo um interferómetro óptico, ou independentemente.
mostraram que esta nuvem é composta apenas por gás ionizado
ionização
Processo pelo qual um átomo (ou molécula) electricamente neutro ganha ou perde um ou mais electrões, transformando-se num ião.
pela intensa radiação que provem do quasar. Provavelmente, é o gás desta nuvem que está a alimentar o gigantesco buraco negro e a permitir que este seja um quasar.

Nas imagens do Hubble pode ainda ver-se, a uma distância de 2 segundos de arco
segundo de arco (")
O segundo de arco (") é uma unidade de medida de ângulos, ou arcos de circunferência, correspondente a 1/60 de minuto de arco, ou seja, 1/3600 de grau.
(que corresponde aproximadamente a 50 000 anos-luz), uma galáxia que parece fortemente perturbada, mostrando sinais de ter sofrido uma colisão recente. O respectivo espectro, obtido pelo VTL, mostra que a galáxia se encontra a produzir estrelas a uma taxa muito elevada.

Temos então um conjunto composto por um quasar sem galáxia hospedeira, uma nuvem de gás e uma galáxia perturbada com um surto de formação de estrelas. A hipótese mais aceitável é a de que, há cerca de 100 milhões de anos, a galáxia espiral terá colidido com um objecto que albergava um buraco negro. Essa colisão terá dado origem ao quasar e ao surto de formação de estrelas que agora se observa na galáxia espiral vizinha. Mas os investigadores não podem dizer se existiu uma galáxia hospedeira albergando o quasar, pois é difícil imaginar de que forma ela poderá ter sido totalmente desfeita pela colisão.

Os astrónomos pensam que estão perante um quasar verdadeiramente exótico. Um buraco negro isolado, por exemplo, não poderia ter causado uma perturbação na galáxia vizinha tão grande como a que é observada. Existe ainda a hipótese, certamente intrigante, segundo a qual a galáxia que albergava o quasar era quase exclusivamente constituída por 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.
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Seja qual for a natureza do fenómeno, HE0450-2958 apresenta-se como um verdadeiro desafio à interpretação.

A equipa que realizou este estudo é composta por Pierre Magain e Géraldine Letawe (Universidade de Liége, Bélgica), Frédéric Courbin e Georges Meylan (Escola Politécnica Federal de Lausanne, Suiça), Pascale Jablonka (Escola Politécnica Federal de Lausanne e Universidade de Genebra, Suíça), e Knud Jahnke e Lutz Wisotzki (Instituto para a Astrofísica de Potsdam, Alemanha). Os resultados deste estudo foram publicados num artigo a 15 de Setembro de 2005, na revista Nature.

Fonte da notícia: http://www.eso.org/outreach/press-rel/pr-2005/pr-23-05.html