Nota de Imprensa

ALMA investiga mistério de jactos emitidos por buracos negros gigantes

16 de Outubro de 2013

Duas equipas internacionais de astrónomos usaram o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para estudar os jactos emitidos por enormes buracos negros situados no centro das galáxias e observar como é que estes jactos afectam o seu meio circundante. As equipas obtiveram, respectivamente, a melhor imagem de sempre do gás molecular em torno de um buraco negro calmo próximo e inesperadamente viram de relance a base de um jacto poderoso próximo de um buraco negro distante.

Existem buracos negros de massa extremamente elevada - com massas que vão até vários milhares de milhões de vezes a massa solar - no coração de quase todas as galáxias do Universo, incluindo a nossa própria galáxia, a Via Láctea. Num passado distante, estes objetos estranhos encontravam-se muito ativos, engolindo enormes quantidades de matéria do seu meio circundante, brilhando intensamente e expelindo pequenas fracções dessa matéria sob a forma de jactos extremamente poderosos. No Universo atual a maioria dos buracos negros de elevada massa encontram-se muito menos ativos do que na sua juventude, mas a interacção entre os jactos e o meio circundante ainda afecta a evolução das galáxias.

Dois novos estudos, ambos publicados hoje na revista da especialidade Astronomy & Astrophysics, fizeram uso do ALMA para investigar jactos de buracos negros a escalas muito diferentes. Um dos estudos investigou um buraco negro próximo e relativamente calmo situado na galáxia NGC 1433, enquanto o outro observou um objeto muito distante e ativo chamado PKS 1830-211.

“O ALMA revelou uma estrutura em espiral surpreendente no gás molecular próximo do centro da NGC 1433,” diz Françoise Combes (Observatoire de Paris, França), autora principal do primeiro artigo científico. “Isto explica como é que o material flui para o interior, alimentando o buraco negro. Com as novas observações muito nítidas do ALMA descobrimos um jacto de matéria a ser emitido pelo buraco negro e que se estende ao longo de apenas 150 anos-luz. Esta é a mais pequena corrente molecular a fluir para o exterior alguma vez observada numa galáxia externa.”

A descoberta desta corrente de matéria, que está a ser arrastada com o jacto emitido pelo buraco negro central, mostra como é que tais jactos podem fazer parar a formação estelar e regular o crescimento dos bojos centrais das galáxias [1].

Na PKS 1830-211, Ivan Martí-Vidal (Chalmers University of Technology, Onsala Space Observatory, Onsala, Suécia) e a sua equipa observaram também um buraco negro de massa extremamente elevada com um jacto, mas muito mais brilhante e mais ativo que o anterior, situado no Universo primordial [2]. Este objeto é invulgar porque a sua intensa radiação atravessa uma galáxia de elevada massa situado no seu percurso a caminho da Terra, dividindo-se em duas imagens por efeito de lente gravitacional [3].

De vez em quando, os buracos negros de massa extremamente elevada engolem de repente uma enorme quantidade de matéria [4], a qual faz aumentar a potência do jacto e consequentemente a radiação é emitida nas energias mais elevadas. O ALMA conseguiu agora, e completamente por acaso, capturar um destes eventos na PKS 1830-211.

“As observações ALMA no caso desta “indigestão” do buraco negro deram-se completamente por acaso. Estávamos a observar a PKS 1830-211 por outro motivo, quando demos com variações subtis na cor e na intensidade nas imagens da lente gravitacional. Uma análise muito cuidada a este comportamento inesperado levou-nos à conclusão de que estávamos a observar, por um feliz acaso do destino, mesmo no momento em que matéria nova estava a entrar na base do jacto do buraco negro,” diz Sebastian Muller, co-autor do segundo artigo científico.

A equipa verificou também se este fenómeno violento teria sido observado por outros telescópios e ficou surpreendida ao descobrir um sinal de raios gama muito claro, graças a observações de monitorização do Telescópio Eapacial de Raios Gama Fermi da NASA. O processo que deu origem ao aumento de radiação nos longos comprimentos de onda observados pelo ALMA, foi igualmente responsável por aumentar de forma dramática a radiação no jacto, levando-a até às energias mais elevadas do Universo [5].

“Esta é a primeira vez que se estabelece uma ligação tão clara entre raios gama e radiação rádio submilimétrica, proveniente da base do jacto de um buraco negro,” acrescenta Sebastian Muller.

As duas novas observações são apenas o início das investigações levadas a cabo com o ALMA no âmbito do funcionamento de jactos emitidos por buracos negros de massa extremamente elevada, tanto próximos como distantes. A equipa de Combes está já a estudar outras galáxias ativas próximas com o ALMA e o objeto PKS 1830-211 será o foco de muita investigação futura com o ALMA e outros telescópios.

“Há ainda muito para aprender sobre como é que os buracos negros criam estes enormes jactos energéticos de matéria e radiação,” conclui Ivan Martí-Vidal. “Mas os novos resultados, obtidos ainda antes do ALMA estar completamente construído, mostram que esta é uma ferramenta extremamente poderosa para estudar estes jactos. As descobertas ainda agora começaram!”

Notas

[1] Este processo, chamado “feedback”, pode explicar a misteriosa relação entre a massa de um buraco negro no centro de uma galáxia e a massa do bojo circundante. O buraco negro acreta gás e torna-se mais ativo, mas seguidamente produz jactos que “varrem” o gás das regiões circundantes fazendo parar a formação estelar.

[2] A PKS 1830-211 tem um desvio para o vermelho de 2,5, o que significa que a sua luz teve que viajar cerca de 11 mil milhões de anos antes de chegar até nós. A radiação que observamos foi emitida quando o Universo tinha apenas 20% da sua idade atual. Comparativamente, a radiação emitida pela NGC 1433 leva apenas 30 milhões de anos a chegar à Terra, um tempo muito curto em termos galácticos.

[3] A teoria da relatividade geral de Einstein prevê que os raios luminosos sejam deflectidos ao passarem por um objeto de elevada massa, tal como uma galáxia. Este efeito é chamado lente gravitacional e, desde que foi descoberto pela primeira vez em 1979, várias lentes gravitacionais foram encontradas. A lente permite a criação de imagens múltiplas, ao mesmo tempo que distorce e amplifica as fontes de radiação de fundo.

[4] O material que cai no buraco negro pode ser uma estrela ou uma nuvem molecular. Uma tal nuvem foi observada no centro da Via Láctea (eso1151, eso1332).

[5] Esta energia é emitida sob a forma de raios gama, a forma de energia do espectro electromagnético de maior energia e menor comprimento de onda.

Informações adicionais

O Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), uma infraestrutura astronómica internacional, é uma parceria entre a Europa, a América do Norte e o Leste Asiático, em cooperação com a República do Chile. O ALMA é financiado na Europa pelo Observatório Europeu do Sul (ESO), na América do Norte pela Fundação Nacional para a Ciência dos Estados Unidos (NSF) em cooperação com o Conselho Nacional de Investigação do Canadá (NRC) e no Leste Asiático pelos Institutos Nacionais de Ciências da Natureza (NINS) do Japão em cooperação com a Academia Sínica (AS) da Ilha Formosa. A construção e operação do ALMA é coordenada pelo ESO, em prol da Europa, pelo Observatório Nacional de Rádio Astronomia (NRAO), que é gerido, pela Associação de Universidades (AUI), em prol da América do Norte e pelo Observatório Astronómico Nacional do Japão (NAOJ), em prol do Leste Asiático. O Observatório ALMA (JAO) fornece uma liderança e direção unificadas na construção, gestão e operação do ALMA.

Estes trabalhos de investigação foram descritos em dois artigos científicos, “ALMA observations of feeding and feedback in nearby Seyfert galaxies: an AGN-driven outflow in NGC1433”, de F. Combes et al. e “Probing the jet base of the blazar PKS 1830−211 from the chromatic variability of its lensed images: Serendipitous ALMA observations of a strong gamma-ray flare”, de I. Martí-Vidal et al.. Ambos os artigos serão publicados na revista da especialidade Astronomy & Astrophysics.

A primeira equipa é composta por F. Combes (Observatoire de Paris, França), S. García-Burillo (Observatorio de Madrid, Espanha), V. Casasola (INAF–Istituto di Radioastronomia, Bolonha, Itália), L. Hunt (INAF–Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Florença, Itália), M. Krips (IRAM, Saint Martin d’Hère, França), A. J. Baker (Rutgers, the State University of New Jersey, Piscataway, EUA), F. Boone (CNRS, IRAP, Toulouse, França), A. Eckart (Universität zu Köln, Alemanha), I. Marquez (Instituto de Astrofísica de Andalucía, Granada, Espanha), R. Neri (IRAM), E. Schinnerer (Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg, Alemanha) e L. J. Tacconi (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching bei München, Alemanha).

A segunda equipa é composta por I. Martí-Vidal (Chalmers University of Technology, Onsala Space Observatory, Onsala, Suécia), S. Muller (Onsala), F. Combes (Observatoire de Paris, França), S. Aalto (Onsala), A. Beelen (Institut d’Astrophysique Spatiale, Université Paris-Sud, França), J. Darling (University of Colorado, Boulder, EUA), M. Guélin (IRAM, Saint Martin d’Hère, França; Ecole Normale Supérieure/LERMA, Paris, França), C. Henkel (Max-Planck-Institut für Radioastronomie [MPIfR], Bonn, Alemanha; King Abdulaziz University, Jeddah, Arábia Saudita), C. Horellou (Onsala), J. M. Marcaide (Universitat de València, Espanha), S. Martín (ESO, Santiago, Chile), K. M. Menten (MPIfR), Dinh-V-Trung (Vietnam Academy of Science and Technology, Hanoi, Vietname) e M. Zwaan (ESO, Garching, Alemanha).

O ESO é a mais importante organização europeia intergovernamental para a investigação em astronomia e é o observatório astronómico mais produtivo do mundo. O ESO é  financiado por 15 países: Alemanha, Áustria, Bélgica, Brasil, Dinamarca, Espanha, Finlândia, França, Holanda, Itália, Portugal, Reino Unido, República Checa, Suécia e Suíça. O ESO destaca-se por levar a cabo um programa de trabalhos ambicioso, focado na concepção, construção e funcionamento de observatórios astronómicos terrestres de ponta, que possibilitam aos astrónomos importantes descobertas científicas. O ESO também tem um papel importante na promoção e organização de cooperação na investigação astronómica. O ESO mantém em funcionamento três observatórios de ponta, no Chile: La Silla, Paranal e Chajnantor. No Paranal, o ESO opera  o Very Large Telescope, o observatório astronómico óptico mais avançado do mundo e dois telescópios de rastreio. O VISTA, o maior telescópio de rastreio do mundo que trabalha no infravermelho e o VLT Survey Telescope, o maior telescópio concebido exclusivamente para mapear os céus no visível. O ESO é o parceiro europeu do revolucionário telescópio  ALMA, o maior projeto astronómico que existe atualmente. O ESO encontra-se a planear o European Extremely Large Telescope, E-ELT, um telescópio de 39 metros que observará na banda do visível e do infravermelho próximo. O E-ELT será “o maior olho do mundo virado para o céu”.

Links

• Artigos científicos: Combes et al. & Martí-Vidal et al.
• Video que mostra a indigestão cósmica do buraco negro longínquo de massa extremamente elevada PKS 1830-211, visto pelo ALMA
• Fotografias da rede ALMA

Contactos

Françoise Combes
Observatoire de Paris, LERMA
Paris, France
Tel: +33 1 4051 2077
Email: francoise.combes@obspm.fr

Ivan Martí-Vidal
Chalmers University of Technology
Onsala Space Observatory, Onsala, Sweden
Tel: +46 31 772 5557
Email: ivan.marti-vidal@chalmers.se

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Este texto é a tradução da Nota de Imprensa do ESO eso1344, cortesia do ESON, uma rede de pessoas nos Países Membros do ESO, que servem como pontos de contacto local com os meios de comunicação social, em ligação com os desenvolvimentos do ESO. A representante do nodo português é Margarida Serote.