Uma nova imagem de telescópio sem precedentes do turbulento centro da Via Láctea revelou quase 1.000 fios misteriosos, inexplicavelmente pendurados no espaço.
Estendendo-se até 150 anos-luz de comprimento, os fios unidimensionais (ou filamentos) são encontrados em pares e aglomerados, muitas vezes empilhados igualmente espaçados, lado a lado como cordas em uma harpa. Usando observações em comprimentos de onda de rádio, Farhad Yusef-Zadeh, da Northwestern University, descobriu os filamentos magnéticos altamente organizados no início dos anos 80. Os filamentos misteriosos, ele descobriu, compreendem elétrons de raios cósmicos girando o campo magnético próximo à velocidade da luz. Mas sua origem permaneceu um mistério não resolvido desde então.
Agora, a nova imagem expôs 10 vezes mais filamentos do que os descobertos anteriormente, permitindo que Yusef-Zadeh e sua equipe conduzissem estudos estatísticos em uma ampla população de filamentos pela primeira vez. Essa informação potencialmente poderia ajudá-los a finalmente desvendar o mistério de longa data.
O estudo já está disponível online e foi aceito para publicação pelo The Astrophysical Journal Letters.
“Estudamos filamentos individuais há muito tempo com uma visão míope”, disse Yusef-Zadeh, principal autor do artigo. “Agora, finalmente vemos o quadro geral – uma visão panorâmica repleta de uma abundância de filamentos. Apenas examinar alguns filamentos torna difícil tirar qualquer conclusão real sobre o que são e de onde vieram. Este é um divisor de águas para promover nossa compreensão dessas estruturas.”
Yusef-Zadeh é professor de física e astronomia no Weinberg College of Arts and Sciences da Northwestern e membro do Centro de Exploração Interdisciplinar e Pesquisa em Astrofísica (CIERA).
Construindo a imagem
Para construir a imagem com clareza e detalhes sem precedentes, os astrônomos passaram três anos pesquisando o céu e analisando dados no Observatório de Radioastronomia da África do Sul (SARAO). Usando 200 horas de tempo no telescópio MeerKAT da SARAO, os pesquisadores montaram um mosaico de 20 observações separadas de diferentes seções do céu em direção ao centro da Via Láctea, a 25.000 anos-luz da Terra.
A imagem completa será publicada em um artigo adicional – liderado pelo astrofísico da Universidade de Oxford Ian Heywood e co-autoria de Yusef-Zadeh – em uma próxima edição do The Astrophysical Journal. Junto com os filamentos, a imagem captura emissões de rádio de vários fenômenos, incluindo estrelas em erupção, berçários estelares e novos remanescentes de supernovas.
“Passei muito tempo olhando para essa imagem no processo de trabalhar nela e nunca me canso dela”, disse Heywood. “Quando mostro esta imagem para pessoas que podem ser novas na radioastronomia, ou não familiarizadas com ela, sempre tento enfatizar que as imagens de rádio nem sempre foram assim, e que avanço o MeerKAT realmente é em termos de sua Foi um verdadeiro privilégio trabalhar ao longo dos anos com colegas da SARAO que construíram este fantástico telescópio.”
Para visualizar os filamentos em uma escala mais fina, a equipe de Yusef-Zadeh usou uma técnica para remover o fundo da imagem principal a fim de isolar os filamentos das estruturas circundantes. A imagem resultante o surpreendeu.
“É como arte moderna”, disse ele. “Essas imagens são tão bonitas e ricas, e o mistério de tudo isso torna ainda mais interessante.”
O que nós sabemos
Embora muitos mistérios em torno dos filamentos permaneçam, Yusef-Zadeh conseguiu juntar mais peças do quebra-cabeça. Em seu último artigo, ele e seus colaboradores exploraram especificamente os campos magnéticos dos filamentos e o papel dos raios cósmicos na iluminação dos campos magnéticos.
A variação na radiação emitida pelos filamentos é muito diferente daquela do remanescente de supernova recém-descoberto, sugerindo que os fenômenos têm origens diferentes. É mais provável, descobriram os pesquisadores, que os filamentos estejam relacionados à atividade passada do buraco negro supermassivo central da Via Láctea, em vez de explosões coordenadas de supernovas. Os filamentos também podem estar relacionados a enormes bolhas emissoras de rádio, que Yusef-Zadeh e colaboradores descobriram em 2019.
E, enquanto Yusef-Zadeh já sabia que os filamentos são magnetizados, agora ele pode dizer que os campos magnéticos são amplificados ao longo dos filamentos, uma característica primária que todos os filamentos compartilham.
“Esta é a primeira vez que conseguimos estudar as características estatísticas dos filamentos”, disse ele. “Ao estudar as estatísticas, podemos aprender mais sobre as propriedades dessas fontes incomuns.
“Se você fosse de outro planeta, por exemplo, e encontrasse uma pessoa muito alta na Terra, você poderia supor que todas as pessoas são altas. Mas se você fizer estatísticas sobre uma população de pessoas, poderá encontrar a altura média. É exatamente isso que podemos encontrar a força dos campos magnéticos, seus comprimentos, suas orientações e o espectro de radiação.”
O que não sabemos
Entre os mistérios restantes, Yusef-Zadeh está particularmente intrigado com a forma como os filamentos são estruturados. Os filamentos dentro dos aglomerados são separados uns dos outros a distâncias perfeitamente iguais – aproximadamente a distância da Terra ao Sol.
“Eles quase se assemelham ao espaçamento regular em loops solares”, disse ele. “Ainda não sabemos por que eles vêm em grupos ou entendemos como eles se separam, e não sabemos como esses espaçamentos regulares acontecem. Toda vez que respondemos a uma pergunta, surgem várias outras.”
Yusef-Zadeh e sua equipe também não sabem se os filamentos se movem ou mudam ao longo do tempo ou o que está fazendo com que os elétrons acelerem em velocidades tão incríveis.
“Como você acelera elétrons perto da velocidade da luz?” ele perguntou. “Uma ideia é que existem algumas fontes no final desses filamentos que estão acelerando essas partículas”.
Qual é o próximo
Yusef-Zadeh e sua equipe estão atualmente identificando e catalogando cada filamento. O ângulo, curva, campo magnético, espectro e intensidade de cada filamento serão publicados em um estudo futuro. Compreender essas propriedades dará à comunidade astrofísica mais pistas sobre a natureza indescritível dos filamentos.
O telescópio MeerKAT, lançado em julho de 2018, continuará a revelar novos segredos.
“Certamente estamos um passo mais perto de um entendimento mais completo”, disse Yusef-Zadeh. “Mas a ciência é uma série de progressos em diferentes níveis. Esperamos chegar ao fundo disso, mas são necessárias mais observações e análises teóricas. Uma compreensão completa de objetos complexos leva tempo.”
O estudo, “Propriedades estatísticas da população dos filamentos do centro galáctico: o índice espectral e o campo magnético de equipartição”, foi apoiado pela NASA e pela National Science Foundation.
Publicado em 31/01/2022 22h02
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