Pesquisadores usando o Telescópio Espacial James Webb da NASA irão mapear e modelar o núcleo da galáxia próxima Centaurus A.
Centaurus A é uma galáxia gigante, mas suas aparências em observações de telescópio podem enganar. Faixas de poeira escura e jovens aglomerados de estrelas azuis, que cruzam sua região central, são aparentes na luz ultravioleta, visível e infravermelha próxima, pintando uma paisagem bastante suave. Mas, ao mudar para visualizações de raios-X e luz de rádio, uma cena muito mais estridente começa a se desenrolar: do núcleo da galáxia elíptica deformada, jatos espetaculares de material surgiram de seu buraco negro supermassivo ativo – conhecido como núcleo galáctico ativo – enviando material para o espaço muito além dos limites da galáxia.
O que, precisamente, está acontecendo em sua essência para causar toda essa atividade? As próximas observações lideradas por Nora Lützgendorf e Macarena García Marín, da Agência Espacial Européia, usando o Telescópio Espacial James Webb da NASA, permitirão que os pesquisadores examinem seu núcleo empoeirado em alta resolução pela primeira vez para começar a responder a essas perguntas.
“Há tanta coisa acontecendo no Centaurus A”, explica Lützgendorf. “O gás, o disco e as estrelas da galáxia se movem sob a influência de seu buraco negro supermassivo central. Como a galáxia está tão perto de nós, poderemos usar o James Webb para criar mapas bidimensionais para ver como o gás e as estrelas se movem em sua região central, como são influenciadas pelos jatos de seu núcleo galáctico ativo e, finalmente, caracterizam melhor a massa de seu buraco negro.”
Uma rápida olhada para trás
Vamos clicar em “rebobinar” para rever um pouco do que já se sabe sobre Centaurus A. É bem estudado porque está relativamente próximo – cerca de 13 milhões de anos-luz de distância – o que significa que podemos resolver claramente toda a galáxia. O primeiro registro foi registrado em meados de 1800, mas os astrônomos perderam o interesse até a década de 1950 porque a galáxia parecia ser uma galáxia elíptica silenciosa, embora disforme. Uma vez que os pesquisadores puderam começar a observar com radiotelescópios nas décadas de 1940 e 1950, Centaurus A tornou-se radicalmente mais interessante – e seus jatos apareceram. Em 1954, pesquisadores descobriram que Centaurus A é o resultado de duas galáxias que se fundiram, o que mais tarde se estimou ter ocorrido há 100 milhões de anos.
Com mais observações no início dos anos 2000, os pesquisadores estimaram que cerca de 10 milhões de anos atrás, seu núcleo galáctico ativo disparou jatos gêmeos em direções opostas. Quando examinado em todo o espectro eletromagnético, de raios-X à luz de rádio, fica claro que há muito mais nessa história que ainda temos que aprender.
“Estudos de múltiplos comprimentos de onda de qualquer galáxia são como as camadas de uma cebola. Cada comprimento de onda mostra algo diferente”, disse Marín. “Com os instrumentos de infravermelho próximo e médio do James Webb, veremos gás e poeira muito mais frios do que em observações anteriores e aprenderemos muito mais sobre o ambiente no centro da galáxia”.
Visualizando os dados do James Webb
A equipe liderada por Lützgendorf e Marín observará o Centaurus A não apenas tirando imagens com o James Webb, mas coletando dados conhecidos como espectros, que espalham a luz em seus comprimentos de onda componentes como um arco-íris. Os espectros do James Webb revelarão informações de alta resolução sobre as temperaturas, velocidades e composições do material no centro da galáxia.
Em particular, o Near Infrared Spectrograph do James Webb (NIRSpec and Mid-Infrared Instrument (MIRI)) fornecerá à equipe de pesquisa uma combinação de dados: uma imagem mais um espectro de dentro de cada pixel dessa imagem. mapas dos espectros que os ajudarão a identificar o que está acontecendo por trás do véu de poeira no centro – e analisá-lo de muitos ângulos em profundidade.
Compare este estilo de modelagem com a análise de um jardim. Da mesma forma que os botânicos classificam as plantas com base em conjuntos específicos de características, esses pesquisadores classificarão os espectros do MIRI do James Webb para construir “jardins” ou modelos. “Se você tirar uma foto de um jardim de uma grande distância”, explicou Marín, “você verá algo verde, mas com o James Webb, poderemos ver folhas e flores individuais, seus caules e talvez o solo por baixo. ”
À medida que a equipe de pesquisa investiga os espectros, eles construirão mapas de partes individuais do jardim, comparando um espectro com outro espectro próximo. Isso é análogo a determinar quais partes contêm quais espécies de plantas com base em comparações de “caules”, “folhas” e “flores” à medida que avançam.
“Quando se trata de análise espectral, realizamos muitas comparações”, continuou Marín. “Se eu comparar dois espectros nesta região, talvez eu descubra que o que foi observado contém uma população proeminente de estrelas jovens. Ou confirme quais áreas são empoeiradas e aquecidas. Ou talvez identifiquemos emissões provenientes do núcleo galáctico ativo.”
Em outras palavras, o “ecossistema” de espectros tem muitos níveis, o que permitirá à equipe definir melhor com precisão o que está presente e onde está – o que é possível graças aos instrumentos infravermelhos especializados do James Webb. E, como esses estudos se basearão em muitos que vieram antes, os pesquisadores poderão confirmar, refinar ou abrir novos caminhos identificando novos recursos.
Pesando o buraco negro em Centaurus A
A combinação de imagens e espectros fornecidos pelo NIRSpec e MIRI permitirá que a equipe crie mapas de altíssima resolução das velocidades do gás e das estrelas no centro de Centaurus A. “Planejamos usar esses mapas para modelar como todo o disco no centro da galáxia se move para determinar com mais precisão a massa do buraco negro”, explica Lützgendorf.
Como os pesquisadores entendem como a gravidade de um buraco negro governa a rotação do gás próximo, eles podem usar os dados do James Webb para pesar o buraco negro em Centaurus A. Com um conjunto mais completo de dados infravermelhos, eles também determinarão se diferentes partes do gás estão todos se comportando como previsto. “Estou ansioso para preencher totalmente nossos dados”, disse Lützgendorf. “Espero ver como o gás ionizado se comporta e gira, e onde vemos os jatos.”
Os pesquisadores também esperam abrir novos caminhos. “É possível que encontremos coisas que ainda não consideramos”, explica Lützgendorf. “Em alguns aspectos, estaremos cobrindo um território completamente novo com o James Webb.” Marín concorda plenamente e acrescenta que é inestimável construir a partir de uma grande quantidade de dados existentes. “O aspecto mais emocionante sobre essas observações é o potencial para novas descobertas”, disse ela. “Acho que podemos encontrar algo que nos faça olhar para outros dados e reinterpretar o que foi visto anteriormente.”
Esses estudos do Centaurus A serão conduzidos como parte dos programas conjuntos MIRI e NIRSpec Guaranteed Time Observations de Gillian Wright e Pierre Ferruit. Todos os dados do James Webb serão armazenados no Arquivo Barbara A. Mikulski para Telescópios Espaciais (MAST) de acesso público no Space Telescope Science Institute em Baltimore.
O Telescópio Espacial James Webb será o principal observatório de ciência espacial do mundo quando for lançado em 2021. O James Webb resolverá mistérios em nosso sistema solar, olhará além para mundos distantes em torno de outras estrelas e investigará as misteriosas estruturas e origens de nosso universo e nosso lugar iniciar. O James Webb é um programa internacional liderado pela NASA com seus parceiros, ESA (Agência Espacial Européia) e a Agência Espacial Canadense.
Publicado em 07/03/2022 05h07
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