Uma equipe internacional de cientistas alcançou o marco de observar diretamente o anel empoeirado e há muito procurado em torno de um buraco negro supermassivo, em ângulo reto com seu jato emergente. Pensava-se que tal estrutura existia no núcleo das galáxias, mas era difícil de observar diretamente porque o material intermediário obscurecia nossa linha de visão.
Agora, o disco interno é detectado usando a mais alta resolução espacial em comprimentos de onda infravermelhos já feita para um objeto extragaláctico. A nova descoberta acaba de ser publicada no The Astrophysical Journal.
“Este é um passo muito empolgante para ver a região interna de uma galáxia distante com detalhes tão finos”, disse Gail Schaefer, diretora associada do Centro de Astronomia de Alta Resolução Angular (CHARA) Array.
Acredita-se que um buraco negro supermassivo exista no centro de todas as grandes galáxias. À medida que o material na região circundante é puxado para o centro, o gás forma uma estrutura semelhante a um disco quente e brilhante. Em alguns casos, um jato emerge da vizinhança do buraco negro em uma direção perpendicular ao disco. No entanto, essa estrutura plana, que é essencialmente o “motor” desse sistema ativo de buracos negros supermassivos, nunca foi vista diretamente porque é muito pequena para ser capturada por telescópios convencionais.
Uma maneira de abordar essa estrutura-chave é ver diretamente um “anel empoeirado” externo – o gás interestelar contém grãos de poeira, minúsculas partículas sólidas feitas de elementos pesados, que só podem sobreviver na região externa, onde a temperatura é baixa o suficiente (< ~1500K - caso contrário, os metais evaporam). A poeira aquecida emite radiação infravermelha térmica e, portanto, pareceria um anel externo ao redor do buraco negro, se o sistema central realmente tivesse uma estrutura plana. A detecção de sua estrutura seria um passo fundamental para delinear o funcionamento do motor central.
Tentativas de ver essa estrutura de bordas são difíceis, porque o sistema é obscurecido pela mesma poeira que age como absorvedora de luz. Em vez disso, na nova investigação, a equipe se concentrou em um sistema com visão frontal, o objeto mais brilhante do universo próximo. No entanto, a detecção exigia uma resolução espacial muito alta nos comprimentos de onda infravermelhos e, ao mesmo tempo, uma grande variedade de telescópios dispostos adequadamente para observar objetos em diferentes orientações.
O interferômetro CHARA Array da Georgia State University no Observatório Mount Wilson, na Califórnia, é a única instalação que atende a esses dois requisitos. O Array consiste em 6 telescópios, cada um com um espelho de 1 metro de diâmetro, que são combinados para alcançar a resolução espacial de um telescópio muito maior.
Embora cada telescópio individual seja relativamente pequeno, o layout da matriz é otimizado para observar objetos em vários ângulos e com grandes distâncias entre os telescópios. Isso atinge uma capacidade de resolução espacial muito alta. O CHARA Array na verdade tem os olhos mais nítidos do mundo em comprimentos de onda infravermelhos.
Com o CHARA Array, a equipe finalmente detectou o anel empoeirado, em ângulo reto com o jato emergente no centro da galáxia chamado NGC 4151.
“Esperávamos ver essa estrutura em um objeto de núcleo nu há muito, muito tempo”, diz Makoto Kishimoto, pesquisador principal do projeto na Universidade de Kyoto Sangyo.
Um grande impulso foi que cada telescópio adicionou recentemente um novo sistema chamado “óptica adaptativa”.
Matt Anderson, pesquisador de pós-doutorado no CHARA Array que desempenhou um papel crítico na condução das observações, diz: “Isso aumentou muito a taxa de injeção da luz, compensando o espelho coletor relativamente pequeno para observar o alvo extragaláctico, que é muito mais fraco do que os alvos estelares normalmente observados em nossa galáxia.”
Nos últimos quase 40 anos, pesquisadores da área acreditaram que esse anel empoeirado é a chave para entender as diferentes características dos sistemas de buracos negros supermassivos. As propriedades que observamos dependem se temos uma visão obscura de borda ou uma visão clara de frente do núcleo da galáxia ativa. A detecção desta estrutura em forma de anel valida este modelo.
Além disso, a detecção provavelmente não é apenas uma indicação de uma estrutura plana. Estudos adicionais têm mostrado que a estrutura vista em comprimentos de onda infravermelhos ligeiramente mais longos, correspondendo a uma região externa ainda maior, parece alongada ao longo do jato, e não em ângulo reto com ele. Isso foi interpretado como uma indicação de um vento empoeirado sendo soprado na direção do jato.
A presente descoberta de que a estrutura interna parece plana e perpendicular ao jato é um elo importante para a estrutura ventosa e sua interação com o resto da galáxia ao redor do sistema de buracos negros ativo.
Essas observações inovadoras mediram o tamanho e a orientação do disco empoeirado. A equipe está trabalhando para obter uma imagem ainda mais detalhada da região central, construindo um novo instrumento no CHARA Array que pode ver mais profundamente no espaço e resolver a estrutura de escala mais fina da fonte.
Publicado em 21/11/2022 23h00
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