O astrofísico da Northwestern University, Farhad Zadeh, ficou fascinado e intrigado com uma família de filamentos magnéticos de grande escala e altamente organizados pendurados no centro da Via Láctea desde que os descobriu no início dos anos 80.
Agora, 40 anos depois, Zadeh continua igualmente fascinado, mas talvez um pouco menos confuso.
Com a nova descoberta de filamentos semelhantes localizados em outras galáxias, Zadeh e seus colaboradores apresentaram, pela primeira vez, duas possíveis explicações para as origens desconhecidas dos filamentos. Em um novo artigo, publicado no início deste mês no The Astrophysical Journal Letters, Zadeh e seus coautores propõem que os filamentos podem resultar de uma interação entre vento e nuvens em grande escala ou podem surgir de turbulência dentro de um campo magnético fraco.
“Sabemos muito sobre os filamentos em nosso próprio Centro Galáctico, e agora filamentos em galáxias externas estão começando a aparecer como uma nova população de filamentos extragalácticos”, disse Zadeh. “Os mecanismos físicos subjacentes para ambas as populações de filamentos são semelhantes, apesar dos ambientes muito diferentes. Os objetos fazem parte da mesma família, mas os filamentos fora da Via Láctea são primos mais antigos e distantes – e quero dizer muito distantes (no tempo e no espaço). ) prima e primo.”
Especialista em radioastronomia, 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).
‘Algo universal está acontecendo’
Os primeiros filamentos que Zadeh descobriu se estendiam até 150 anos-luz de comprimento, elevando-se perto do buraco negro supermassivo central da Via Láctea. No início deste ano, Zadeh adicionou quase 1.000 filamentos a mais à sua coleção de observações. Nesse lote, os filamentos unidimensionais aparecem em pares e aglomerados, muitas vezes empilhados igualmente espaçados, lado a lado como cordas em uma harpa ou derramando lateralmente como ondulações individuais em uma cachoeira.
Usando observações de radiotelescópios, Zadeh descobriu que os filamentos mistificantes compreendem elétrons de raios cósmicos girando ao longo de um campo magnético próximo à velocidade da luz. Embora ele esteja montando o quebra-cabeça do que os filamentos são feitos, Zadeh ainda se pergunta de onde eles vieram. Quando os astrônomos descobriram uma nova população fora de nossa própria galáxia, ofereceram novas oportunidades para investigar os processos físicos no espaço ao redor dos filamentos.
Os filamentos recém-descobertos residem dentro de um aglomerado de galáxias, um emaranhado concentrado de milhares de galáxias localizadas a um bilhão de anos-luz da Terra. Algumas das galáxias dentro do aglomerado são radiogaláxias ativas, que parecem ser terreno fértil para a formação de filamentos magnéticos em grande escala. Quando Zadeh viu esses filamentos recém-descobertos pela primeira vez, ficou surpreso.
“Depois de estudar filamentos em nosso próprio Centro Galáctico por todos esses anos, fiquei extremamente empolgado ao ver essas estruturas tremendamente bonitas”, disse ele. “Como encontramos esses filamentos em outras partes do universo, isso indica que algo universal está acontecendo”.
Gigantes galácticos
Embora a nova população de filamentos seja semelhante à da nossa Via Láctea, existem algumas diferenças importantes. Os filamentos fora da Via Láctea, por exemplo, são muito maiores – entre 100 a 10.000 vezes mais longos. Eles também são muito mais velhos e seus campos magnéticos são mais fracos. A maioria deles curiosamente pende – em um ângulo de 90 graus – dos jatos de um buraco negro para o vasto nada do meio intraaglomerado, ou o espaço encravado entre as galáxias dentro do aglomerado.
Mas a população recém-descoberta tem a mesma proporção comprimento-largura que os filamentos da Via Láctea. E ambas as populações parecem transportar energia através dos mesmos mecanismos. Mais perto do jato, os elétrons dos filamentos são mais energéticos, mas perdem energia à medida que viajam mais para baixo no filamento. Embora o jato do buraco negro possa fornecer as partículas de sementes necessárias para criar um filamento, algo desconhecido deve estar acelerando essas partículas ao longo de comprimentos surpreendentes.
“Alguns deles têm comprimento incrível, até 200 kiloparsecs”, disse Zadeh. “Isso é cerca de quatro ou cinco vezes maior do que o tamanho de toda a nossa Via Láctea. O que é notável é que seus elétrons permanecem juntos em uma escala tão longa. Se um elétron viajasse à velocidade da luz ao longo do comprimento do filamento, levaria 700.000 anos. E eles não viajam na velocidade da luz.”
Possibilidades promissoras
No novo artigo, Zadeh e seus colaboradores levantam a hipótese de que as origens dos filamentos podem ser uma simples interação entre o vento galáctico e um obstáculo, como uma nuvem. À medida que o vento envolve o obstáculo, ele cria uma cauda semelhante a um cometa atrás dele.
“O vento vem do movimento da própria galáxia enquanto ela gira”, explicou Zadeh. “É como quando você coloca a mão para fora da janela de um carro em movimento. Não há vento lá fora, mas você sente o ar se movendo. Quando a galáxia se move, ela cria vento que pode estar empurrando lugares onde as partículas de raios cósmicos são bastante Ele varre o material e cria uma estrutura filamentar.”
As simulações, no entanto, oferecem outra possibilidade viável. Quando os pesquisadores simularam um meio ativo e turbulento, estruturas longas e filamentosas se materializaram. À medida que as rádio-galáxias se movem, explicou Zadeh, a gravidade pode afetar o meio e agitá-lo. O meio então forma manchas de redemoinhos. Depois que o campo magnético fraco envolve esses redemoinhos, ele pode ser esticado, dobrado e amplificado – eventualmente tornando-se filamentos alongados com forte campo magnético.
Embora muitas perguntas permaneçam, Zadeh ainda se maravilha com as novas descobertas.
“Todos esses filamentos fora da nossa galáxia são muito antigos”, disse ele. “Eles são quase de uma era diferente do nosso universo e ainda sinalizam aos habitantes da Via Láctea que existe uma origem comum para a formação dos filamentos. Acho isso notável.”
Publicado em 22/11/2022 18h07
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