Pesquisadores usando o telescópio espacial James Webb da NASA, que está por vir, mapearão e modelarão o núcleo da galáxia Centaurus A.

Crédito: SciTechDaily

Conforme a tecnologia melhorou ao longo dos séculos, o mesmo aconteceu com as observações dos astrônomos para a galáxia Centaurus A. Eles retiraram suas camadas como uma cebola para descobrir que sua forma instável é o resultado de duas galáxias que se fundiram há mais de 100 milhões de anos. Ela também tem um buraco negro supermassivo ativo, conhecido como núcleo galáctico ativo, em seu coração que envia periodicamente jatos gêmeos. Apesar desses avanços, o núcleo empoeirado da Centaurus A ainda é bastante misterioso. Os dados infravermelhos de alta resolução do Webb permitirão que uma equipe de pesquisa revele com muita precisão tudo o que está no centro.

Centaurus A ostenta um disco central deformado de gás e poeira, que é evidência de uma colisão e fusão com outra galáxia. Ela também tem um núcleo galáctico ativo que emite jatos periodicamente. É a quinta galáxia mais brilhante no céu e apenas cerca de 13 milhões de anos-luz de distância da Terra, tornando-se um alvo ideal para estudar um núcleo galáctico ativo um buraco negro supermassivo que emite jatos e ventos, com o telescópio espacial James Webb da NASA. Crédito: Raio-X: NASA / CXC / SAO; óptico: Rolf Olsen; infravermelho: NASA / JPL-Caltech; rádio: NRAO / AUI / NSF / Univ.Hertfordshire / M.Hardcastle

Centaurus A é uma galáxia gigante, mas suas aparições 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 ao infravermelho próximo, pintando uma paisagem bastante moderada. Mas ao mudar para visualizações de raios-X e luz de rádio, uma cena muito mais estridente começa a se desdobrar: do centro da galáxia elíptica disforme, jatos espetaculares de material irromperam 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? Próximas observações lideradas por Nora Lützgendorf e Macarena García Marín da Agência Espacial Europeia, utilizando o NASA‘s Telescópio Espacial James Webb vai permitir aos pesquisadores observar através de seu núcleo empoeirado em alta resolução pela primeira vez para começar a responder a estas perguntas.

O núcleo empoeirado de Centaurus A é aparente na luz visível, mas seus jatos são melhor visualizados em raios-X e luz de rádio. Com as próximas observações do Telescópio Espacial James Webb da NASA em luz infravermelha, os pesquisadores esperam localizar melhor a massa do buraco negro supermassivo central da galáxia, bem como evidências que mostram onde os jatos foram ejetados. Crédito: Raio-X: NASA / CXC / SAO; óptico: Rolf Olsen; infravermelho: NASA / JPL-Caltech; rádio: NRAO / AUI / NSF / Univ.Hertfordshire / M.Hardcastle

“Há tanta coisa acontecendo em 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, seremos capazes de usar Webb para criar mapas bidimensionais para ver como o gás e as estrelas se movem em sua região central, como são influenciados pelos jatos de seu núcleo galáctico ativo, e em última análise, caracterizar melhor a massa de seu buraco negro.”

Uma rápida retrospectiva

Vamos clicar em “retroceder” para revisar um pouco do que já se sabe sobre a Centaurus A. É bem estudada porque está relativamente próxima, cerca de 13 milhões de anos-luz de distância o que significa que podemos resolver claramente a galáxia inteira. O primeiro registro foi feito em meados dos anos 1800, mas os astrônomos perderam o interesse até os anos 1950 porque a galáxia parecia ser uma galáxia elíptica silenciosa, embora deformada. Quando os pesquisadores começaram a observar com radiotelescópios nas décadas de 1940 e 50, a Centaurus A tornou-se radicalmente mais interessante e seus jatos surgiram. Em 1954, pesquisadores descobriram que Centaurus A é o resultado de duas galáxias que se fundiram, o que mais tarde foi estimado ter ocorrido 100 milhões de anos atrás.

Buracos negros supermassivos, que ficam no centro das galáxias, são vorazes. Eles periodicamente “sorvem” ou “engolem” dos discos giratórios de gás e poeira que os orbitam, o que pode resultar em fluxos massivos que afetam a formação de estrelas localmente e em lugares mais distantes. Quando o James Webb Space Telescope da NASA começar a observar os núcleos das galáxias, seus instrumentos infravermelhos vão penetrar a poeira para fornecer imagens e dados de alta resolução que permitem aos pesquisadores aprender precisamente como um processo desencadeia outro e como eles criam um enorme ciclo de feedback. Crédito: NASA, ESA e L. Hustak (STScI)

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 a luz de rádio, fica claro que há muito mais nesta história que ainda precisamos aprender.

“Os 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 Webb, veremos gás e poeira muito mais frios do que nas observações anteriores e aprenderemos muito mais sobre o ambiente no centro da galáxia.”

Visualizando os dados do Webb

A equipe liderada por Lützgendorf e Marín observará a Centaurus A não apenas fazendo imagens com Webb, mas reunindo dados conhecidos como espectros, que espalham a luz em seus componentes em comprimentos de onda, como um arco-íris. Os espectros de Webb revelarão informações de alta resolução sobre as temperaturas, velocidades e composições do material no centro da galáxia.

Em particular, o Near Infrared Spectrograph (NIRSpec) e o Mid-Infrared Instrument (MIRI) do Webb fornecerão à equipe de pesquisa uma combinação de dados: uma imagem mais um espectro de cada pixel dessa imagem. Isso permitirá que os pesquisadores construam mapas 2D intrincados a partir 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.

O Telescópio Espacial James Webb usará um instrumento inovador chamado unidade de campo integral (IFU) para capturar imagens e espectros ao mesmo tempo. Este vídeo oferece uma visão geral básica de como funciona o IFU. Credito: NASA, ESA, CSA, and L. Hustak (STScI)

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 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 Webb, poderemos ver folhas e flores individuais, seus caules e talvez o solo embaixo.”

À medida que a equipe de pesquisa se aprofunda nos espectros, eles constroem 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, fazemos muitas comparações”, continuou Marín. “Se eu comparar dois espectros nesta região, talvez descubra que o que foi observado contém uma população proeminente de estrelas jovens. Ou confirme quais áreas estão empoeiradas e aquecidas. Ou talvez identifiquemos a emissão proveniente do núcleo galáctico ativo.”

Ou seja, o “ecossistema” dos espectros tem vários 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 Webb. E, como esses estudos serão baseados em muitos que vieram antes, os pesquisadores serão capazes de 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 alta resolução das velocidades do gás e das estrelas no centro da 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.

Observe como os jatos e ventos de um buraco negro supermassivo afetam sua galáxia hospedeira - e o espaço a centenas de milhares de anos-luz de distância ao longo de milhões de anos. Crédito: NASA, ESA e L. Hustak (STScI)

Como os pesquisadores entendem como a gravidade de um buraco negro governa a rotação do gás próximo, eles podem usar os dados do Webb para pesar o buraco negro em Centaurus A. Com um conjunto mais completo de dados infravermelhos, eles também determinarão se partes diferentes do gás estão todos se comportando conforme o 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 Webb.” Marín concorda sinceramente e acrescenta que aproveitar uma grande quantidade de dados existentes é inestimável. “Os aspectos mais interessantes sobre essas observações é o potencial para novas descobertas”, disse ela. “Acho que podemos encontrar algo que nos faça olhar para trás para outros dados e reinterpretar o que foi visto antes.”

Esses estudos da Centaurus A serão conduzidos como parte dos programas conjuntos MIRI e NIRSpec de Observações de Tempo Garantido de Gillian Wright e Pierre Ferruit. Todos os dados do Webb serão armazenados no acesso público 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 ciências espaciais do mundo quando for lançado em 2021. O Webb resolverá mistérios em nosso sistema solar, e sondar as misteriosas estruturas e origens de nosso universo e nosso lugar nele. Webb é um programa internacional liderado pela NASA com seus parceiros, ESA (Agência Espacial Europeia) e a Agência Espacial Canadense.

Fonte: SciTechDaily