HUBBLE CAPTURA A POSSÍVEL ‘CENA DE SOMBRA’ DO DISCO AO REDOR DE UM BURACO NEGRO

Algumas das vistas mais deslumbrantes do nosso céu ocorrem ao pôr do sol, quando a luz solar penetra nas nuvens, criando uma mistura de raios brilhantes e escuros formados pelas sombras das nuvens e pelos feixes de luz espalhados pela atmosfera.

Os astrônomos que estudam a galáxia próxima IC 5063 são atormentados por um efeito semelhante em imagens obtidas pelo telescópio espacial Hubble da NASA. Neste caso, uma coleção de estreitos raios brilhantes e sombras escuras é vista irradiando do centro extremamente brilhante da galáxia ativa.

Uma equipe de astrônomos, liderada por Peter Maksym, do Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA), em Cambridge, Massachusetts, rastreou os raios de volta ao núcleo da galáxia, a localização de um buraco negro supermassivo ativo. Um buraco negro é uma região densa e compacta do espaço que engole luz e matéria sob a força esmagadora da gravidade. O objeto monstro está se alimentando freneticamente de material em queda, produzindo um poderoso jato de luz de gás superaquecido próximo a ele.

Embora os pesquisadores tenham desenvolvido várias teorias plausíveis para o show de luzes, a ideia mais intrigante sugere que um anel em forma de tubo interno, ou toro, de material empoeirado ao redor do buraco negro está lançando sua sombra no espaço.

De acordo com o cenário proposto por Maksym, o disco de poeira ao redor do buraco negro não bloqueia toda a luz. Lacunas no disco permitem que a luz se irradie, criando raios brilhantes em forma de cone semelhantes aos dedos de luz às vezes vistos ao pôr do sol. No entanto, os raios em IC 5063 estão acontecendo em uma escala muito maior, atingindo pelo menos 36.000 anos-luz.

Parte da luz atinge manchas densas no anel, lançando a sombra do anel no espaço. Essas sombras aparecem como formas escuras de dedos intercaladas com raios brilhantes. Esses feixes e sombras são visíveis porque o buraco negro e seu anel estão inclinados para os lados em relação ao plano da galáxia. Este alinhamento permite que os feixes de luz se estendam para além da galáxia.

Essa interação de luz e sombra oferece uma visão única da distribuição do material que circunda o buraco negro. Em algumas áreas, o material pode se assemelhar a nuvens dispersas. Se esta interpretação estiver correta, as observações podem fornecer uma prova indireta da estrutura mosqueada do disco.

“Estou mais animado com a sombra da ideia do toro porque é um efeito muito legal que não acho que vimos antes em imagens, embora tenha sido hipotetizado”, disse Maksym. “Cientificamente, ele está nos mostrando algo que é difícil – geralmente impossível – de ver diretamente. Sabemos que esse fenômeno deve acontecer, mas, neste caso, podemos ver os efeitos em toda a galáxia. Saber mais sobre a geometria do toro terá implicações para qualquer um que esteja tentando entender o comportamento dos buracos negros supermassivos e seus ambientes. À medida que uma galáxia evolui, ela é moldada por seu buraco negro central. ”

Estudar o toro é importante porque ele canaliza o material em direção ao buraco negro. Se a interpretação da “sombra” for precisa, os raios escuros fornecem evidências indiretas de que o disco em IC 5063 pode ser muito fino, o que explica por que a luz está vazando por toda a estrutura.

Observações de buracos negros semelhantes pelo Observatório de Raios-X Chandra da NASA detectaram raios-X vazando de buracos no toro, fazendo a estrutura parecer um queijo suíço. Os furos podem ser causados ​​pelo aperto do disco por forças internas, causando sua deformação, disse Maksym. “É possível que a distorção crie lacunas grandes o suficiente para que parte da luz brilhe, e conforme o toro gira, feixes de luz podem varrer a galáxia como faróis de farol em meio à névoa”, acrescentou.

Citizen Science Serendipity

Embora os astrônomos venham estudando a galáxia por décadas, levou um não-cientista para fazer a descoberta surpreendente. Judy Schmidt, uma artista e astrônoma amadora baseada em Modesto, Califórnia, descobriu as sombras escuras ao reprocessar as exposições do Hubble da galáxia em dezembro de 2019. Schmidt rotineiramente seleciona o arquivo do Hubble para observações interessantes que ela pode transformar em belas imagens. Ela compartilha essas imagens em seu feed do Twitter com seus muitos seguidores, que incluem astrônomos como Maksym.

Schmidt selecionou as observações do Hubble de IC 5063 do arquivo porque ela está interessada em galáxias que têm núcleos ativos. As sombras em forma de cone não eram aparentes nas exposições originais, então ela ficou surpresa ao vê-las em sua imagem reprocessada. “Eu não tinha ideia de que eles estavam lá e, mesmo depois de processá-lo, fiquei piscando os olhos me perguntando se estava vendo o que pensei que estava vendo”, disse ela.

Ela imediatamente postou sua imagem em sua conta do Twitter. “Era algo que eu nunca tinha visto antes, e mesmo que eu tivesse fortes suspeitas de que eles fossem raios de sombra ou ‘raios crepusculares’, como Peter os apelidou, é fácil deixar a imaginação e o pensamento desejosos correrem soltos”, explicou ela . “Achei que se eu estivesse errado, alguém viria me castigar.”

A imagem gerou uma animada discussão no Twitter entre seus seguidores astrônomos, incluindo Maksym, que debateu a origem dos raios. Maksym já vinha analisando imagens do Hubble dos jatos produzidos pelo buraco negro da galáxia. Assim, ele assumiu a liderança no estudo dos raios e na redação de um artigo científico. Seu estudo é baseado em observações de infravermelho próximo feitas pela Wide Field Camera 3 e Advanced Camera for Surveys do Hubble em março e novembro de 2019. A luz vermelha e infravermelha perfura a galáxia empoeirada para revelar os detalhes que podem estar envoltos em poeira.

Esta descoberta não teria sido possível sem a visão nítida de Hubble. A galáxia também está relativamente próxima, a apenas 156 milhões de anos-luz da Terra. “Imagens mais antigas de telescópios no solo talvez mostrassem indícios desse tipo de estrutura, mas a própria galáxia é uma bagunça que você nunca imaginaria que é isso que está acontecendo sem o Hubble”, explicou Maksym. “O Hubble tem imagens nítidas, é sensível a coisas tênues e tem um campo de visão grande o suficiente para visualizar a galáxia inteira.”

Maksym espera continuar seu estudo da galáxia para determinar se seu cenário está correto. “Queremos continuar investigando e será ótimo se outros cientistas tentarem testar nossas conclusões também, com novas observações e modelagem”, disse ele. “Este é um projeto que está apenas implorando por novos dados porque levanta mais perguntas do que respostas.”

Os resultados da equipe foram publicados no The Astrophysical Journal Letters .

O Telescópio Espacial Hubble é um projeto de cooperação internacional entre a NASA e a ESA (Agência Espacial Europeia). O Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, gerencia o telescópio. O Space Telescope Science Institute (STScI) em Baltimore, Maryland, conduz as operações científicas do Hubble. O STScI é operado para a NASA pela Associação de Universidades para Pesquisa em Astronomia em Washington, DC