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17 de setembro de 2021

O Quasar Mais Distante Do Universo Estudado Com Lentes Gravitacionais

Um grupo de astrônomos conseguiu estudar um quasar com z=6.5, ou seja, localizado lá, bem no início do universo graças à capacidade observacional do ALMA e ao poder das lentes gravitacionais.

O efeito de lente gravitacional ocorre quando uma massa localizada ao longo da linha de visão do observador distorce a luz antes de atingir o observador, as lentes gravitacionais, de certo modo, transformam o universo numa verdadeira casa de espelhos.

Durante o processo, uma aglomeração de massa, nesse caso específico, outra galáxia, em primeiro plano, amplifica e distorce a luz, vinda de um objeto mais distante, nesse caso um quasar e a sua galáxia hospedeira, uma consequência maravilhosa da Teoria Geral da Relatividade.

Esse efeito de lente gravitacional é como se fosse um telescópio natural, que amplifica o sinal e fornece uma resolução maior da imagem. Nesse estudo, a luz da galáxia é ampliada em 4 vezes, o que foi suficiente para resolver as estruturas de pequena escala da galáxia. Mas todas essas vantagens não veem de graça, a lente gravitacional manipula a imagem da fonte de segundo plano. Enquanto o objeto que sofre o efeito de lente é na verdade uma única fonte, a imagem criada pela lente gravitacional é esticada e aparece múltiplas vezes, dependendo de como a massa do objeto que está em primeiro plano é distribuída e posicionada com relação ao objeto de fundo.

Os quasars, alguns dos objetos mais brilhantes e mais extremos do universo, são encontrados em galáxias durante uma fase temporária mega brilhante. Durante essa fase, seu buraco negro supermassivo central está se alimentando de forma vigorosa, gerando um disco de material quente e luminoso ao seu redor e ejetando parte do material através de jatos energéticos. Enquanto que os quasars são brilhantes e fáceis de serem detectados, as galáxias que os hospedam e alimentam são normalmente escondidas atrás do brilho do quasar em seu centros ativos. Contudo se você puder olhar além do quasar e focar no gás e na poeira da galáxia hospedeira, nós podemos entender melhor a natureza e a origem de todo o sistema.

Nesse trabalho, os autores, usaram observações de comprimento de onda em milímetros do Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) para medir a poeira da galáxia hospedeira e a emissão [CII]. [CII] é uma linha de emissão molecular comumente usada para rastrear os movimentos e o conteúdo do gás, a principal fonte de combustível para galáxias luminosas. Essas observações fornecem pistas sobre a estrutura, os movimentos e a atividade de formação de estrelas na galáxia hospedeira. Depois de construir um modelo da lente para desembaraçar as várias imagens na fonte única original, os autores foram capazes de confirmar seu modelo de lente anterior com base nos dados do HST (consulte o artigo anterior do grupo) e modelar os novos dados ALMA.

Com base na reconstrução da galáxia hospedeira de, o perfil de luz se parece com sua galáxia de disco comum e os traçadores cinemáticos mostram uma estrutura de velocidade suave. Juntas, essas pistas sugerem que a galáxia hospedeira é um disco rotativo regular, como um vinil girando em um toca-discos. No entanto, a dinâmica é um pouco mais complicada, já que a galáxia não parece ser simétrica ao longo de seus eixos, nem parece ser um disco fino – então, não exatamente um vinil em uma vitrola. Pode ser apenas irregular, mas é mais provável que tenha uma geometria espessa e seja mais esferoidal do que disco. São necessárias observações de resolução mais alta para entender melhor a cinemática complexa que ocorre aqui, que é uma característica comum de quasares com alto redshift.

A cinemática também fornece medições-chave que podem ser usadas para estimar as propriedades do buraco negro supermassivo da galáxia. No universo local, a massa de um buraco negro supermassivo central e a massa de sua galáxia hospedeira seguem uma relação positiva simples. Neste artigo, os autores descrevem o buraco negro de sua galáxia como superdimensionado, pois é relativamente grande em comparação com a galáxia hospedeira. Isso foi encontrado para outros quasares distantes semelhantes e sugere uma diferença fundamental na coevolução dos buracos negros dentro dos sistemas de quasares e suas galáxias hospedeiras nos primeiros tempos.

Este sistema é o quasar com lentes mais distantes do universo (redshift z = 6,5) descoberto até agora, entre as primeiras estrelas e galáxias. É um sistema bastante intenso, com uma taxa e eficiência extremas de formação de estrelas, e um buraco negro excessivamente massivo no meio – definitivamente uma verdadeira festa. No entanto, essas características extremas não são necessariamente únicas e foram observadas para a pequena amostra de quasares (sem lente) no amanhecer cósmico com ALMA. O que torna esta galáxia em particular tão especial é o fato de que ela tem lentes gravitacionais, permitindo observações com muito mais detalhes e sinais. Além disso, os autores referem-se a este quasar como um estudo de caso para sondar a natureza, origem e estruturas dos quasares na aurora cósmica e para entender como buracos negros supermassivos e suas galáxias hospedeiras co-evoluem. Olhando para estudos futuros, os autores esperam usar dados de alta resolução para medir a influência do buraco negro central mais diretamente, confirmar a geometria da galáxia e mapear com mais precisão seu campo de velocidade. De volta à casa dos espelhos cósmica na festa ao amanhecer!

Fonte:

https://aasnova.org/2021/09/07/an-extreme-distant-quasar-in-the-cosmic-house-of-mirrors/

Sérgio Sacani

Formado em geofísica pelo IAG da USP, mestre em engenharia do petróleo pela UNICAMP e doutor em geociências pela UNICAMP. Sérgio está à frente do Space Today, o maior canal de notícias sobre astronomia do Brasil.

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