Embora vivamos em um vasto universo tridimensional, os objetos celestes vistos através de um telescópio parecem planos porque estão muito distantes. Pela primeira vez, astrônomos mediram a forma tridimensional de uma das maiores e mais próximas galáxias elípticas de nós, a M87. Esta galáxia se revelou “triaxial” ou em formato de batata. Essa visão estereoscópica foi possibilitada pela combinação do poder do Telescópio Espacial Hubble da NASA e do Observatório W. M. Keck, localizado no Havaí.
Na maioria dos casos, os astrônomos precisam usar sua intuição para entender as verdadeiras formas dos objetos espaciais profundos. Por exemplo, a classe inteira de galáxias enormes chamadas de “elípticas” parece manchas nas imagens. Determinar a verdadeira forma das galáxias elípticas gigantes ajudará os astrônomos a entender melhor como as grandes galáxias e seus buracos negros centrais se formam.
Os cientistas criaram o modelo 3D medindo os movimentos das estrelas que se aglomeram em torno do buraco negro supermassivo central da galáxia. O movimento estelar foi usado para fornecer novos insights sobre a forma da galáxia e sua rotação, além de permitir uma nova medição da massa do buraco negro. Rastrear as velocidades e posições estelares permitiu aos pesquisadores construir uma visão tridimensional da galáxia.
Astrônomos da Universidade da Califórnia em Berkeley conseguiram determinar a massa do buraco negro no núcleo da galáxia com alta precisão, estimando-a em 5,4 bilhões de vezes a massa do Sol. As observações do Hubble em 1995 mediram o buraco negro da M87 como sendo 2,4 bilhões de massas solares. Já em 2019, a colaboração internacional do Event Horizon Telescope lançou a primeira imagem do mesmo buraco negro, permitindo calcular sua massa em 6,5 bilhões de massas solares usando a teoria da relatividade geral de Einstein.
O modelo estereoscópico da M87 e a massa mais precisa do buraco negro central podem ajudar os astrofísicos a aprender a taxa de rotação do buraco negro. “Agora que conhecemos a direção da rotação líquida das estrelas na M87 e temos uma massa atualizada do buraco negro, podemos combinar essas informações com os dados do Event Horizon Telescope para restringir a rotação”, disse Chung-Pei Ma, investigador principal da UC Berkeley.
Com mais de dez vezes a massa da Via Láctea, a M87 provavelmente cresceu a partir da fusão de várias outras galáxias. Essa é provavelmente a razão pela qual o buraco negro central da M87 é tão grande – ele assimilou os buracos negros centrais de uma ou mais galáxias que engoliu.
Ma, juntamente com a estudante de doutorado da UC Berkeley, Emily Liepold (autora principal do artigo publicado no Astrophysical Journal Letters) e Jonelle Walsh, da Texas A&M University, conseguiram determinar a forma 3D da M87 graças a um novo instrumento de precisão montado no Telescópio Keck II. Eles apontaram o Keck para 62 localizações adjacentes da galáxia, mapeando o espectro das estrelas em uma região de cerca de 70.000 anos-luz de diâmetro. Essa região abrange os 3.000 anos-luz centrais, onde a gravidade é amplamente dominada pelo buraco negro supermassivo. Embora o telescópio não consiga resolver estrelas individuais devido à grande distância da M87, os espectros podem revelar a gama de velocidades para calcular a massa do objeto em órbita.
“É como olhar para um enxame de 100 bilhões de abelhas”, disse Ma. “Embora estejamos olhando para elas de longe e não possamos distinguir abelhas individuais, estamos obtendo informações muito detalhadas sobre suas velocidades coletivas.” Os pesquisadores coletaram os dados entre 2020 e 2022, bem como medições anteriores de brilho estelar da M87 feitas pelo Hubble, e as compararam com previsões de modelos de computador de como as estrelas se movem em torno do centro da galáxia em formato triaxial. O ajuste mais adequado a esses dados permitiu calcular a massa do buraco negro.
Na década de 1920, o astrônomo Edwin Hubble classificou as galáxias de acordo com suas formas. Galáxias espirais em forma de disco plano poderiam ser vistas em vários ângulos de projeção no céu: de frente, oblíquas ou de canto. No entanto, as galáxias “de aparência irregular” eram mais problemáticas para caracterizar. Hubble criou o termo “elípticas”. Elas só poderiam ser classificadas de acordo com o grau de elipticidade. Não possuíam poeira ou gás aparente em seu interior para melhor distingui-las. Agora, um século depois, os astrônomos têm uma visão estereoscópica de uma galáxia elíptica prototípica.
O Telescópio Espacial Hubble é um projeto de cooperação internacional entre a NASA e a ESA. 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 e do Webb. O STScI é operado pela NASA pela Association of Universities for Research in Astronomy, em Washington, D.C.
A descoberta da forma tridimensional da galáxia M87 é um marco na astronomia moderna, pois ela fornece uma visão mais precisa e abrangente das formas das galáxias elípticas, além de revelar informações valiosas sobre a massa e rotação de buracos negros supermassivos. Através dessa descoberta, astrônomos e astrofísicos podem expandir seu conhecimento sobre a formação e evolução das galáxias, bem como entender melhor os processos dinâmicos que ocorrem no universo.
A combinação de dados do Hubble e do Observatório W. M. Keck permitiu que os pesquisadores desvendassem os mistérios da M87, mostrando a importância da colaboração internacional e do uso de várias técnicas e instrumentos em pesquisa astronômica. O trabalho pioneiro de Edwin Hubble no início do século XX proporcionou uma base sólida para o estudo das galáxias, e as descobertas recentes, como a forma tridimensional da M87, continuam a expandir e aprimorar nossa compreensão do cosmos.
À medida que a tecnologia e os instrumentos astronômicos continuam a avançar, é provável que mais descobertas e informações sobre as galáxias elípticas e outras formas de galáxias sejam reveladas. Essas informações não apenas enriquecem nosso conhecimento sobre a natureza do universo, mas também podem ter implicações práticas na busca por recursos e na exploração espacial no futuro.
Em resumo, a descoberta da forma tridimensional da galáxia M87 marca um avanço significativo na astronomia e astrofísica, oferecendo uma visão mais completa das galáxias elípticas e dos processos que ocorrem no universo. Essa descoberta destaca a importância da colaboração e da inovação na pesquisa astronômica e abre caminho para futuras descobertas e avanços no campo.
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