O Universo observável é um lugar extremamente grande, medindo cerca de 91 bilhões de anos-luz de diâmetro. Como resultado, os astrônomos são forçados a confiar em instrumentos poderosos para ver objetos distantes. Mas mesmo esses são algumas vezes limitados e devem ser combinados com uma técnica conhecida como lente gravitacional. Isso envolve confiar em uma grande distribuição de matéria (uma galáxia ou estrela) para ampliar a luz proveniente de um objeto distante.
Usando essa técnica, uma equipe internacional liderada por pesquisadores do Observatório de Rádio Owens Valley (OVRO) do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech) conseguiu observar jatos de gás quente saindo de um buraco negro supermassivo em uma galáxia distante (conhecida como PKS 1413 + 135) A descoberta forneceu a melhor visão até hoje dos tipos de gás quente que são frequentemente detectados provenientes dos centros de buracos negros supermassivos (SMBH).
Os resultados da pesquisa foram descritos em dois estudos publicados na edição de 15 de agosto de O Jornal Astrofísico. Ambos foram liderados por Harish Vedantham, bolsista da Caltech Millikan Postdoctoral, e faziam parte de um projeto internacional liderado por Anthony Readhead - o professor de astronomia Robinson, emérito e diretor do OVRO.
Este projeto OVRO está ativo desde 2008, realizando observações duas vezes por semana de cerca de 1.800 SMBHs ativas e suas respectivas galáxias usando seu telescópio de 40 metros. Essas observações foram conduzidas em apoio ao Telescópio Espacial Fermi de raios gama da NASA, que vem conduzindo estudos semelhantes sobre essas galáxias e suas SMBHs durante o mesmo período.
Como a equipe indicou em seus dois estudos, essas observações forneceram novas informações sobre os aglomerados de matéria que são periodicamente ejetados dos buracos negros supermassivos, além de abrir novas possibilidades para a pesquisa de lentes gravitacionais. Como o Dr. Vedantham indicou em uma recente declaração à imprensa da Caltech:
“Sabemos da existência desses aglomerados de material fluindo ao longo de jatos de buracos negros e eles se aproximam da velocidade da luz, mas pouco se sabe sobre sua estrutura interna ou como são lançados. Com sistemas de lentes como este, podemos ver os aglomerados mais próximos do motor central do buraco negro e com muito mais detalhes do que antes. ”
Embora se acredite que todas as galáxias grandes tenham uma SMBH no centro de sua galáxia, nem todas têm jatos de gás quente que as acompanham. A presença desses jatos está associada ao que é conhecido como Núcleo Galáctico Ativo (AGN), uma região compacta no centro de uma galáxia que é especialmente brilhante em muitos comprimentos de onda - incluindo rádio, microondas, infravermelho, óptico, ultravioleta, Radiação de raios X e raios gama.
Esses jatos são o resultado do material que está sendo puxado em direção a um SMBH, alguns dos quais acabam sendo ejetados na forma de gás quente. O material nessas correntes viaja próximo à velocidade da luz, e as correntes são ativas por períodos que variam de 1 a 10 milhões de anos. Enquanto na maioria das vezes, os jatos são relativamente consistentes, a cada poucos anos, eles cospem pedaços adicionais de matéria quente.
Em 2010, os pesquisadores do OVRO notaram que as emissões de rádio do PKS 1413 + 135 haviam aumentado, diminuído e depois voltado a brilhar ao longo de um ano. Em 2015, eles perceberam o mesmo comportamento e realizaram uma análise detalhada. Após descartar outras explicações possíveis, eles concluíram que o brilho geral provavelmente foi causado por dois aglomerados de alta velocidade de material ejetados do buraco negro.
Esses aglomerados viajaram ao longo do jato e aumentaram quando passaram por trás das lentes gravitacionais que estavam usando para suas observações. Essa descoberta foi bastante fortuita e foi o resultado de muitos anos de estudo astronômico. Como Timothy Pearson, cientista sênior da Caltech e co-autor do artigo, explicou:
“Foram necessárias observações de um grande número de galáxias para encontrar esse único objeto com os mergulhos simétricos no brilho que apontam para a presença de uma lente gravitacional. Agora, estamos analisando com atenção todos os nossos outros dados para tentar encontrar objetos semelhantes que possam dar uma visão ampliada dos núcleos galácticos. ”
O que também foi emocionante nas observações da equipe internacional foi a natureza das "lentes" usadas. No passado, os cientistas contavam com lentes massivas (ou seja, galáxias inteiras) ou micro-lentes que consistiam em estrelas únicas. No entanto, a equipe liderada pelo Dr. Vedantham e Readhead contava com o que eles descreviam como uma "lente mili" de cerca de 10.000 massas solares.
Este poderia ser o primeiro estudo na história que se baseou em uma lente de tamanho intermediário, que eles acreditam ser provavelmente um aglomerado de estrelas. Uma das vantagens de uma lente do tamanho de mili é que ela não é grande o suficiente para bloquear toda a fonte de luz, facilitando a localização de objetos menores. Com este novo sistema de lentes gravitacionais, estima-se que os astrônomos possam observar aglomerados em escalas aproximadamente 100 vezes menores do que antes. Como Readhead explicou:
"Os aglomerados que estamos vendo são muito próximos do buraco negro central e são pequenos - apenas alguns dias-luz de diâmetro. Acreditamos que esses minúsculos componentes que se aproximam da velocidade da luz estão sendo ampliados por uma lente gravitacional na galáxia espiral em primeiro plano. Isso fornece uma resolução requintada de um milionésimo de segundo de arco, o que equivale a visualizar um grão de sal na Lua da Terra. ”
Além disso, os pesquisadores indicam que a lente em si é de interesse científico, pela simples razão de que pouco se sabe sobre objetos nessa faixa de massa. Esse potencial aglomerado de estrelas poderia, portanto, atuar como uma espécie de laboratório, dando aos pesquisadores a chance de estudar as lentes milimétricas gravitacionais, além de fornecer uma visão clara dos jatos nucleares que fluem dos núcleos galácticos ativos.
Olhando para o futuro, a equipe espera confirmar os resultados de seus estudos usando outra técnica conhecida como Interferometria de Linha de Base Muito Longa (VLBI). Isso envolverá radiotelescópios de todo o mundo, capturando imagens detalhadas da PKS 1413 + 135 e da SMBH em seu centro. Dado o que eles observaram até agora, é provável que este SMBH cuspa outro aglomerado de matéria dentro de alguns anos (até 2020).
Vedantham, Readhead e seus colegas planejam estar prontos para este evento. Detectar esse próximo grupo não só validaria seus estudos recentes, mas também validaria a técnica de mili-lentes que eles usavam para conduzir suas observações. Como Readhead indicou, "não poderíamos fazer estudos como esses sem um observatório universitário como o Observatório de Rádio de Owens Valley, onde temos tempo para dedicar um grande telescópio exclusivamente a um único programa".
Os estudos foram possíveis graças ao financiamento da NASA, da National Science Foundation (NSF), da Smithsonian Institution, da Academia Sinica, da Academy of Finland e do Centro de Excelência em Astrofísica e Tecnologia do Chile (CATA).
