Objetos circulares estranhos observados no espaço podem finalmente ter sido explicados

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Impressão artística dos círculos de rádio estranhos. Créditos: Sam Moorfield / CSIRO.

Por Ray Norris
Publicado no The Conversation

Em 2019, meus colegas e eu descobrimos círculos brilhantes assombrosos no céu usando o radiotelescópio ASKAP da CSIRO na Austrália Ocidental. Os círculos eram diferentes de tudo o que vimos antes, e não tínhamos ideia do que eram.

Nós os apelidamos de círculos de rádio estranhos, ou ORCs (na sigla em inglês). Eles continuam nos intrigando, mas novos dados do telescópio MeerKAT da África do Sul estão nos ajudando a resolver o mistério.

Agora podemos ver que cada ORC está centrado em uma galáxia muito difusa para ser detectada anteriormente. Os círculos são provavelmente enormes explosões de gás quente, com cerca de um milhão de anos-luz de diâmetro, emanadas da galáxia central.

Nosso estudo que mostra esses resultados foi revisado por pares e aceito para publicação pela Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Um olhar mais atento

Agora temos belas imagens de um desses círculos tiradas com o radiotelescópio MeerKAT da África do Sul, que mostra o ORC em detalhes impressionantes.

Imagem do MeerKAT (verde/cinza) do círculo de rádio estranho ORC1 sobreposto a uma imagem óptica do Dark Energy Survey. Créditos: Jayanne English / MeerKAT / Dark Energy Survey.

Por exemplo, o MeerKAT vê uma pequena bolha de emissão de rádio no centro do anel, que coincide com uma galáxia distante. Estamos agora bastante certos de que esta galáxia gerou o ORC.

Também vemos essas galáxias centrais em outros ORCs, todas a grandes distâncias da Terra. Agora pensamos que esses círculos cercam galáxias distantes a cerca de um bilhão de anos-luz de distância, o que significa que os círculos são enormes – cerca de um milhão de anos-luz de diâmetro.

Ao modelar a fraca emissão de rádio difusa que o MeerKAT detecta dentro dos círculos, parece que os círculos são as bordas de uma camada esférica ao redor da galáxia, como uma onda de uma explosão gigante na galáxia.

Eles parecem anéis em vez de círculos apenas porque a esfera parece mais brilhante nas bordas onde há mais material ao longo da linha de visão, muito parecido com uma bolha de sabão.

Impressão artística dos círculos de rádio estranhos explodindo de uma galáxia central. Acredita-se que os círculos demorem 1 bilhão de anos para atingir o tamanho que os vemos hoje. Os círculos são tão grandes (milhões de anos-luz de diâmetro) que se expandiram além de outras galáxias. Créditos: Sam Moorfield / CSIRO.

Elétrons energéticos

O MeerKAT também mapeou a polarização das ondas de rádio, o que nos informa sobre o campo magnético no círculo. Nossa imagem de polarização mostra um campo magnético percorrendo ao longo da borda da esfera.

Isso sugere que uma erupção na galáxia central causou uma explosão quente para colidir com o gás difuso fora da galáxia. A onda de choque resultante energizou os elétrons no gás, fazendo-os espiralar ao redor do campo magnético, gerando ondas de rádio.

Linhas ao redor da borda do ORC mostram a direção do campo magnético. Um campo magnético circular como este indica que foi comprimido por uma onda de choque da galáxia central. Créditos: Larry Rudnick / MeerKAT.

Uma grande surpresa do resultado do MeerKAT é que dentro do círculo vemos vários filamentos curvos de emissão de rádio. Ainda não sabemos o que são.

Mas sabemos que a esfera é tão grande que engolfou outras galáxias quando explodiu da galáxia central. Talvez os filamentos sejam rastros de gás arrancados das galáxias pela onda de choque passageira?

Colisão de buracos negros ou o nascimento de milhões de estrelas?

A grande questão, claro, é o que causou a explosão. Estamos explorando duas possibilidades.

Uma é que eles foram causados ​​pela fusão de dois buracos negros supermassivos. Tal “evento de fusão” libera uma enorme quantidade de energia, suficiente para gerar o ORC.

Outra possibilidade é que a galáxia central tenha passado por um evento “explosão estelar“, no qual milhões de estrelas nasceram repentinamente do gás da galáxia. Tal explosão de estrelas faria o gás quente sair da galáxia, causando uma onda de choque esférica.

Tanto as fusões de buracos negros quanto os eventos de explosão estelar são raros, o que explica por que os ORCs são tão raros (apenas cinco foram relatados até agora).

O quebra-cabeça dos ORCs ainda não foi resolvido, e ainda temos muito a aprender sobre esses círculos misteriosos no céu. Até agora, só os detectamos com radiotelescópios – não vemos nada dos círculos em comprimentos de onda ópticos, infravermelhos ou raios-X.

Obtendo uma visão melhor

Para saber mais, precisamos de uma ferramenta ainda mais sensível que o MeerKAT e o ASKAP. Felizmente, a comunidade astronômica global está construindo exatamente esse observatório – o Square Kilometer Array (SKA), um esforço internacional com telescópios na África do Sul e na Austrália.

ASKAP e MeerKAT foram construídos para testar as localizações e a tecnologia do SKA. Independentemente de seu papel como precursores do SKA, ambos os telescópios foram extremamente bem-sucedidos por si só, fazendo grandes descobertas em seus primeiros anos de operação.

Seu sucesso em descobrir e estudar ORCs, portanto, é um bom presságio para o SKA.

Os dois telescópios também são maravilhosamente complementares – o ASKAP é excelente para pesquisar grandes áreas do céu e encontrar novos objetos, enquanto o MeerKAT é incomparável para ampliar esses objetos e estudá-los com maior sensibilidade e resolução.

O SKA promete superar ambos. Sem dúvidas, o SKA encontrará muito mais ORCs, e também será capaz de sondá-los para descobrir o que eles estão nos dizendo sobre o ciclo de vida das galáxias.