VLA revela novo objeto perto do buraco negro supermassivo da galáxia Cygnus A

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Crédito: Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF

Artigo traduzido de NRAO.

Apontando o Very Large Array (VLA) da National Science Foundation para uma galáxia famosa pela primeira vez em duas décadas, uma equipe de astrônomos teve uma grande surpresa, descobrindo que um objeto novo e brilhante tinha aparecido perto do núcleo da galáxia. O objeto, concluíram os cientistas, é um tipo muito raro de explosão de supernova ou, mais provavelmente, uma explosão de um segundo buraco negro supermassivo orbitando próximo do buraco negro supermassivo primário central da galáxia.

Os astrônomos observaram Cygnus A, uma galáxia bem conhecida e frequentemente estudada, descoberta pela pioneira da radioastronomia Grote Reber em 1939. A descoberta de rádio foi combinada com uma imagem de luz visível em 1951 e a galáxia, cerca de 800 milhões de anos-luz da Terra, foi um dos primeiros alvos do VLA após sua conclusão no início dos anos 80. Imagens detalhadas do VLA, publicadas em 1984, produziram grandes avanços na compreensão dos cientistas dos “jatos” super rápidos de partículas subatômicas movidas para o espaço intergalático pela energia gravitacional de buracos negros supermassivos nos núcleos de galáxias.

“Este novo objeto pode ter muito a nos contar sobre a história desta galáxia”, disse Daniel Perley, do Instituto de Pesquisa de Astrofísica de Liverpool John Moores University, no Reino Unido, autor principal de um artigo no Astrophysical Journal anunciando a descoberta.

“As imagens do VLA da Cygnus A dos anos 80 marcaram o estado da capacidade de observação nessa época”, disse Rick Perley, do Observatório Nacional de Rádio Astronomia (NRAO). “Devido a isso, não voltámos a ver a Cygnus A até 1996, quando a nova eletrônica do VLA forneceu uma nova gama de frequências de rádio para as nossas observações”. O novo objeto não aparece nas imagens feitas naquela época.

“No entanto, a atualização do VLA, que foi concluída em 2012, tornou o telescópio muito mais poderoso, então queríamos dar uma olhada na Cygnus A usando as novas capacidades do VLA”, disse Perley.

Daniel e Rick Perley, juntamente com Vivek Dhawan e Chris Carilli, ambos da NRAO, iniciaram as novas observações em 2015 e continuaram em 2016.

“Para nossa surpresa, encontramos um objeto proeminente perto do núcleo da galáxia que não apareceu em nenhuma imagem publicada anteriormente. Este novo objeto é brilhante o suficiente para que tivéssemos o visto nas imagens anteriores, se nada tivesse mudado”, disse Rick Perley. “Isso significa que deve ter aparecido em algum momento entre 1996 e agora”, acrescentou.

Os cientistas então observaram Cygnus A com o Very Long Baseline Array (VLBA) em novembro de 2016, detectando claramente o novo objeto. Um pequeno objeto infravermelho também é visto no mesmo local nas observações do telescópio espacial Hubble e Keck, originalmente feitas entre 1994 e 2002. Os astrônomos de infravermelho, do Lawrence Livermore National Laboratory, atribuíram o objeto a um denso grupo de estrelas, mas o dramático brilho do rádio está forçando uma nova análise.

Imagens de rádio do VLA (laranja) da região central de Cygnus A, sobreposta na imagem do telescópio espacial Hubble, de 1989 e de 2015. GIF animado. Crédito: Perley, et al., NRAO / AUI / NSF, NASA.

O que é o novo objeto? Baseado em suas características, os astrônomos concluíram que deve ser uma explosão de supernova ou uma explosão de um segundo buraco negro supermassivo perto do centro da galáxia. E por mais que eles queiram observar o comportamento futuro do objeto para ter certeza, eles apontaram que o objeto permaneceu muito brilhante por muito tempo para ser consistente com qualquer tipo conhecido de supernova.

“Devido a este brilho extraordinário, consideramos a explicação supernova improvável”, disse Dhawan.

Enquanto o novo objeto definitivamente está separado do buraco negro supermassivo central da Cygnus A, por cerca de 1500 anos-luz, ele tem muitas das características de um buraco negro supermassivo que está se alimentando rapidamente do material circundante.

“Achamos que encontramos um segundo buraco negro supermassivo nesta galáxia, indicando que ele se fundiu com outra galáxia no passado astronomicamente recente”, disse Carilli. “Estes dois seriam um dos pares mais próximos de buracos negros supermassivos já descobertos, provavelmente se fundirão no futuro”.

Os astrônomos sugeriram que o segundo buraco negro tornou-se visível para o VLA nos últimos anos porque encontrou uma nova fonte de material para devorar. Esse material, segundo eles, poderia ser o gás da fusão das galáxias ou uma estrela que passou perto o bastante do buraco negro secundário para ser destruída por sua poderosa gravidade.

“Outras observações nos ajudarão a resolver algumas dessas questões. Além disso, se este for um buraco negro secundário, poderemos ser capazes de encontrar outros em galáxias semelhantes”, disse Daniel Perley.

Rick Perley foi um dos astrônomos que fez as observações originais da Cygnus A com o VLA na década de 1980. Daniel Perley é seu filho, agora também um astrônomo pesquisador.

“Daniel tinha apenas dois anos quando eu observei Cygnus A com o VLA”, disse Rick. Como estudante do ensino médio em Socorro, Novo México, Daniel usou os dados do VLA para um premiado projeto de feira de ciências que o levou ao nível internacional de competição e, em seguida, a obter um doutorado em astronomia.

Também na época das primeiras observações de Cygnus A, Carilli e Dhawan eram colegas de escritório como estudantes de pós-graduação no MIT. Carilli, agora cientista-chefe de NRAO, era o estudante de pós-graduação de Rick enquanto trabalhava como parceiro de pré doutorado no NRAO. Sua dissertação de doutorado foi uma análise detalhada das imagens do VLA de 1980 da Cygnus A.

O National Radio Astronomy Observatory é uma instalação da National Science Foundation, operada sob o acordo cooperativo por Associated Universities, Inc.

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