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Quasares são os objetos mais luminosos do Universo e são alimentados por material que se acumula em buracos negros supermassivos nos centros das galáxias. Estudos mostraram que quasares do Universo primitivo têm buracos negros tão massivos que devem ter engolido gás em taxas muito altas, levando a maioria dos astrônomos a acreditar que esses quasares se formaram em alguns dos ambientes mais densos do Universo, onde o gás estava mais disponível. No entanto, medições observacionais que buscam confirmar essa conclusão até agora produziram resultados conflitantes. Agora, um novo estudo usando a Dark Energy Camera (DECam) aponta o caminho para uma explicação para essas observações díspares e também uma estrutura lógica para conectar a observação com a teoria.
O DECam foi fabricado pelo Departamento de Energia e está montado no Telescópio Víctor M. Blanco de 4 metros da Fundação Nacional de Ciências dos EUA, no Observatório Interamericano de Cerro Tololo, no Chile, um programa do NSF NOIRLab.
O estudo foi liderado por Trystan Lambert, que concluiu este trabalho como aluno de doutorado no Instituto de Estudos Astrofísicos da Universidade Diego Portales, no Chile. [1] e agora é um pós-doutorado no nó da Universidade da Austrália Ocidental no Centro Internacional de Pesquisa em Radioastronomia (ICRAR). Utilizando o enorme campo de visão do DECam, a equipe conduziu a maior busca de área no céu já feita ao redor de um quasar do Universo primitivo em um esforço para medir a densidade de seu ambiente contando o número de galáxias companheiras ao redor.
Para sua investigação, a equipe precisava de um quasar com uma distância bem definida. Felizmente, o quasar VIK 2348-3054 tem uma distância conhecida, determinada por observações anteriores com o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), e o campo de visão de três graus quadrados do DECam forneceu uma visão ampla de sua vizinhança cósmica. Por acaso, o DECam também é equipado com um filtro de banda estreita perfeitamente compatível para detectar suas galáxias companheiras. “Este estudo de quasar realmente foi a tempestade perfeita”, diz Lambert. “Tínhamos um quasar com uma distância bem conhecida, e o DECam no telescópio Blanco ofereceu o enorme campo de visão e o filtro exato de que precisávamos.”
O filtro especializado da DECam permitiu que a equipe contasse o número de galáxias companheiras ao redor do quasar detectando um tipo muito específico de luz que elas emitem, conhecido como radiação Lyman-alfa. A radiação Lyman-alfa é uma assinatura energética específica do hidrogênio, produzida quando ele é ionizado e então recombinado durante o processo de formação de estrelas. Os emissores Lyman-alfa são tipicamente galáxias menores e mais jovens, e sua emissão Lyman-alfa pode ser usada como uma maneira de medir suas distâncias de forma confiável. Medições de distância para múltiplos emissores Lyman-alfa podem então ser usadas para construir um mapa 3D da vizinhança de um quasar.
Após mapear sistematicamente a região do espaço ao redor do quasar VIK J2348-3054, Lambert e sua equipe encontraram 38 galáxias companheiras no ambiente mais amplo ao redor do quasar — a uma distância de 60 milhões de anos-luz — o que é consistente com o que é esperado para quasares residindo em regiões densas. No entanto, eles ficaram surpresos ao descobrir que dentro de 15 milhões de anos-luz do quasar, não havia nenhuma companheira.
Esta descoberta ilumina a realidade de estudos passados que visavam classificar ambientes de quasar do Universo primitivo e propõe uma possível explicação para o motivo pelo qual eles produziram resultados conflitantes. Nenhuma outra pesquisa deste tipo usou uma área de busca tão grande quanto a fornecida pelo DECam, então, para buscas em áreas menores, o ambiente de um quasar pode parecer enganosamente vazio.
“A visão extremamente ampla do DECam é necessária para estudar bairros de quasares completamente. Você realmente tem que se abrir para uma área maior”, diz Lambert. “Isso sugere uma explicação razoável sobre o porquê de observações anteriores estarem em conflito umas com as outras.”
A equipe também sugere uma explicação para a falta de galáxias companheiras nas imediações do quasar. Eles postulam que a intensidade da radiação do quasar pode ser grande o suficiente para afetar, ou potencialmente parar, a formação de estrelas nessas galáxias, tornando-as invisíveis para nossas observações.
“Alguns quasares não são vizinhos silenciosos”, diz Lambert. “Estrelas em galáxias se formam a partir de gás que é frio o suficiente para colapsar sob sua própria gravidade. Quasares luminosos podem ser potencialmente tão brilhantes a ponto de iluminar esse gás em galáxias próximas e aquecê-lo, prevenindo esse colapso.”
A equipe de Lambert está atualmente acompanhando com observações adicionais para obter espectros e confirmar a supressão da formação de estrelas. Eles também planejam observar outros quasares para construir um tamanho de amostra mais robusto.
“Essas descobertas mostram o valor da parceria produtiva da National Science Foundation com o Departamento de Energia”, diz Chris Davis, diretor do programa NSF para o NSF NOIRLab. “Esperamos que a produtividade seja amplificada enormemente com o futuro Observatório Vera C. Rubin do NSF-DOE, uma instalação de última geração que revelará ainda mais sobre o Universo primitivo e esses objetos notáveis.”
Notas
[1] Este estudo foi possível por meio de uma colaboração entre pesquisadores da Diego Portales University e do Max Planck Institute of Astronomy. Uma parte deste trabalho foi financiada por meio de uma bolsa da Agência Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento (ANID) do Chile para colaborações com os Max Planck Institutes.
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