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Uma equipe internacional de cientistas alcançou o marco de observar diretamente o anel de poeira mais interno e há muito procurado em torno de um buraco negro supermassivo, em ângulo reto com seu jato emergente. Pensava-se que tal estrutura existia no núcleo das galáxias, mas era difícil de observar diretamente porque o material intermediário obscurecia nossa linha de visão.
Agora, o disco interno é detectado usando a mais alta resolução espacial nos comprimentos de onda do infravermelho já feita para um objeto extragaláctico. A nova descoberta acaba de ser publicada na O Jornal Astrofísico.
“Este é um passo muito emocionante para ver a região interna de uma galáxia distante com tantos detalhes”, disse Gail Schaefer, diretor associado do Centro de Astronomia de Alta Resolução Angular (CHARA) Array.
Acredita-se que exista um buraco negro supermassivo no centro de todas as grandes galáxias. À medida que o material na região circundante é puxado para o centro, o gás forma uma estrutura semelhante a um disco quente e brilhante. Em alguns casos, um jato emerge da vizinhança do buraco negro em uma direção perpendicular ao disco. No entanto, esta estrutura plana, que é essencialmente o ‘motor’ deste sistema ativo de buraco negro supermassivo, nunca foi vista diretamente porque é muito pequena para ser capturada por telescópios convencionais.
Uma maneira de abordar essa estrutura chave é ver diretamente um ‘anel de poeira’ externo – o gás interestelar contém grãos de poeira, minúsculas partículas sólidas feitas de elementos pesados, que só podem sobreviver na região externa onde a temperatura é baixa o suficiente (< ~ 1500K -- caso contrário, os metais evaporam). A poeira aquecida emite radiação infravermelha térmica e, portanto, pareceria um anel externo ao redor do buraco negro, se o sistema central realmente tivesse uma estrutura plana. A detecção de sua estrutura seria um passo fundamental para delinear como funciona o motor central.
As tentativas de ver essa estrutura de direções laterais são difíceis, porque o sistema é obscurecido pela mesma poeira que age como um absorvedor de luz. Em vez disso, na nova investigação, a equipe se concentrou em um sistema com visão frontal, o objeto desse tipo mais brilhante no universo próximo. No entanto, a detecção precisava de uma resolução espacial muito alta nos comprimentos de onda do infravermelho e, ao mesmo tempo, uma grande variedade de telescópios dispostos adequadamente para observar objetos em diferentes orientações.
O interferômetro CHARA Array da Georgia State University no Mount Wilson Observatory, na Califórnia, é a única instalação que atende a esses dois requisitos. O Array consiste em 6 telescópios, cada um com um espelho de 1 metro de diâmetro, que são combinados para alcançar a resolução espacial de um telescópio muito maior. Embora cada telescópio individual seja relativamente pequeno, o layout da matriz é otimizado para observar objetos em vários ângulos e com grandes distâncias entre os telescópios. Isso atinge uma capacidade de resolução espacial muito alta. O CHARA Array realmente tem os olhos mais nítidos do mundo em comprimentos de onda infravermelhos.
Com o CHARA Array, a equipe finalmente detectou o anel de poeira, em ângulo reto com o jato emergente no centro da galáxia chamado NGC 4151.
“Esperávamos ver essa estrutura em um objeto de núcleo nu há muito, muito tempo”, diz Makoto Kishimoto, investigador principal do projeto na Kyoto Sangyo University.
Um grande impulso foi que cada telescópio adicionou recentemente um novo sistema chamado “óptica adaptativa”.
Matt Anderson, um pesquisador de pós-doutorado no CHARA Array que desempenhou um papel crítico na condução das observações, diz: “Isso aumentou muito a taxa de injeção da luz, compensando o relativamente pequeno espelho coletor para observar o alvo extragaláctico, que é muito mais fraco do que os alvos estelares normalmente observados em nossa Galáxia.”
Nos últimos quase 40 anos, os pesquisadores da área acreditaram que esse anel de poeira é a chave para entender as diferentes características da acreção de sistemas de buracos negros supermassivos. As propriedades que observamos dependem se temos uma visão obscura e frontal ou clara e frontal do núcleo da galáxia ativa. A detecção dessa estrutura em forma de anel valida esse modelo.
Além disso, a detecção provavelmente não é apenas uma indicação de uma estrutura plana. Estudos adicionais têm mostrado que a estrutura vista em comprimentos de onda infravermelhos ligeiramente mais longos, correspondendo a uma região externa ainda maior, parece alongada ao longo do jato, e não em ângulo reto com ele. Isso foi interpretado como uma indicação de vento empoeirado soprando na direção do jato. A presente descoberta de que a estrutura interna parece plana e perpendicular ao jato é um elo importante para a estrutura ventosa e sua interação com o resto da galáxia ao redor do sistema ativo de buracos negros.
Essas observações inovadoras mediram o tamanho e a orientação do disco empoeirado. A equipe está trabalhando para obter uma imagem ainda mais detalhada da região central, construindo um novo instrumento no CHARA Array que pode ver mais profundamente no espaço e resolver a estrutura de escala mais fina da fonte.
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