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Uma equipe de pesquisadores da EPFL encontrou uma maneira de usar o fenômeno das fortes lentes gravitacionais para determinar com precisão – cerca de 3 vezes mais precisa do que qualquer outra técnica – a massa de uma galáxia contendo um quasar, bem como sua evolução em tempo cósmico. Conhecer a massa das galáxias anfitriãs do quasar fornece informações sobre a evolução das galáxias no início do universo, para a construção de cenários de formação de galáxias e desenvolvimento de buracos negros. Os resultados são publicados em Astronomia da Natureza.
“A precisão e exatidão sem precedentes alcançadas com lentes gravitacionais fornecem um novo caminho para a obtenção de estimativas robustas de massa no Universo distante, onde as técnicas convencionais carecem de precisão e são suscetíveis a vieses”, diz o astrofísico da EPFL Frédéric Courbin, autor sênior do estudo.
“As massas das galáxias hospedeiras foram medidas no passado, mas graças às lentes gravitacionais, esta é a primeira vez que a medição é tão precisa no Universo distante”, explica Martin Millon, principal autor do estudo e atualmente na Universidade de Stanford. em uma concessão SNF.
Combinando lentes gravitacionais e quasares
Um quasar é uma manifestação luminosa de um buraco negro supermassivo que acumula matéria circundante, situado no centro de uma galáxia hospedeira. Geralmente é difícil medir o quão pesada é a galáxia hospedeira de um quasar porque os quasares são objetos muito distantes e também porque são tão brilhantes que ofuscam qualquer coisa em sua vizinhança.
A lente gravitacional nos permite calcular a massa do objeto de lente. Graças à teoria da gravitação de Einstein, sabemos como objetos massivos no primeiro plano do céu noturno – as lentes gravitacionais – podem desviar a luz proveniente de objetos de fundo. O resultado são estranhos anéis de luz, que são na verdade distorções da luz do objeto de fundo pela lente gravitacional.
Courbin estava pedalando para o Observatório de Sauverny, há mais de uma década, quando percebeu que poderia combinar os dois – quasares e lentes gravitacionais – para medir a massa da galáxia hospedeira de um quasar. Para isso, ele teve que encontrar um quasar em uma galáxia que também funcionasse como uma lente gravitacional.
Um punhado de quasares de lentes gravitacionais observados até agora
O banco de dados Sloan Digital Sky Survey (SDSS) foi um ótimo lugar para procurar candidatos a quasares de lentes gravitacionais, mas para ter certeza, Courbin teve que ver os anéis de lentes. Em 2010, ele e seus colegas encomendaram um tempo no Telescópio Espacial Hubble para observar 4 candidatos, dos quais 3 mostraram lentes. Das três, uma se destacou por seus característicos anéis de lente gravitacional: SDSS J0919+2720.
A imagem do HST do SDSS J0919+2720 mostra dois objetos brilhantes em primeiro plano, cada um atuando como uma lente gravitacional, “provavelmente duas galáxias em processo de fusão”, explica Courbin. O da esquerda é um quasar brilhante, dentro de uma galáxia hospedeira muito fraca para ser observada. O objeto brilhante à direita é outra galáxia, a principal lente gravitacional. Um objeto fraco na extrema esquerda é uma galáxia companheira. Os anéis característicos são luz deformada vinda de uma galáxia de fundo.
Modelagem de lente computacional para o resgate
Analisando cuidadosamente os anéis com lente gravitacional no SDSS J0919+2720, é possível determinar a massa dos dois objetos brilhantes… em princípio. Desemaranhar as massas dos vários objetos teria sido impossível sem o recente desenvolvimento de uma técnica de modelagem de lentes baseada em ondas pelo co-autor Aymeric Galan, atualmente na Universidade Técnica de Munique (TUM), também com uma bolsa SNF.
“Um dos maiores desafios da astrofísica é entender como um buraco negro supermassivo se forma”, explica Galan. “Conhecer sua massa, como ela se compara à sua galáxia hospedeira e como ela evolui ao longo dos tempos cósmicos é o que nos permite descartar ou validar certas teorias de formação.”
“No Universo local, observamos que as galáxias mais massivas também hospedam os buracos negros mais massivos em seu centro. Isso pode sugerir que o crescimento das galáxias é regulado pela quantidade de energia irradiada por seu buraco negro central e injetada na galáxia. . No entanto, para testar essa teoria, ainda precisamos estudar essas interações não apenas localmente, mas também no Universo distante,” explica Millon.
Eventos de lentes gravitacionais são muito raros, com uma galáxia em mil revelando o fenômeno. Como os quasares são vistos em cerca de uma em cada mil galáxias, um quasar atuando como uma lente é um em um milhão. Os cientistas esperam detectar centenas desses quasares de lente com a missão Euclid da ESA-NASA, a ser lançada neste verão com um foguete Falcon-9 SpaceX.
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