Messier 77 é uma galáxia espiral brilhante bem conhecida, relativamente próxima, com um buraco negro supermassivo em seu centro.
Um conceito artístico de Messier 77, apresentando seu poderoso buraco negro e disco de acreção, e polarização nunca antes vista em masers de água fora de nossa Galáxia, a Via Láctea. Crédito da imagem: NSF/AUI/NRAO/S. Dagnello.
Messier 77 é uma galáxia espiral barrada localizada a 62 milhões de anos-luz de distância, na constelação de Cetus.
Também conhecido como NGC 1068, LEDA 10266 e Cetus A, tem magnitude aparente de 9,6.
Messier 77 foi descoberta pelo astrônomo francês Pierre Méchain em 1780, que originalmente a identificou como uma nebulosa. Méchain então comunicou a descoberta ao seu colega, o astrônomo francês Charles Messier.
Messier acreditava que o objeto altamente luminoso que viu era um aglomerado de estrelas, mas à medida que a tecnologia progredia, seu verdadeiro status de galáxia foi percebido.
Com 100.000 anos-luz de diâmetro, Messier 77 é uma das maiores galáxias do catálogo Messier – tão massiva que a sua gravidade faz com que outras galáxias próximas se torçam e fiquem deformadas.
É também uma das galáxias mais próximas com um núcleo galáctico ativo (AGN).
Essas galáxias ativas estão entre os objetos mais brilhantes do Universo e emitem luz na maioria, senão em todos os comprimentos de onda, desde raios gama e raios X até microondas e ondas de rádio.
Apesar do seu estatuto de alvo popular para os astrónomos, o disco de acreção de Messier 77 está obscurecido por espessas nuvens de poeira e gás.
Com alguns anos-luz de diâmetro, o disco de acreção externo é pontilhado por centenas de fontes distintas de masers de água que durante décadas sugeriram estruturas mais profundas.
Masers são faróis distintos de radiação eletromagnética que brilham em comprimentos de onda de microondas ou rádio; na radioastronomia, os masers de água observados a uma frequência de 22 GHz são particularmente úteis porque podem brilhar através de grande parte da poeira e do gás que obscurecem os comprimentos de onda ópticos.
O astrônomo da Universidade Bucknell, Jack Gallimore, e seus colegas começaram a observar Messier 77 com dois objetivos em mente: mapeamento astrométrico do contínuo de rádio da galáxia e medições de polarização para seus masers de água.
“Messier 77 é uma espécie de VIP entre as galáxias ativas”, disse a Dra. CM Violette Impellizzeri, astrônoma do Observatório de Leiden.
“É extraordinariamente poderoso, com um buraco negro e um disco de acreção lateral. E por estar tão próximo, foi muito, muito bem estudado em detalhes.”
Os autores do estudo analisaram o Messier 77 de uma forma completamente nova.
Suas observações basearam-se no recentemente atualizado Matriz de alta sensibilidade (HSA), que consiste nos telescópios NRAO da NSF no Karl G. Jansky Very Large Array, no Very Long Baseline Array e no Green Bank Telescope.
Ao medir a polarização dos masers de água, bem como a continuidade das emissões de rádio da Messier 77, geraram um mapa que revela a fonte compacta de rádio agora conhecida como NGC 1068*, bem como misteriosas estruturas extensas de emissões mais fracas.
O mapeamento da distribuição astrométrica da galáxia e dos seus masers de água revelou que eles estão espalhados ao longo de filamentos de estrutura.
“Realmente ficou claro nessas novas observações que esses filamentos de manchas de maser se alinham como contas em um cordão”, disse Gallimore.
“Ficámos surpreendidos ao ver que existe um claro deslocamento – um ângulo de deslocamento – entre o contínuo de rádio que mostra as estruturas no núcleo da galáxia e as localizações dos próprios masers.”
“A configuração é instável, então provavelmente estamos observando a fonte de um fluxo lançado magneticamente.”
As medições HSA da polarização destes masers de água revelaram evidências impressionantes de campos magnéticos.
“Ninguém jamais viu polarização em masers de água fora da nossa Galáxia”, disse o Dr. Gallimore.
“Semelhante às estruturas em loop vistas na superfície do nosso Sol como proeminências, o padrão de polarização destas masers de água indica claramente que os campos magnéticos também estão na raiz destas estruturas à escala de anos-luz.”
“Olhar para os filamentos e ver que os vetores de polarização são perpendiculares a eles, essa é a chave para confirmar que são estruturas acionadas magneticamente. É exatamente o que você esperaria ver.”
Estudos anteriores da região sugeriram padrões geralmente associados a campos magnéticos, mas tais conclusões permaneceram fora do alcance da tecnologia de observação até recentemente.
As descobertas revelam evidências de uma fonte de rádio central compacta (o buraco negro supermassivo da galáxia), uma clara polarização das masers de água, indicando a estrutura dentro dos campos magnéticos de Messier 77, e espetaculares características estendidas ao longo do continuum de frequências de rádio.
Juntas, estas descobertas indicam que os campos magnéticos são os impulsionadores subjacentes destes fenómenos.
Muitos mistérios permanecem, no entanto. Dentro do mapa do contínuo de rádio, por exemplo, há uma protuberância difusa e tênue que a equipe apelidou de rabo de raposa, que se estende para o norte a partir da região central.
“Dissemos a nós mesmos, quando decidimos fazer isso, ‘vamos ver se conseguimos realmente ultrapassar os limites e obter uma boa continuidade, bem como dados de polarização’. E ambos os objetivos foram bem-sucedidos”, disse o Dr. Gallimore.
“Com o NSF NRAO High Sensitivity Array, detectamos pela primeira vez a polarização do megamaser de água e também fizemos um mapa contínuo realmente incrível que ainda estamos tentando compreender.”
UM papel descrevendo os resultados foi publicado hoje no Cartas de diários astrofísicos.
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Jack F. Gallimore e outros. 2024. A descoberta da emissão de megamaser de vapor de água polarizada em um disco de acreção molecular. ApJL 975, L9; dois: 10.3847/2041-8213/ad864f
