No Universo contemporâneo, galáxias massivas são abundantes. Mas o Universo nem sempre foi assim. Os astrônomos acham que as galáxias cresceram muito por meio de fusões, então o que vemos no espaço é o resultado de bilhões de anos de galáxias se fundindo. Quando as galáxias se fundem, a fusão pode alimentar grandes quantidades de gás em seus centros, às vezes criando um quasar.
Muito disso é teórico e envolto em mistério, mas os astrônomos podem ter encontrado evidências de uma fusão de galáxias criando um quasar.
Todas as galáxias contêm gás interestelar, mas algumas — tipicamente as mais jovens — têm uma concentração muito maior. Quando galáxias ricas em gás se fundem, elas desencadeiam uma rápida formação de estrelas e alimentam grandes quantidades de gás no buraco negro central, que então brilha intensamente e aparece como uma estrela luminosa. quasar.
Um quasar é basicamente um buraco negro extremamente ativo. Parece que todas as grandes galáxias hospedam um buraco negro supermassivo em seus centros, e quando esses buracos negros estão se alimentando ativamente, eles são chamados de núcleos galácticos ativos (AGN). Quasares são os mais luminosos de todos os AGN e podem ofuscar galáxias inteiras.
Mas os quasares são, em sua maioria, coisa do passado. A atividade dos quasares parece ter atingido o pico há cerca de 10 bilhões de anos, o que é uma das razões pelas quais ainda há tantas perguntas sobre como eles se formam.
Astrônomos avistaram duas galáxias antigas e distantes se fundindo. Ambas têm quasares fracos em seus centros. Poderiam ser os progenitores de quasares brilhantes e massivos no Universo primitivo? Uma equipe internacional de pesquisadores acha que sim.
Os resultados estão em uma nova pesquisa publicada no The Astrophysical Journal intitulada “Fusão de galáxias ricas em gás que abrigam quasares gêmeos de baixa luminosidade em z = 6,05: um progenitor promissor dos quasares mais luminosos.”Takuma Izumi, do Observatório Astronômico Nacional do Japão, é o autor principal.
“Quando observamos pela primeira vez a interação entre essas duas galáxias, foi como assistir a uma dança, com os buracos negros em seus centros tendo começado seu crescimento.”
Takuma Izumi, NAOJ
Os quasares se tornam extremamente luminosos e são mais facilmente observados, mas, a essa altura, a fusão que os criou já ocorreu. Os astrônomos precisam ver os fracos em um estado de pré-fusão para encontrar respostas para suas perguntas. Eles querem saber quais processos governam a fusão de galáxias ricas em gás e como parte do gás é absorvido em uma explosão de formação de estrelas enquanto parte dele é canalizada para o centro, criando um quasar.
“Embora as observações de quasares em múltiplos comprimentos de onda tenham progredido significativamente nos últimos anos, a compreensão de seus progenitores está atrasada”, escrevem os autores em seu artigo.
Em z = 6,05, esses quasares são extraordinariamente distantes e antigos. A luz que nos alcança agora deixou esses objetos há cerca de 12,7 bilhões de anos na Aurora Cósmica do Universo. Devido à expansão do Universo, a luz tem viajado por cerca de 23,5 bilhões de anos-luz. Para muitos desses fótons, sua longa jornada terminou quando eles alcançaram o Telescópio Subaru e o radiotelescópio ALMA.
O Telescópio Subaru é um telescópio óptico/infravermelho no cume de Maunakea, Havaí, operado pelo Observatório Astronômico Nacional do Japão (NAOJ). Ele é equipado com a Hyper Suprime-Cam, uma câmera digital de 900 megapixels com um campo de visão extremamente amplo. Juntos, o telescópio Subaru e a Hyper Suprime-Cam permitem que os astrônomos detectem objetos muito tênues em pesquisas.
Subaru/Hyper Suprime-Cam descobriu o par de galáxias fracas no início deste ano com a ajuda do Telescópio Gemini Norte. Yoshiki Matsuoka, da Universidade Ehime no Japão, estava olhando imagens tiradas pelo Telescópio Subaru e notou uma tênue mancha vermelha. “Enquanto examinava imagens de candidatos a quasar, notei duas fontes similares e extremamente vermelhas próximas uma da outra”, diz Matsuoka, “A descoberta foi puramente fortuita.”
O par de quasares que o Subaru detectou é tão fraco que os astrônomos presumiram que era um par pré-fusão. Mas para determinar a natureza exata dos objetos, o autor principal Izumi e seus colegas recorreram a outro observatório poderoso: ALMA, o Atacama Large Millimeter/submillimetre Array. Para entender o que estavam vendo, os pesquisadores precisavam ver como o gás nas galáxias estava se comportando. O ALMA é uma das ferramentas mais poderosas dos astrônomos para observar gás.
A maior parte do gás nas galáxias é hidrogênio, mas pode ser difícil de detectar. O ALMA observa o que é chamado de linha de absorção CII. Como tanto o hidrogênio quanto o CII são comumente encontrados em nuvens de gás, a linha CII serve como um traçador para o hidrogênio.
Ao observar a distribuição e o movimento do hidrogênio nas galáxias, os astrônomos concluíram que o par está em processo de fusão. Duas evidências apoiam sua conclusão: a ponte de matéria conectando-as e o movimento do gás.
No entanto, estabelecer que o par está se fundindo foi apenas o primeiro passo. A verdadeira questão é se o par de galáxias em fusão produzirá um quasar luminoso. Para determinar isso, os pesquisadores tiveram que medir a quantidade de gás.
Usando o ALMA, os pesquisadores determinaram que as galáxias contêm 100 bilhões de massas solares de gás. Isso é mais gás do que algumas das galáxias que hospedam os quasares mais brilhantes. Essa quantidade extraordinariamente grande de gás não será esgotada rapidamente. É o suficiente para desencadear e sustentar tanto a formação estelar pós-fusão explosiva quanto o abastecimento do buraco negro supermassivo.
“De acordo com modelos de evolução de galáxias impulsionada por fusão, tanto a formação de estrelas quanto o AGN são ativados pela interação de galáxias ricas em gás”, escrevem os autores em sua pesquisa. “Assim, esperamos que este par evolua para um quasar luminoso com um SFR alto de mais de 1000 massas solares ano?1, comparável ao valor para quasares opticamente luminosos observados até agora em altos redshifts.”
“Quando observamos pela primeira vez a interação entre essas duas galáxias, foi como assistir a uma dança, com os buracos negros em seus centros tendo começado seu crescimento. Foi realmente lindo”, disse o autor principal Izumi.
Essas descobertas são significativas porque fornecem aos astrônomos perspectivas não apenas sobre a formação de quasares e a formação explosiva de estrelas, mas também sobre a estrutura e o movimento das galáxias.
“Com o poder combinado do Telescópio Subaru e do ALMA, começamos a desvendar a natureza dos motores centrais (buracos negros supermassivos), bem como o gás nas galáxias hospedeiras”, disse Izumi.
Encontrar um par de quasares pré-fusão é uma conquista histórica. Os quasares têm intrigado os astrônomos desde que foram detectados pela primeira vez com a radioastronomia na década de 1950. No início, eles não sabiam o que eram, e os astrônomos se referiam a eles como objetos quase estelares (QSOs) e fontes de rádio quase estelares. O nome foi encurtado para quasar, e pegou.
Em 1960, astrônomos detectaram centenas de quasares. Agora sabemos o que são, mas temos perguntas sobre como esses objetos surgem. Este estudo está respondendo a algumas delas, mas astrônomos sempre anseiam por uma compreensão mais profunda da natureza e, de acordo com Izumi, o par está maduro para mais observações que devem revelar algumas respostas.
Izumi ressalta que as propriedades das estrelas em ambas as galáxias hospedeiras são desconhecidas. “Usando o Telescópio Espacial James Webb, que está atualmente operacional, poderíamos aprender sobre as propriedades estelares desses objetos. Como esses são os ancestrais há muito procurados dos quasares de alta luminosidade, que devem servir como um precioso laboratório cósmico, espero aprofundar nossa compreensão de sua natureza e evolução por meio de várias observações no futuro”, disse Izumi.
