A Zona Molecular Central (CMZ) no coração da Via Láctea contém muito gás. Contém cerca de 60 milhões de massas solares de gás molecular em complexos de nuvens moleculares gigantes (GMCs), estruturas onde normalmente se formam estrelas. Por causa da presença de Sag. A*, o buraco negro supermassivo da Via Láctea (SMBH), o CMZ é um ambiente extremo. O gás na CMZ é dez vezes mais denso, turbulento e aquecido do que o gás em outras partes da galáxia.
Como os GMCs formadores de estrelas se comportam em um ambiente tão extremo?
Os pesquisadores encontraram uma nova maneira de estudar dois dos GMCs no CMZ. As nuvens são chamadas de “Sticks” e “Stones” e os astrônomos usaram décadas de observações de raios X do Observatório de raios X Chandra para sondar as estruturas 3D do par de nuvens.
A pesquisadora de física da Universidade de Connecticut, Danya Alboslani, e a pesquisadora de pós-doutorado Dra. Samantha Brunker estão ambas com o Laboratório da Via Láctea na Universidade de Connecticut. Eles produziram dois manuscritos apresentando seu novo método de tomografia de raios X e seus resultados. Brunker é o autor principal de “3D MC I: A tomografia de raios X começa a desvendar a estrutura 3-D de uma nuvem molecular no centro da nossa galáxia,”E Alboslani é o autor principal de“3D MC II: Ecos de raios X revelam uma nuvem molecular aglomerada no CMZ.” Brunker e Alboslani também são coautores em cada artigo. Alboslani também apresentou seus resultados no recente 245º Encontro da Sociedade Astronômica Americana.
Quando o gás de outras partes da galáxia atinge Sgr A*, ele forma um anel de acreção ao redor do SMBH. À medida que o gás aquece, ele libera raios X. Estas emissões de raios X são apenas intermitentes e, no passado, alguns destes episódios foram muito intensos. Os raios X viajam em todas as direções e, embora não tivéssemos a capacidade de observá-los, eles interagiram com GMCs próximos ao CMZ. As nuvens primeiro os absorveram e os reemitiram em um fenômeno chamado fluorescência.
“A nuvem absorve os raios X que vêm de Sgr A* e depois reemite raios X em todas as direções. Alguns destes raios X estão vindo em nossa direção, e existe um nível de energia muito específico, a linha de ferro neutra de 6,4 elétron-volts, que se descobriu estar correlacionada com as partes densas do gás molecular”, diz Alboslani. “Se você imaginar um buraco negro no centro produzindo esses raios X que irradiam para fora e eventualmente interagem com uma nuvem molecular na CMZ, com o tempo, ele destacará diferentes partes da nuvem, então o que estamos vendo é uma varredura da nuvem.”
O centro da galáxia está repleto de poeira que obscurece a nossa visão da região. A luz visível é bloqueada, mas os poderosos raios X emitidos pelo Sgr A* durante eventos de acreção são visíveis.
Normalmente, os astrônomos veem apenas duas dimensões de objetos no espaço. De acordo com Battersby, seu novo método de tomografia de raios X permite medir a terceira dimensão dos GMCs. Battersby explica que embora normalmente vejamos apenas duas dimensões espaciais de objetos no espaço, o método de tomografia de raios X nos permite medir a terceira dimensão da nuvem. É porque vemos os raios X iluminarem fatias individuais da nuvem ao longo do tempo. “Podemos usar o intervalo de tempo entre as iluminações para calcular a terceira dimensão espacial porque os raios X viajam à velocidade da luz”, explica Battersby.
O Observatório de Raios X Chandra observa esses raios X há duas décadas e, à medida que os observa, vê diferentes “fatias” das nuvens, assim como a tomografia médica. As fatias são então construídas em uma imagem 3D. Estes são os primeiros mapas 3D de nuvens de formação estelar num ambiente tão extremo.
O método de tomografia de raios X tem um ponto fraco. As observações de raios X não são contínuas, portanto existem lacunas. Existem também algumas estruturas visíveis em comprimentos de onda submilimétricos que não são vistas nos raios X. Para contornar isso, a dupla de investigadores utilizou dados do ALMA e do Observatório Espacial Herschel para comparar as estruturas observadas nos ecos de raios-X com as observadas noutros comprimentos de onda. As estruturas que faltam nos raios X, mas visíveis nos comprimentos de onda submilimétricos, também podem ser usadas para restringir a duração das explosões de raios X que iluminaram as nuvens.
“Podemos estimar os tamanhos das estruturas moleculares que não vemos nos raios X”, diz Brunker, “e a partir daí podemos impor restrições à duração da explosão de raios X, modelando o que seríamos capazes de observe uma variedade de comprimentos de alargamento. O modelo que reproduziu observações com ‘estruturas faltantes’ de tamanho semelhante indicou que a explosão de raios X não poderia ter durado muito mais do que 4-5 meses.”
“A concordância morfológica geral e, em particular, a associação das regiões mais densas tanto nos dados de raios X como nas linhas moleculares é impressionante e é a primeira vez que foi demonstrada numa escala tão pequena”, diz Brunker.
A detecção de uma terceira dimensão das nuvens neste ambiente extremo poderia abrir novos caminhos de descoberta.
“Embora aprendamos muito sobre nuvens moleculares a partir de dados recolhidos em 2D, a terceira dimensão adicionada permite uma compreensão mais detalhada da física de como nascem novas estrelas,” diz Battersby. “Além disso, estas observações colocam restrições importantes na geometria global do centro da nossa Galáxia, bem como na atividade anterior de explosões de Sgr A*, questões centrais em aberto na astrofísica moderna.”
Quando se trata de como surgiram as novas estrelas, há muitas perguntas sem resposta. Embora saibamos que a turbulência nas GMCs pode inibir a formação de estrelas, o mecanismo exato é desconhecido. Os astrónomos também não têm certeza de como os factores ambientais afectam a formação de estrelas. Existem muitos outros e alguns deles podem ser respondidos observando como os GMCs se comportam em ambientes extremos.
Há também muitas perguntas sobre a emissão de raios X do Sgr A*. Os astrônomos não têm certeza de como fatores como eventos de reconexão magnética perto do buraco negro e pontos quentes no fluxo de acreção afetam a emissão de raios-X. Eles também não sabem ao certo por que a explosão de raios X ocorre em intervalos aleatórios. Esta é apenas uma amostra de questões não respondidas que poderiam ser abordadas através do estudo dos GMCs no centro galáctico.
Se todas as grandes galáxias contêm SMBHs, o que parece cada vez mais provável, então todas as grandes galáxias têm CMZs que são ambientes extremos. As CMZs e as SMBHs são o coração das galáxias, e os astrofísicos estão interessados em compreender os processos que ocorrem lá e se as estrelas são capazes de se formar ali.
“Podemos estudar processos na Zona Molecular Central (CMZ) da Via Láctea e usar nossas descobertas para aprender sobre outros ambientes extremos. Embora muitas galáxias distantes tenham ambientes semelhantes, elas estão muito distantes para serem estudadas em detalhes. Ao aprender mais sobre a nossa própria galáxia, também aprendemos sobre estas galáxias distantes que não podem ser resolvidas com os telescópios atuais,” diz Alboslani.
Alboslani apresenta seus resultados neste vídeo do AAS 245. Sua apresentação começa aos 32h40.
