Parece um anel distante com três joias brilhantes, mas a imagem mais recente do telescópio Webb (JWST) é, na verdade, a visão de um quasar distante com lente de uma galáxia elíptica próxima. O Instrumento de Infravermelho Médio (MIRI) do telescópio observou a aparição tênue durante um estudo da matéria escura e sua distribuição no Universo.

Conseguimos ver essa visão fantasmagórica graças à lente gravitacional do quasar. Essa lente cria um dos grandes telescópios naturais da natureza. Ele usa o efeito gravitacional da matéria para distorcer o espaço. Toda a matéria faz isso, mas conglomerados maiores dela fazem mais. Então, por exemplo, um aglomerado de galáxias e suas estrelas agregadas, planetas, nuvens de gás, buracos negros — e matéria escura — distorcem bastante o espaço. O mesmo acontece com uma galáxia individual.

Quando isso acontece, o caminho da luz de objetos mais distantes ao redor (ou através) da lente também fica distorcido. A lente amplia a visão desses objetos distantes entre nós e a massa da lente. Então, graças à lente gravitacional, os astrônomos frequentemente obtêm visões intrigantes de objetos que de outra forma seriam muito escuros ou distantes para um estudo detalhado.

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Uma visão com lentes de um quasar distante

O distante quasar RX J1131-1231 que o JWST fotografou para esta visão fica a cerca de seis bilhões de anos-luz de distância da Terra. Os astrônomos sabem que há um buraco negro supermassivo no coração da galáxia. Ele emite raios X de alta energia, que o Observatório de raios X Chandra e o telescópio orbital XMM-Newton detectaram. O Telescópio Espacial Hubble também viu este objeto de aparência assustadora.

Esta imagem mostra o quasar RX J1131-1231 fotografado pelo Observatório de raios X Chandra da NASA e pelo Telescópio Espacial Hubble. Crédito: Raio X: NASA/CXC/Univ of Michigan/RCReis et al; Óptico: NASA/STScI
Esta imagem mostra o quasar RX J1131-1231 fotografado pelo Observatório de raios X Chandra da NASA e pelo Telescópio Espacial Hubble. A imagem do JWST está no infravermelho. Crédito: Raio X: NASA/CXC/Univ of Michigan/RCReis et al; Óptico: NASA/STScI
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Esses raios X dizem aos astrônomos que algo muito energético está acontecendo na galáxia — é por isso que ela também é frequentemente chamada de quasar. As emissões de raios X são produzidas por um disco de acreção superaquecido e eventualmente ricocheteiam na borda interna do disco. Os astrônomos podem pegar um espectro dessa emissão de raios X refletida — mas eles têm que levar em conta o fato de que ela é afetada pela forte atração gravitacional do buraco negro. Quanto maior a mudança no espectro, mais próxima a borda interna do disco fica do buraco negro. Nesse caso, as emissões vêm de uma região que fica a apenas três vezes o raio do horizonte de eventos. Isso sugere que o buraco negro está girando muito, muito rápido — na metade da velocidade da luz.

A observação do JWST no infravermelho médio do quasar com lente permite que os astrônomos sondem a região ao redor de seu coração. Eles devem ser capazes de extrair detalhes da distribuição de matéria na região, o que deve ajudá-los a entender a distribuição de matéria escura ali.

Mapeando a história do buraco negro

O buraco negro supermassivo central no coração do quasar RX J1131-1231 tem sua própria história para contar. Essas emissões de raios X de seu disco de acreção fornecem pistas sobre a rapidez com que esse buraco negro cresceu ao longo do tempo e como ele se formou. Existem algumas teorias principais sobre o crescimento de buracos negros. Sabemos que os de massa estelar vêm da morte de estrelas supermassivas. Eles explodem como supernovas. O que resta entra em colapso e isso cria o buraco negro.

No entanto, os supermassivos no coração das galáxias provavelmente se formam de duas maneiras. Eles podem vir do acúmulo de material ao longo de um longo período durante colisões e fusões entre galáxias. Se isso acontecer, um buraco negro em crescimento reúne material em um disco estável. Se ele tiver uma dieta constante de novo material do disco, isso deve levar a um buraco negro girando rapidamente. Por outro lado, se o buraco negro crescer devido a muitos pequenos episódios de acreção, sua dieta viria de direções aleatórias e sua taxa de rotação seria mais lenta.

Então, qual é a história do monstro brilhante e supermassivo no coração de RX J1131-1231? Todas as observações até o momento mostram um buraco negro girando rapidamente. Isso significa que ele provavelmente cresceu por meio de fusões e colisões. Outras observações de sua atividade de alta energia devem ajudar os astrônomos à medida que eles investigam mais profundamente o Universo e veem objetos em épocas cada vez mais antigas do tempo cósmico. A contribuição do JWST os ajuda a usar lentes gravitacionais para detectar essas coisas. Ao mesmo tempo, eles conseguem mapear a distribuição da matéria escura que ajuda o Universo a criar essas lupas naturais.

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Para maiores informações

Webb admira anel com joias
Quasar distante RX J1131
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