Gigantes cósmicos inauguram uma nova era na Astronomia no rádio

A radiogaláxia gigante MGTC J095959.63+024608.6, detetada com o radiotelescópio MeerKAT.

A radiogaláxia gigante MGTC J095959.63+024608.6, detetada com o radiotelescópio MeerKAT. Em fundo é apresentado o céu na luz visível e, sobreposto, a emissão no rádio representada a vermelho. I. Heywood (Oxford/Rhodes/SARAO).

A descoberta de duas novas galáxias gigantes na emissão no rádio sugere que muitas mais destas estruturas impressionantes estarão prestes a revelar-se, segundo um estudo internacional com a colaboração do Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA).

Algumas galáxias projetam jactos de matéria que partem da sua região central e se estendem muito para além da própria galáxia, através do meio intergaláctico. Em alguns casos, estes jatos, detetados em frequências rádio, ultrapassam extensões de centenas de milhares ou mesmo milhões de anos-luz – são as chamadas radiogaláxias gigantes, os maiores objetos individuais que existem no Universo.

Conhecidas menos de mil desde a primeira identificada em 1974, estas radiogaláxias gigantes poderão afinal ser mais comuns do que se pensava e ter estado invisíveis à sensibilidade limite da geração anterior de radiotelescópios, segundo um artigo1 publicado hoje na revista científica Monthly Notices of the Royal Astronomical Society e que teve a colaboração de José Afonso, do Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA2) e da Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa (Ciências ULisboa).

“Temos estado a detectar apenas ‘o topo do iceberg’ da população de radiogaláxias gigantes, e uma fase tão importante na vida de uma galáxia, a fase de galáxia ativa, é provavelmente muito mais comum do que pensávamos.
José Afonso

O artigo anuncia a descoberta de duas novas dessas galáxias numa pequena região do céu, algo que se diria impossível em objetos que se acreditava serem tão raros. Em dados recentemente recolhidos com o novo radiotelescópio MeerKAT, na África do Sul, são visíveis em cada uma destas galáxias dois jactos opostos, típicos de galáxias com núcleo central ativo3, mas com dimensões impressionantes, estendendo-se pelo espaço intergaláctico muitas vezes a dimensão da parte da galáxia que emite na luz visível. 

Conceção artística de uma galáxia com emissão eletromagnética no rádio.
Conceção artística de uma galáxia com emissão eletromagnética no rádio.
Créditos: ESA/C. Carreau/ATG medialab

“Parte da matéria em queda para o enorme buraco negro que encontramos no centro destas galáxias ativas acaba por ser ejetada para muito longe”, explica José Afonso. “Mantendo-se brilhante em radiofrequências durante milhões e milhões de anos, esta emissão no rádio pode ser utilizada como um registo da atividade do núcleo ativo ao longo da história da galáxia. Temos estado a detectar apenas ‘o topo do iceberg’ da população de radiogaláxias gigantes, e uma fase tão importante na vida de uma galáxia, a fase de galáxia ativa, é provavelmente muito mais comum do que pensávamos.”

Estas duas estruturas recém-descobertas são então excelentes alvos para conhecer a história e as transformações por que passaram galáxias deste tipo, e até para perceber como é que o centro da nossa própria galáxia Via Láctea poderá eventualmente vir a atravessar fases de muito maior atividade. Situadas respetivamente a 2,1 e 3,8 mil milhões de anos-luz, aquelas duas galáxias têm dimensões da ordem dos sete milhões de anos-luz, o que é mais de 60 vezes o tamanho da nossa galáxia. O estudo reforça a hipótese de que, se forem mais comuns, são de facto radiogaláxias antigas, cujos jactos puderam crescer durante centenas de milhões de anos.

Antenas do radiotelescópio MeerKAT, na região semi-desértica de Karoo, na África do Sul.
Antenas do radiotelescópio MeerKAT, na região semi-desértica de Karoo, na África do Sul. Inaugurado em 2018, este radiotelescópio tem agora 64 antenas, e integrará a rede intercontinental que constituirá o futuro Square Kilometre Array.
Créditos: South African Radio Astronomy Observatory (SARAO).

Muitas estarão afinal ainda por descobrir, por serem objetos muito ténues, mas finalmente ao alcance da sensibilidade do MeerKAT, uma infraestrutura de 64 antenas inaugurada em 2018 na África do Sul e um precursor do futuro radiotelescópio Square Kilometre Array (SKA). Num rastreio do céu realizado com o MeerKAT, o rastreio MIGHTEE, um projeto começado em 2010 e que contou com José Afonso e outros investigadores do IA, foi possível identificar os ténues mas longos jactos, incluindo os característicos lóbulos terminais onde o material proveniente do centro da galáxia é detido pelo gás que preenche o meio intergaláctico.

“Neste trabalho participámos na análise das imagens e tivemos de nos assegurar que a emissão de rádio, ao longo de toda a extensão vista na imagem, pertence de facto a uma única estrutura, ou jato”, diz José Afonso. “Tentei também comparar com resultados anteriores para verificar se este par de radiogaláxias gigantes, numa tão pequena área do céu, é uma descoberta tão pouco usual, e sim, é!”

José Afonso“Estas duas galáxias reveladas agora irão ajudar-nos a otimizar as técnicas que estamos a desenvolver para a deteção das primeiras galáxias-monstro. É um período muito entusiasmante para o nosso conhecimento das galáxias no Cosmos”, afirma José Afonso.

Os investigadores do IA estão a explorar os dados deste levantamento para descobrir galáxias muito mais distantes do que estas, de quando as primeiras galáxias surgiram no Universo. Jacinta Delhaize, investigadora na Universidade da Cidade do Cabo, África do Sul, e primeira autora do artigo, afirma, em comunicado de imprensa daquela universidade: “Esperamos revelar mais destas galáxias gigantes no rastreio MIGHTEE à medida que este progride. Também esperamos encontrar muitas mais com o futuro telescópio Square Kilometre Array”. 

Para José Afonso, o estudo das galáxias em rádio frequências vai assistir a uma revolução nos próximos anos. Em 2019, investigadores do IA mostraram como será possível telescópios como o SKA revelar centenas destas primeiras galáxias gigantes na história do Universo. “Estas duas galáxias reveladas agora são exemplos muito mais próximos, mas que nos ajudarão a otimizar as técnicas que estamos a desenvolver para a deteção das primeiras galáxias-monstro. É um período muito entusiasmante para o nosso conhecimento das galáxias no Cosmos”, afirma José Afonso.


Notas

  1. O artigo “MIGHTEE: Are giant radio galaxies more common than we thought?”, por J. Delhaize, I. Heywood, M. Prescott, et al., foi publicado na revista científica Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 501, 3833–3845 (2021) (DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/staa3837).
  2. O Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA) é a instituição de referência na área em Portugal, integrando investigadores da Universidade de Lisboa e da Universidade do Porto, e englobando a maioria da produção científica nacional na área. Foi avaliado como “Excelente” na última avaliação de unidades de investigação e desenvolvimento organizada pela Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT). A atividade do IA é financiada por fundos nacionais e internacionais, incluindo pela FCT/MCES (UIDB/04434/2020 e UIDP/04434/2020).
  3. Existem fortes evidências de que os jactos serão criados por um buraco negro supermassivo alojado no centro a galáxia. Quando grande quantidade de material, em geral, gás interestelar, é atraída para o buraco negro, espiralando em direção a ele, diz-se que a galáxia tem um núcleo ativo. Particulas eletricamente carregadas poderão interagir com o campo eletromagnético próximo do buraco negro e serem então projetadas para fora do plano da galáxia a velocidades próximas da da luz. Neste processo, essas partículas emitem radiação nas frequências rádio.

Contactos
José Afonso

Grupo de Comunicação de Ciência
Sérgio Pereira; Ricardo Cardoso Reis; João Retrê (coordenação, Lisboa); Filipe Pires (coordenação, Porto)