Eternos Aprendizes

No coração de uma galáxia ativa, a matéria do disco de acresção cai dentro do buraco negro supermassivo, mas parte desta massa é desviada e cria jatos de partículas que viajam em velocidades relativísticas. Essa imagem represnta uma galáxia ativa classificada como blazar e um do seus jatos de matéria se dirige diretamente até a Terra. Crédito: NASA/Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab

Uma equipe internacional de astrofísicos usando telescópios terrestres e espaciais tem observado surpreendentes alterações na radiação emitida por uma galáxia ativa. O quadro que surge a partir destas primeiras observações simultâneas com telescópios ópticos, de raios-X e de última geração de raios gama é muito mais complexo do que os cientistas esperavam e desafia as atuais teorias de como a radiação das galáxias ativas é gerada.

Buraco negro central supermassivo em galáxia ativa: dê um clique nessa imagem para ver a animação em quicktime do blazar

A galáxia em questão é a PKS 2155-304, um tipo de objeto conhecido como “blazar“. Como muitas outras galáxias ativas, um blazar emite jatos de partículas dirigidos em sentidos opostos que viajam quase a velocidade da luz quando a matéria em acresção cai no buraco negro supermassivo central. Esses poderosos jorros de matéria são também denominados “jatos relativísticos” por causa da altíssima velocidade em que a matéria é ejetada. Este processo de criação dos jatos ainda não é bem compreendido. No caso do blazar, a galáxia está orientada de tal forma que observamos de forma privilegiada justamente um de seus jatos, que está apontado exatamente em nossa direção como mostra a ilustração acima e a animação disponível no ícone à esquerda.

A galáxia ativa PKS 2155-304 está situada a uma formidável distância de 1,5 bilhões de anos-luz na constelação de Piscis Austrinus e é uma fonte normalmente detectável porém tênue de raios gama. Mas quando o jato relativístico é incrementado por uma grande explosão, como ocorreu em 2006, a galáxia pode converter-se em uma das fontes mais brilhantes do céu nas freqüências da radiação de raios gama que os cientistas já conseguiram detectar – mais de 50 bilhões de vezes mais potente que a energia de sua luz visível. A absorção atmosférica de um dos feixes de raios gama cria um chuveiro de partículas subatômicas de curta-duração. Quando essas partículas penetram a atmosfera elas criam um relâmpago de luz azul e são capturados pelo High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.), uma rede de telescópios localizada na Namíbia.

Os raios gama de baixas energias por sua vez foram detectados diretamente por o Telescópio de Gran Área (LAT) a bordo do Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi da NASA. “O lançamento de Fermi nos dá a possibilidade de medir pela primeira vez esta potente galáxia através dos mais diversos comprimentos de onda”, disse Werner Hofmann, porta-voz do equipo H.E.S.S. no Instituto Max Planck para Física Nuclear em Heidelberg, Alemanha.

Visão artística do detector LAT do telescópio espacial Fermi

Tendo o regime de raios gama completamente monitorado, a equipe voltou suas atenções para os satélites Swift e Explorador Sincrônico de raios-X Rossi (RXTE) da NASA para obter também os dados das emissões de raios-X dessa galáxia. Para terminar de afinar a cobertura dessa faixa de freqüências de onda estava o Telescópio Automático para Monitoração Óptica H.E.S.S., o qual registrou a atividade da galáxia em luz visível.

Os 4 telescópios gêmeos H.E.S.S.

Entre o dia 25 de agosto e 6 de setembro de 2008, os telescópios monitoraram a PKS 2155-304 em seu estado tranqüilo sem explosões. Os resultados da campanha de 12 dias foram surpreendentes.

Durante os episódios de explosões deste e outros blazares, as emissões de raios-X e raios gama sobem e baixam junto. Mas tal comportamento não ocorre dessa forma quando a PKS 2155-304 está em seu estado tranqüilo e não se sabe ainda por que.

O que é ainda mais estranho é que a luz visível da galáxia sobe e baixa com a emissão de raios gama. “É como observar uma tocha cujas temperaturas máximas e mínimas mudam repentinamente, mas as temperaturas intermediárias não”, disse Berrie Giebels, astrofísico da Escola Politécnica da França que trabalhou com as equipes dos telescópios Fermi e H.E.S.S.

“Os astrônomos estão aprendendo que os vários constituintes dos jatos de matéria no blazar interagem de forma bastante complexa para produzir a radiação que observamos”, disse o membro do equipo Fermi Jim Chiang da Universidade de Stanford na Califórnia. “Estas observações podem conter as primeiras pistas que nos ajudarão a elucidar o que realmente está passando no coração de um blazar“.

Os resultados desse trabalho foram publicados na revista The Astrophysical Journal.

Os 4 telescópios gêmeos do High Energy Stereoscopic System na Namíbia detectaram os flashes atmosféricos causados pela absorção dos raios-gama ultra energéticos emitidos pelo blazar. Crédito: H.E.S.S.

Fontes e referências:

The Register: Astroboffins probe mysterious ‘blazar’ [ Like looking into a bizarro cosmic blowtorch, seemingly ] por Lewis Page

ArXiv.org: Simultaneous observations of PKS 2155-304 with H.E.S.S., Fermi, RXTE and ATOM: spectral energy distributions and variability in a low state por H.E.S.S., Fermi-LAT collaborations

NASA’s Fermi Mission, Namibia’s HESS Telescopes Explore a Blazar