Entendendo as origens dos ORCs, estranhos círculos de rádio

 Os enormes círculos de rádio extragalácticos escapam à explicação. Mas uma nova imagem profunda de um ORC revelou sua estrutura complexa, ajudando os astrônomos a reduzir possíveis cenários de formação.

O conceito deste artista mostra um estranho círculo de rádio explodindo para fora de sua galáxia, passando por galáxias vizinhas.Sam Moorfield (CSIRO)

Os astrônomos recentemente descobriram estranhos objetos de rádio à espreita no céu profundo que assumem uma aparência bastante fantasmagórica. As manchas circulares e nebulosas são diferentes de qualquer coisa vista antes, e é por isso que os cientistas as apelidaram de círculos de rádio estranhos, ou ORCs.

Descobertos pela primeira vez em 2019 usando o radiotelescópio Australian Square Kilometer Array Pathfinder (ASKAP), os objetos misteriosos parecem ser raros: a contagem atual de ORCs conhecidos é de cinco. Mas, apesar do tamanho limitado da amostra, os pesquisadores conseguiram descobrir que os ORCs, que só parecem emitir luz em comprimentos de onda de rádio, residem muito além da nossa galáxia. Eles também são tudo menos pequenos. Com cerca de 1 milhão de anos-luz de diâmetro, os ORCs são aproximadamente 10 vezes mais largos que a nossa Via Láctea. 

Em uma tentativa de aprender mais sobre a anatomia dos ORCs, os cientistas recentemente miraram um com o radiotelescópio MeerKAT do Observatório de Radioastronomia da África do Sul. "ASKAP e MeerKAT são uma ótima combinação", disse Ray Norris, professor da Western Sydney University e principal autor do novo estudo, à Astronomy . "Um faz a descoberta, o outro o estudo profundo."

A visão mais profunda do ORC do MeerKAT revelou a complexa estrutura interna do círculo, que consiste em vários arcos. E enquanto a origem exata do ORC permanece um mistério, a nova observação fornece restrições importantes para os modelos. 

O novo estudo foi publicado em 24 de março na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 

Como se formam os ORCs?

As novas observações de rádio também revelaram um pequeno ponto no centro da nebulosa ORC. Essa pequena fonte, que também aparece em imagens tiradas em outros comprimentos de onda, é uma galáxia. Embora não confirmado, os cientistas estão bastante certos de que esta é a galáxia responsável por dar à luz o ORC. 

A modelagem das emissões de rádio do ORC também mostrou que a estrutura é quase esférica. Ele só aparece ligeiramente em forma de anel porque há mais material ao longo de nossa linha de visão nas bordas do ORC. Além disso, graças às observações do MeerKAT, os cientistas conseguiram reconstruir os campos magnéticos dentro do objeto. Acontece que esses campos correm ao longo das bordas do anel, como se uma onda de choque tivesse comprimido o ORC em expansão. 

Em conjunto, essas descobertas levaram os astrônomos a suspeitar que algo aconteceu com a galáxia central do ORC cerca de um bilhão de anos atrás, fazendo com que ela enviasse uma poderosa onda de choque através do tênue meio intergaláctico que a cerca. À medida que os elétrons giram em torno dos campos magnéticos que atravessam o espaço, eles emitem ondas de rádio, produzindo o anel brilhante que vemos hoje. 

“A fidelidade da imagem e seus detalhes realmente nos permitem descartar uma série de possibilidades para a interpretação desses objetos, que não podiam ser descartadas antes”, disse Tiziana Venturi, diretora do Instituto de Radioastronomia na Itália, à Astronomy. Venturi não esteve envolvida no novo estudo, mas fez parte da equipe que descobriu os primeiros ORCs. 

Como a história da galáxia central parece ser a chave para desvendar a história de origem dos ORCs, os autores apresentaram três cenários plausíveis – embora a lista não seja necessariamente exaustiva. 

Primeiro, uma colisão entre dois buracos negros supermassivos dentro da galáxia poderia ter produzido ondas de choque energéticas. Tais colisões nunca foram observadas antes, mas a teoria prevê que os buracos negros supermassivos mais robustos cresceram através de fusões de buracos negros menores. “Se for assim, seria uma maneira importante de estimar as taxas nas quais os buracos negros supermassivos se fundem”, diz Norris. 

Alternativamente, a galáxia pode ter experimentado um período de intensa formação estelar. Estrelas recém-nascidas energéticas, bem como estrelas moribundas explosivas, empurrariam gás e partículas na forma de vento galáctico, resultando em uma onda de choque em expansão. 

A terceira opção é que os astrônomos podem estar olhando para o cano de uma saída de jato do núcleo ativo da galáxia.

Embora a equipe tenha modelado cuidadosamente o cenário de formação estelar, eles ainda precisam trabalhar os detalhes para as outras duas opções. Em seguida, eles planejam ampliar a galáxia central do ORC para procurar evidências de uma fusão violenta no passado, o que os ajudará a avaliar a história de formação de estrelas da galáxia. 

No entanto, nenhum dos três cenários pode explicar a complexa estrutura interna do ORC, embora Norris suspeite que seja o resultado de interações entre a onda de choque e galáxias próximas. 

Mais ORCs chegando

“É claro que explicar uma nova classe de objetos com base em um objeto é difícil”, diz Venturi. É por isso que aumentar o tamanho da amostra é crucial. Enquanto isso, a equipe está investigando mais alguns ORCs possíveis que encontraram nos dados do ASKAP. Além disso, eles já usaram o MeerKAT para atingir vários outros ORCs, para os quais agora estão processando os dados. 

Mais ORCs também estão provavelmente escondidos em dados de outros radiotelescópios com enormes campos de visão, como o Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) na Índia e o Low Frequency Array (LOFAR) na Holanda. Além de coletar mais observações, os cientistas também estão desenvolvendo algoritmos de aprendizado de máquina para facilitar ainda mais a pesquisa de bolhas fracas em vastas imagens de rádio. No entanto, até agora, os olhos humanos ainda são superiores em encontrar ORCs.

Tanto o MeerKAT quanto o ASKAP são duas instalações precursoras do Square Kilometer Array (SKA), que será o maior e mais poderoso radiotelescópio do mundo. A experiência nos diz que um novo telescópio que sonda o universo diferente de tudo antes de descobrir coisas novas e inesperadas. Esse axioma certamente valeu para a descoberta de ORCs. "Achei que seria muito difícil encontrar [o inesperado] e estava totalmente errado", diz Norris. "Eu estava apenas observando os dados do ASKAP, e havia essas coisas." 

Com isso em mente, não há como dizer que outras estranhas criaturas cósmicas a SKA pode descobrir.

Fonte: Astronom.com