Colisões colossais ligadas à ciência do sistema solar

Um novo estudo mostra uma conexão profunda entre alguns dos maiores e mais energéticos eventos do universo e os muito menores e mais fracos alimentados pelo nosso próprio Sol.

Imagem composta de Abell 2146, dados de raios-X do Chandra (roxo) mostram gás quente e dados ópticos do Telescópio Subaru mostram galáxias (vermelho e branco). Um cluster (rotulado #2) está se movendo para o canto inferior esquerdo na direção mostrada e atravessando o outro cluster (#1). O gás quente no primeiro está empurrando uma onda de choque, como um estrondo sônico gerado por um jato supersônico, ao colidir com o gás quente no outro aglomerado. Crédito: Chandra/Universidade de Nottingham

Os resultados vêm de uma longa observação com o Observatório de Raios-X Chandra da NASA de Abell 2146, um par de aglomerados de galáxias em colisão localizados a cerca de 2,8 bilhões de anos-luz da Terra. O novo estudo foi liderado por Helen Russell, da Escola de Física e Astronomia da Universidade de Nottingham. Os aglomerados de galáxias contêm centenas de galáxias e enormes quantidades de gás quente e matéria escura e estão entre as maiores estruturas do universo. Colisões entre aglomerados de galáxias liberam enormes quantidades de energia diferente de tudo o que foi testemunhado desde o big bang e fornecem aos cientistas laboratórios de física que não estão disponíveis aqui na Terra. 

Na imagem composta acima de Abell 2146, os dados de raios-X do Chandra (roxo) mostram gás quente e os dados ópticos do Telescópio Subaru mostram galáxias (vermelho e branco). Um cluster (rotulado #2) está se movendo para o canto inferior esquerdo na direção mostrada e atravessando o outro cluster (#1). O gás quente no primeiro está empurrando uma onda de choque , como um estrondo sônico gerado por um jato supersônico, ao colidir com o gás quente no outro aglomerado. 

A onda de choque tem cerca de 1,6 milhão de anos-luz de comprimento e é mais facilmente vista em uma versão da imagem de raios-X que foi processada para enfatizar características nítidas. Também rotulados estão o núcleo central de gás quente no cluster nº 2 e a cauda de gás que ele deixou para trás. Uma segunda onda de choque de tamanho semelhante é vista por trás da colisão. Chamado de "choque a montante", características como essa surgem da interação complexa do gás retirado do aglomerado em queda e do gás do aglomerado circundante. A galáxia mais brilhante e massiva em cada aglomerado também é rotulada. 

Abell 2146 (marcado). Crédito: Raio-X: NASA/CXC/Univ. de Nottingham/H. Russel et ai.; Óptico: NAOJ/Subaru

Ondas de choque como as geradas por um jato supersônico são choques colisais, envolvendo colisões diretas entre partículas. Na atmosfera da Terra perto do nível do mar, as partículas de gás normalmente viajam apenas cerca de 4 milionésimos de polegada antes de colidir com outra partícula.

Por outro lado, em aglomerados de galáxias e no vento solar – fluxos de partículas sopradas do Sol – colisões diretas entre partículas ocorrem muito raramente para produzir ondas de choque porque o gás é muito difuso, com densidade incrivelmente baixa. Por exemplo, em aglomerados de galáxias, as partículas normalmente devem viajar cerca de 30.000 a 50.000 anos-luz antes de colidir. Em vez disso, os choques nesses ambientes cósmicos são "sem colisões", gerados por interações entre partículas carregadas e campos magnéticos

Chandra observou Abell 2146 por um total de cerca de 23 dias, dando a imagem de raios-X mais profunda já obtida de frentes de choque em um aglomerado de galáxias. As duas frentes de choque em Abell 2146 estão entre as mais brilhantes e claras frentes de choque conhecidas entre os aglomerados de galáxias . 

Helen comentou que "eu detectei essas frentes de choque pela primeira vez em uma observação anterior e curta do Chandra, quando eu era estudante de doutorado. Foi uma descoberta emocionante e uma jornada fantástica para essa observação profunda e herdada, revelando a estrutura detalhada do choque". 

Usando esses dados poderosos, Russell e sua equipe estudaram a temperatura do gás por trás das ondas de choque em Abell 2146. Eles mostraram que os elétrons foram aquecidos principalmente pela compressão do gás pelo choque, um efeito como o observado no vento solar. O restante do aquecimento ocorreu por colisões entre partículas. Como o gás é tão difuso, esse aquecimento adicional ocorreu lentamente, ao longo de cerca de 200 milhões de anos. 

O Chandra faz imagens tão nítidas que pode realmente medir o quanto os movimentos aleatórios de gás estão borrando a frente de choque que, segundo a teoria, é muito mais estreita. Para este cluster, eles medem movimentos aleatórios de gás de cerca de 650.000 milhas por hora. 

Ondas de choque sem colisão são importantes em vários outros campos de pesquisa. Por exemplo, a radiação produzida por choques no vento solar pode impactar negativamente a operação da espaçonave, bem como a segurança dos humanos no espaço.

Fonte: phys.org