Misteriosos filamentos da Via Láctea têm ‘primos mais velhos e distantes’

Objetos astronômicos enormes podem resultar de uma interação entre vento e nuvens em larga escala ou podem surgir de turbulência dentro de um campo magnético fraco.

Filamentos magnéticos de grande escala se espalham do jato de um buraco negro, localizado em um distante aglomerado de galáxias. Crédito: Rudnick e colaboradores, 2022

Farhad Zadeh, astrofísico e professor de física e astronomia da Northwestern University (EUA), ficou fascinado e intrigado com uma família de filamentos magnéticos altamente organizados e em grande escala pendurados no centro da Via Láctea desde que os descobriu, no início dos anos 1980. Agora, 40 anos depois, Zadeh continua igualmente fascinado – mas talvez um pouco menos intrigado.

Com uma nova descoberta de filamentos semelhantes localizados em outras galáxias, Zadeh e seus colaboradores apresentaram, pela primeira vez, duas explicações possíveis para as origens desconhecidas dos filamentos. Em um artigo publicado no início de novembro na revista The Astrophysical Journal Letters, Zadeh e seus coautores propõem que os filamentos podem resultar de uma interação entre vento e nuvens em larga escala ou podem surgir de turbulência dentro de um campo magnético fraco.

“Sabemos muito sobre os filamentos em nosso próprio centro galáctico, e agora filamentos em galáxias externas estão começando a aparecer como uma nova população de filamentos extragalácticos”, disse Zadeh. “Os mecanismos físicos subjacentes para ambas as populações de filamentos são semelhantes, apesar dos ambientes muito diferentes. Os objetos fazem parte da mesma família, mas os filamentos fora da Via Láctea são primos mais velhos e distantes – e quero dizer primos muito distantes (no tempo e no espaço).”

“Algo universal está acontecendo”

Os primeiros filamentos que Zadeh descobriu se estendiam por até 150 anos-luz de comprimento, elevando-se perto do buraco negro supermassivo central da Via Láctea. No início deste ano, Zadeh adicionou quase 1.000 filamentos à sua coleção de observações. Nesse lote, os filamentos unidimensionais aparecem em pares e aglomerados, muitas vezes empilhados igualmente espaçados, lado a lado como cordas de uma harpa ou derramando-se lateralmente como ondulações individuais em uma cachoeira.

Usando observações de radiotelescópios, Zadeh descobriu que os filamentos mistificadores compreendem elétrons de raios cósmicos girando ao longo de um campo magnético próximo à velocidade da luz. Embora esteja montando o quebra-cabeça do que esses filamentos são feitos, Zadeh ainda se pergunta de onde eles vieram. Quando os astrônomos descobriram uma nova população fora de nossa própria galáxia, ela ofereceu novas oportunidades para investigar os processos físicos no espaço ao redor dos filamentos.

Os filamentos recém-descobertos residem dentro de um aglomerado de galáxias, um emaranhado concentrado de milhares de galáxias localizado a um bilhão de anos-luz da Terra. Algumas das galáxias dentro do aglomerado são radiogaláxias ativas, que parecem ser terreno fértil para a formação de filamentos magnéticos de grande escala. Quando Zadeh viu esses filamentos recém-descobertos pela primeira vez, ficou surpreso.

“Depois de estudar filamentos em nosso próprio centro galáctico por todos estes anos, fiquei extremamente empolgado ao ver essas estruturas tremendamente bonitas”, disse ele. “Como encontramos esses filamentos em outras partes do universo, isso indica que algo universal está acontecendo.”

Imagens de rádio dos filamentos magnéticos. O filamento na extrema esquerda é de uma galáxia externa. Com 100 kiloparsecs de comprimento, ele se eleva sobre os outros três filamentos da Via Láctea, que medem 28 parsecs, 12 parsecs e 6 parsecs de comprimento. Crédito: Rudnick e colaboradores, 2022

Gigantes galácticos

Embora a nova população de filamentos pareça semelhante à nossa Via Láctea, existem algumas diferenças importantes. Os filamentos fora da Via Láctea, por exemplo, são muito maiores – entre 100 a 10 mil vezes mais longos. Eles também são muito mais velhos e seus campos magnéticos são mais fracos. A maioria delas curiosamente pende – em um ângulo de 90 graus – dos jatos de um buraco negro para o vasto nada do meio intra-aglomerado, ou o espaço encravado entre as galáxias dentro do aglomerado.

Mas a população recém-descoberta tem a mesma proporção comprimento-largura dos filamentos da Via Láctea. E ambas as populações parecem transportar energia através dos mesmos mecanismos. Mais perto do jato, os elétrons dos filamentos são mais energéticos, mas perdem energia à medida que avançam no filamento. Embora o jato do buraco negro possa fornecer as partículas-semente necessárias para criar um filamento, algo desconhecido deve estar acelerando essas partículas ao longo de comprimentos surpreendentes.

“Alguns deles têm comprimento incrível, até 200 kiloparsecs”, disse Zadeh. “Isso é cerca de quatro ou cinco vezes maior que o tamanho de toda a nossa Via Láctea. O que é notável é que seus elétrons permanecem juntos em uma escala tão longa. Se um elétron viajasse na velocidade da luz ao longo do comprimento do filamento, levaria 700 mil anos. E eles não viajam na velocidade da luz.”

Possibilidades promissoras

No novo artigo, Zadeh e seus colaboradores levantam a hipótese de que as origens dos filamentos podem ser uma simples interação entre o vento galáctico e um obstáculo, como uma nuvem. À medida que o vento envolve o obstáculo, ele cria uma cauda semelhante a um cometa atrás dele.

“O vento vem do movimento da própria galáxia conforme ela gira”, explicou Zadeh. “É como quando você coloca a mão para fora da janela de um carro em movimento. Não há vento lá fora, mas você sente o ar se movendo. Quando a galáxia se move, ela cria vento que pode estar empurrando lugares onde as partículas de raios cósmicos são razoavelmente solto. Ele varre o material e cria uma estrutura filamentosa.”

Simulações, no entanto, oferecem outra possibilidade viável. Quando os pesquisadores simularam um meio ativo e turbulento, estruturas longas e filamentosas se materializaram. À medida que as radiogaláxias se movem, explicou Zadeh, a gravidade pode afetar o meio e mexê-lo. O meio então forma manchas de turbilhões. Depois que o campo magnético fraco envolve esses redemoinhos, ele pode ser esticado, dobrado e amplificado – posteriormente tornando-se filamentos alongados com forte campo magnético. 

Embora muitas questões permaneçam, Zadeh ainda se maravilha com as novas descobertas. “Todos esses filamentos fora de nossa galáxia são muito antigos”, disse ele. “Eles são quase de uma era diferente do nosso universo e ainda sinalizam aos habitantes da Via Láctea que existe uma origem comum para a formação dos filamentos. Acho isso notável.”

Fonte: Revista Planeta