Galáxia gigante vista em 3D pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA e pelo Observatório Keck

Embora vivamos em um vasto universo tridimensional, os objetos celestes vistos através de um telescópio parecem planos porque tudo está muito longe. Agora, pela primeira vez, os astrônomos mediram a forma tridimensional de uma das maiores e mais próximas galáxias elípticas de nós, a M87.

Esta galáxia acaba por ser "triaxial", ou em forma de batata. Essa visão estéreo foi possível combinando o poder do Telescópio Espacial Hubble da NASA e do Observatório W. M. Keck, baseado em terra, em Maunakea, Havaí. 

Uma foto da enorme galáxia elíptica M87 [esquerda] é comparada à sua forma tridimensional, como obtido a partir de observações meticulosas feitas com os telescópios Hubble e Keck [direita]. Como a galáxia está muito longe para que os astrônomos empreguem a visão estereoscópica, eles seguiram o movimento das estrelas ao redor do centro de M87, como abelhas ao redor de uma colmeia. Isso criou uma visão tridimensional de como as estrelas estão distribuídas dentro da galáxia. Créditos: Ilustração: NASA, ESA, Joseph Olmsted (STScI), Frank Summers (STScI); Ciência: Chung-Pei Ma (UC Berkeley) 

Na maioria dos casos, os astrônomos devem usar sua intuição para descobrir as verdadeiras formas dos objetos do espaço profundo. Por exemplo, toda a classe de galáxias enormes chamadas "elípticas" parecem bolhas em imagens. Determinar a verdadeira forma das galáxias elípticas gigantes ajudará os astrônomos a entender melhor como as grandes galáxias e seus grandes buracos negros centrais se formam.

Os cientistas fizeram a trama 3D medindo os movimentos das estrelas que pululam ao redor do buraco negro central supermassivo da galáxia. O movimento estelar foi usado para fornecer novas informações sobre a forma da galáxia e sua rotação, e também produziu uma nova medição da massa do buraco negro. Rastrear as velocidades e a posição estelar permitiu que os pesquisadores construíssem uma visão tridimensional da galáxia.

Astrônomos da Universidade da Califórnia, em Berkeley, conseguiram determinar a massa do buraco negro no núcleo da galáxia com alta precisão, estimando-a em 5,4 bilhões de vezes a massa do Sol. As observações do Hubble em 1995 mediram pela primeira vez o buraco negro M87 como sendo 2,4 bilhões de massas solares, o que os astrônomos deduziram ao cronometrar a velocidade do gás girando em torno do buraco negro.

Quando o Event Horizon Telescope, uma colaboração internacional de telescópios terrestres, divulgou a primeira imagem do mesmo buraco negro em 2019, o tamanho de seu horizonte de eventos escuro permitiu aos pesquisadores calcular uma massa de 6,5 bilhões de massas solares usando a teoria da relatividade geral de Einstein.

O modelo estéreo do M87 e a massa mais precisa do buraco negro central podem ajudar os astrofísicos a aprender a taxa de rotação do buraco negro. "Agora que sabemos a direção da rotação líquida das estrelas em M87 e temos uma massa atualizada do buraco negro, podemos combinar essas informações com dados do Event Horizon Telescope para restringir a rotação", disse Chung-Pei Ma, principal investigador da pesquisa na UC Berkeley.

Com mais de dez vezes a massa da Via Láctea, a M87 provavelmente cresceu a partir da fusão de muitas outras galáxias. Essa é provavelmente a razão pela qual o buraco negro central do M87 é tão grande – ele assimilou os buracos negros centrais de uma ou mais galáxias que engoliu.

Ma, juntamente com a estudante de pós-graduação da UC Berkeley Emily Liepold (principal autora do artigo publicado no Astrophysical Journal Letters) e Jonelle Walsh da Texas A&M University foram capazes de determinar a forma 3D do M87 graças a um novo instrumento de precisão montado no telescópio Keck II. Eles apontaram Keck para 62 locais adjacentes da galáxia, mapeando os espectros de estrelas em uma região de cerca de 70.000 anos-luz de diâmetro.

Esta região abrange os 3.000 anos-luz centrais, onde a gravidade é amplamente dominada pelo buraco negro supermassivo. Embora o telescópio não possa resolver estrelas individuais por causa da grande distância do M87, os espectros podem revelar a faixa de velocidades para calcular a massa do objeto que estão orbitando.

"É como olhar para um enxame de 100 bilhões de abelhas", disse Ma. "Embora estejamos olhando para eles à distância e não possamos discernir abelhas individuais, estamos recebendo informações muito detalhadas sobre suas velocidades coletivas."

Os pesquisadores pegaram os dados entre 2020 e 2022, bem como medições anteriores de brilho estelar de M87 do Hubble, e os compararam com previsões de modelos de computador de como as estrelas se movem ao redor do centro da galáxia em forma triaxial. O melhor ajuste a esses dados permitiu calcular a massa do buraco negro. "Conhecer a forma 3D do 'enxame de abelhas' nos permitiu obter uma medição dinâmica mais robusta da massa do buraco negro central que está governando as velocidades de órbita das abelhas", disse Ma.

Na década de 1920, o astrônomo Edwin Hubble classificou pela primeira vez as galáxias de acordo com suas formas. As galáxias espirais de disco plano podiam ser vistas de vários ângulos de projeção do céu: frontal, oblíqua ou de borda. Mas as galáxias de "aparência blob" eram mais problemáticas de caracterizar.

Hubble criou o termo elíptico. Eles só podiam ser resolvidos pelo quão grande era a elipse. Eles não tinham poeira ou gás aparente dentro deles para melhor distinguir entre eles. Agora, um século depois, os astrônomos têm uma visão estereoscópica de uma galáxia elíptica prototípica.

O Telescópio Espacial Hubble é um projeto de cooperação internacional entre a NASA e a ESA. O Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, gerencia o telescópio. O Space Telescope Science Institute (STScI) em Baltimore, Maryland, conduz as operações científicas do Hubble e Webb. O STScI é operado para a NASA pela Association of Universities for Research in Astronomy, em Washington, D.C.

Fonte: Nasa