Aglomerado de galáxias estabelece recorde de tamanho de brilho

Uma nuvem de gás energético iluminada por uma colisão de galáxias se estende por quase 20 milhões de anos-luz, levando os astrônomos a questionar o que a mantém brilhante. 

Um brilho de rádio circunda PLCKG 287.0+32.9, visto aqui em uma imagem composta com dados do telescópio de raios X Chandra da NASA (roxo) e do conjunto de rádio MeerKAT (laranja). Crédito: Raio X: NASA/CXC/SAO/K. Rajpurohit et al.; Óptico: PanSTARRS; Rádio: SARAO/MeerKAT; Processamento de imagem: NASA/CXC/SAO/N. Wolk

Quando as galáxias colidem, elas geralmente parecem se fundir graciosamente, com seus núcleos girando em torno um do outro, atraídos pela atração gravitacional mútua, enquanto seus braços espirais se estendem para fora em repouso e seus discos se dissolvem em um abraço eterno.

Mas não no aglomerado de galáxias PLCKG 287.0+32.9.

Como uma colisão de vários carros em alta velocidade em um filme de sucesso de Hollywood, com uma série prolongada de explosões e colisões intermináveis, essa colisão épica entre três grupos de galáxias a 5 bilhões de anos-luz de distância está deixando os astrônomos boquiabertos ao ver como ela continua e continua... e continua.

Não é fácil ver o que está acontecendo no meio dessa confusão. Mas uma equipe de astrônomos descobriu novos indícios da magnitude da carnificina que a colisão está causando, incluindo uma enorme nuvem brilhante que circunda o aglomerado de galáxias, emitindo ondas de rádio.

Abrangendo quase 20 milhões de anos-luz, esse halo incandescente "é o maior já observado em qualquer aglomerado de galáxias", disse a principal autora do estudo, Kamlesh Rajpurohit, astrônoma do Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), ao apresentar o trabalho na 246ª reunião da American Astronomical Society em Anchorage, Alasca, em 9 de junho. Uma pré-impressão de um artigo que aborda a pesquisa está disponível no arXiv ; outro está em preparação.

A escala gigantesca da estrutura — ou aproximadamente 200 vezes o diâmetro da Via Láctea — é inesperada e sugere ainda mais física que está além do nosso alcance.

'Memórias do nosso universo primitivo'

Aglomerados de galáxias são a parte mais visível da estrutura que sustenta toda a matéria do universo. As maiores estruturas do universo são os filamentos da teia cósmica, onde gás e poeira se acumulam. A partir desses tentáculos titânicos, formam-se galáxias, com aglomerados de galáxias se formando nas interseções desses filamentos.

Isso é parte do que torna aglomerados de galáxias como PLCKG 287.0+32.9 (pronuncia-se "Planck 287" para abreviar) interessantes para os astrônomos — "eles carregam memórias do nosso universo primitivo, abrindo assim uma janela direta para como tudo começou e evoluiu", disse Rajpurohit.

PLCKG 287.0+32.9 é uma colisão em andamento de três subaglomerados de galáxias diferentes que é "conhecido por ser um dos aglomerados mais massivos e violentos" até o momento, disse Rajpurohit. Os novos dados que sua equipe analisou, do telescópio de raios X Chandra da NASA e do conjunto de radiotelescópios MeerKAT na África do Sul, mostram a carnificina em maiores detalhes.

Os novos dados de alta resolução obtidos por sua equipe no Chandra revelam onde o gás está colidindo, formando uma onda de choque ou sendo agitado por turbulência. Algumas dessas estruturas estão relacionadas aos jatos expelidos pelos buracos negros supermassivos em alimentação nos centros das galáxias do aglomerado. Todas essas estruturas — onde o gás está sendo aquecido a temperaturas altas o suficiente para emitir raios X — são indícios de "colisões muito violentas", disse Rajpurohit.

Então, combinando os dados do Chandra com as observações do MeerKAT, a equipe conseguiu obter uma visão mais completa do que está acontecendo. Em comprimentos de onda de rádio, o aglomerado parece ser o que Rajpurohit chamou de "uma bela confusão", com uma frente de choque adicional separada daquela visível para o Chandra por uma distância de 12 milhões de anos-luz. Além disso, esses choques não são suaves, mas contêm uma infinidade de ondulações semelhantes a ondulações.

Mas esses choques são apenas "a ponta do iceberg", disse Rajpurohit, em comparação ao enorme brilho de rádio que envolve todo o aglomerado.

Isso levanta um mistério: a emissão de rádio em galáxias é frequentemente desencadeada pela alimentação ativa de buracos negros supermassivos que expelem ventos ou jatos de material, mas esses fenômenos não são poderosos o suficiente para sustentar um halo brilhante tão grande quanto o que existe ao redor de PLCKG 287.0+32.9.

Isso ocorre porque essa emissão de rádio requer duas coisas: partículas carregadas de alta energia, conhecidas como raios cósmicos, e campos magnéticos. Os raios cósmicos podem ser gerados por ondas de choque. Lá, onde o gás se comprime, seus campos magnéticos também se comprimem, atuando como aceleradores de partículas que podem impulsionar elétrons a velocidades próximas à da luz. À medida que esses elétrons espiralam através dos campos magnéticos, eles emitem emissão de rádio — mas, eventualmente, isso drena sua energia.

O enorme halo de rádio é tão grande que não parece possível que os raios cósmicos retenham sua energia enquanto ainda emitem por distâncias tão vastas. "Ainda não entendemos de onde esses raios cósmicos vêm e como sobrevivem lá", disse Rajpurohit.

Em vez disso, deve haver alguma outra fonte de energia dentro do aglomerado de galáxias — talvez choques invisíveis, turbulência ou outras galáxias não vistas pelo Chandra ou pelo MeerKAT — que os esteja reacelerando.

Rajpurohit suspeita que possa haver muito mais galáxias no aglomerado do que aquelas que só podem ser vistas em comprimentos de onda maiores do que as instalações de rádio existentes conseguem detectar. "Nós simplesmente presumimos que elas são como um fantasma — elas existem, mas você ainda não as sente", disse ela à Astronomy .

O futuro incerto de Chandra

O estudo não teria sido possível sem a capacidade do Chandra de obter imagens de raios X de alta resolução, incomparável a qualquer outro telescópio de raios X atual ou planejado.

Rajpurohit tem mais observações pendentes do Chandra, do PLCKG 287.0+32.9 — mas o telescópio pode nunca conseguir realizá-las. Embora o Chandra continue sendo um dos telescópios mais requisitados no portfólio da NASA, o observatório está na berlinda há mais de um ano devido a dificuldades orçamentárias, cujas raízes são anteriores à administração atual. A resistência do Congresso e uma campanha de conscientização pública dos astrônomos pareceram garantir um adiamento para a missão no ano passado .

Mas, de acordo com o pedido de orçamento presidencial do governo Trump divulgado no mês passado — que corta o financiamento para a ciência da NASA quase pela metade — o Chandra seria fechado para sempre.

Se essa medida for aprovada pelo Congresso, "perderemos nossos olhos de raio X", diz Jaya Maithil, um astrônomo do CfA que também usa o Chandra, mas não estava envolvido no trabalho do PLCKG 287.0+32.9.

Na reunião da AAS, Maithil apresentou um jato de quasar surpreendentemente forte observado pelo Chandra apenas 3 bilhões de anos após o Big Bang. "Não há outro telescópio que consiga realmente captar esse jato — é apenas o Chandra", disse ela à Astronomy . Mesmo os futuros telescópios de raios X atualmente em fase de projeto não terão resolução comparável, observou ela. "Todas essas coisas serão apenas uma fonte pontual no céu. ... Nunca seremos capazes de saber como o universo se formou da forma como o vemos hoje."

Astronomy.com