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‘Um divisor de águas para promover nossa compreensão dessas estruturas’, diz pesquisador
Uma nova imagem inédita do telescópio do centro turbulento da galáxia Via Láctea revelou quase 1.000 fios misteriosos, inexplicavelmente pendurados no espaço.
Estendendo-se até 150 anos-luz de comprimento, os fios unidimensionais (ou filamentos) são encontrados em pares e aglomerados, muitas vezes empilhados igualmente espaçados, lado a lado como cordas em uma harpa. Usando observações em comprimentos de onda de rádio, Farhad Yusef-Zadeh, da Universidade Northwestern, descobriu os filamentos magnéticos altamente organizados no início da década de 1980. Os filamentos mistificadores, ele descobriu, compreendem elétrons de raios cósmicos girando o campo magnético perto da velocidade da luz. Mas sua origem permaneceu um mistério não resolvido desde então.
Agora, a nova imagem expôs 10 vezes mais filamentos do que o descoberto anteriormente, permitindo que Yusef-Zadeh e sua equipe conduzam estudos estatísticos em uma ampla população de filamentos pela primeira vez. Essa informação potencialmente poderia ajudá-los a finalmente desvendar o mistério de longa data.
O estudo já está disponível online e foi aceito para publicação pelo The Astrophysical Journal Letters.
“Estudamos filamentos individuais há muito tempo com uma visão míope”, disse Yusef-Zadeh, principal autor do artigo. “Agora, finalmente vemos o quadro geral – uma vista panorâmica cheia de uma abundância de filamentos. Apenas examinar alguns filamentos torna difícil tirar qualquer conclusão real sobre o que eles são e de onde vieram. Isso é um divisor de águas para promover nossa compreensão dessas estruturas.”
Yusef-Zadeh é professor de física e astronomia na Faculdade de Artes e Ciências weinberg da Northwestern e membro do Centro de Exploração Interdisciplinar e Pesquisa em Astrofísica (CIERA).
Construindo a imagem
Para construir a imagem com clareza e detalhes sem precedentes, os astrônomos passaram três anos pesquisando o céu e analisando dados no Observatório de Radioastronomia da África do Sul (SARAO). Usando 200 horas de tempo no telescópio MeerKAT do SARAO, pesquisadores reuniram um mosaico de 20 observações separadas de diferentes seções do céu em direção ao centro da galáxia Via Láctea, a 25.000 anos-luz da Terra.
A imagem completa será publicada em um artigo adicional e acompanhado — liderado pelo astrofísico ian Heywood, da Universidade de Oxford, e coautoria de Yusef-Zadeh — em uma próxima edição do The Astrophysical Journal. Junto com os filamentos, a imagem captura emissões de rádio de inúmeros fenômenos, incluindo estrelas em explosão, viveiros estelares e novos remanescentes de supernovas.
“Passei muito tempo olhando para essa imagem no processo de trabalhar nela, e nunca me canso dela”, disse Heywood. “Quando mostro essa imagem para pessoas que podem ser novas na radioastronomia, ou de outra forma não familiarizadas com ela, eu sempre tento enfatizar que a imagem de rádio nem sempre foi assim, e o que um avanço meerkat realmente é em termos de suas capacidades. Foi um verdadeiro privilégio trabalhar ao longo dos anos com colegas da SARAO que construíram este fantástico telescópio.”
Para ver os filamentos em uma escala mais fina, a equipe de Yusef-Zadeh usou uma técnica para remover o fundo da imagem principal, a fim de isolar os filamentos das estruturas circundantes. A foto resultante surpreendeu-o.
“É como a arte moderna”, disse ele. “Essas imagens são tão bonitas e ricas, e o mistério de tudo isso torna tudo ainda mais interessante.”
O que sabemos
Enquanto muitos mistérios em torno dos filamentos permanecem, Yusef-Zadeh foi capaz de juntar mais do quebra-cabeça. Em seu último artigo, ele e seus colaboradores exploraram especificamente os campos magnéticos dos filamentos e o papel dos raios cósmicos na iluminação dos campos magnéticos.
A variação da radiação emitindo dos filamentos é muito diferente da do recém-descoberto remanescente de supernova, sugerindo que os fenômenos têm origens diferentes. É mais provável, descobriram os pesquisadores, que os filamentos estão relacionados com a atividade passada do buraco negro supermassivo central da Via Láctea, em vez de explosões coordenadas de supernovas. Os filamentos também podem estar relacionados a enormes bolhas emissoras de rádio, que Yusef-Zadeh e colaboradores descobriram em 2019.
E, enquanto Yusef-Zadeh já sabia que os filamentos são magnetizados, agora ele pode dizer que os campos magnéticos são amplificados ao longo dos filamentos, uma característica primária que todos os filamentos compartilham.
“É a primeira vez que estudamos características estatísticas dos filamentos”, disse ele. “Ao estudar as estatísticas, podemos aprender mais sobre as propriedades dessas fontes incomuns.
“Se você fosse de outro planeta, por exemplo, e encontrasse uma pessoa muito alta na Terra, você poderia assumir que todas as pessoas são altas. Mas se você fizer estatísticas em uma população de pessoas, você pode encontrar a altura média. É exatamente o que estamos fazendo. Podemos encontrar a força dos campos magnéticos, seus comprimentos, suas orientações e o espectro de radiação.”
O que não sabemos
Entre os mistérios restantes, Yusef-Zadeh está particularmente intrigado com a estrutura dos filamentos. Filamentos dentro de aglomerados são separados uns dos outros a distâncias perfeitamente iguais – sobre a distância da Terra ao Sol.
“Eles quase se assemelham ao espaçamento regular em laços solares”, disse ele. “Ainda não sabemos por que eles vêm em clusters ou entendem como eles se separam, e não sabemos como esses espaçamentos regulares acontecem. Toda vez que respondemos a uma pergunta, várias outras perguntas surgem.”
Yusef-Zadeh e sua equipe também ainda não sabem se os filamentos se movem ou mudam ao longo do tempo ou o que está fazendo com que os elétrons acelerem a velocidades tão incríveis.
“Como você acelera elétrons perto da velocidade da luz?”, Perguntou ele. “Uma ideia é que há algumas fontes no final desses filamentos que estão acelerando essas partículas.”
O que vem a seguir
Yusef-Zadeh e sua equipe estão atualmente identificando e catalogando cada filamento. O ângulo, curva, campo magnético, espectro e intensidade de cada filamento serão publicados em um estudo futuro. Entender essas propriedades dará à comunidade astrofísica mais pistas sobre a natureza esquiva dos filamentos.
O telescópio MeerKAT, lançado em julho de 2018, continuará a revelar novos segredos.
“Estamos certamente um passo mais perto de um entendimento mais completo”, disse Yusef-Zadeh. “Mas a ciência é uma série de progressos em diferentes níveis. Esperamos chegar ao fundo disso, mas mais observações e análises teóricas são necessárias. Uma compreensão completa de objetos complexos leva tempo.”
O estudo, “Propriedades estatísticas da população dos filamentos do centro galáctico: o índice espectral e o campo magnético de equipartição”, foi apoiado pela NASA e pela Fundação Nacional de Ciência.