Nota de Imprensa

Buraco negro supermassivo encontrado por trás dum anel de poeira cósmica

16 de Fevereiro de 2022

Com o auxílio do Interferómetro do Very Large Telescope (VLTI) do Observatório Europeu do Sul (ESO), foi observada uma nuvem de poeira cósmica no centro da galáxia Messier 77, no seio da qual se encontra um buraco negro supermassivo. A descoberta confirmou previsões feitas há cerca de 30 anos atrás e dá aos astrónomos novas pistas sobre os “núcleos ativos de galáxias”, objetos cósmicos que se situam entre os mais brilhantes e enigmáticos que existem no Universo.

Os Núcleos Ativos de Galáxias (NAGs) são fontes extremamente energéticas impulsionadas por buracos negros supermassivos que se encontram no centro de algumas galáxias. Estes buracos negros alimentam-se de enormes quantidades de gás e poeira cósmica. Antes de ser “engolido”, o material espirala em direção ao buraco negro, libertando-se enormes quantidades de energia no processo que, frequentemente, é mais luminoso que todas as estrelas da galáxia.

Os NAGs têm intrigado os astrónomos desde que estes objetos brilhantes foram inicialmente observados na década de 1950. Agora, e graças ao VLTI do ESO, uma equipa de investigadores, liderada por Violeta Gámez Rosas da Universidade de Leiden nos Países Baixos, deu um passo em frente na compreensão de como é que os NAGs funcionam e qual a sua aparência quando vistos de perto. Os resultados foram publicados hoje na revista Nature.

Ao executarem observações extremamente detalhadas do centro da galáxia Messier 77, também conhecida por NGC 1068, Gámez Rosas e a sua equipa detectaram um anel espesso de gás e poeira cósmica que esconde um buraco negro supermassivo. Esta descoberta fornece evidências cruciais que apoiam a teoria conhecida por Modelo Unificado dos NAGs e formulada já há mais de 30 anos atrás.

Os astrónomos sabem que existem diferentes tipos de NAGs. Por exemplo, alguns emitem no rádio enquanto outros não; alguns NAGs brilham intensamente no visível, enquanto outros, como Messier 77, são bastante ténues nestes comprimentos de onda. O Modelo Unificado diz que, apesar destas diferenças, todos os NAGs apresentam a mesma estrutura básica: um buraco negro supermassivo rodeado por um anel de poeira denso.

De acordo com este modelo, qualquer diferença na aparência dos NAGs deve-se à orientação com que vemos, a partir da Terra, o buraco negro e o seu anel denso. O tipo de NAG que vemos depende de quanto é que o anel obscurece o buraco negro, do nosso ponto de vista, por vezes tapando-o completamente.

Os astrónomos encontraram anteriormente algumas evidências que apoiam o Modelo Unificado, incluindo a descoberta de poeira quente no centro de Messier 77. Contudo, restavam ainda dúvidas sobre se esta poeira poderia esconder completamente o buraco negro e assim explicar porque é que este NAG brilha menos intensamente no visível do que outros.

“A verdadeira natureza das nuvens de poeira e o seu papel, tanto em alimentar o buraco negro como em determinar como é que o vemos a partir da Terra, têm sido questões centrais nos estudos dos NAGs nas últimas três décadas,” explica Gámez Rosas. “Apesar de nenhum estudo individual resolver todas as questões que temos sobre este assunto, o certo é que demos um grande passo em frente na nossa compreensão do funcionamento dos NAGs.”

As observações foram possíveis graças ao instrumento MATISSE (Multi AperTure mid-Infrared SpectroScopic Experiment) montado no VLT do ESO, situado no deserto chileno do Atacama. O MATISSE combina a luz infravermelha colectada pelos quatro telescópios de 8,2 metros do VLT por meio da técnica de interferometria. A equipa utilizou este instrumento para observar o centro de Messier 77, localizado a 47 milhões de anos-luz de distância da Terra na constelação da Baleia.

“O MATISSE consegue observar um grande domínio de comprimentos de onda infravermelhos, permitindo-nos assim observar através da poeira e medir temperaturas com precisão. Como o VLTI é um interferómetro muito grande, temos efetivamente resolução suficiente para ver o que se passa em galáxias tão distantes como Messier 77. As imagens obtidas mostram detalhadamente variações em temperatura e absorção das nuvens de poeira situadas em torno do buraco negro,” diz o co-autor do estudo Walter Jaffe, professor na Universidade de Leiden.

Ao combinar as variações da temperatura da poeira (que vão desde a nossa temperatura ambiente até cerca de 1200º C), causadas pela radiação intensa emitida pelo buraco negro, com mapas de absorção, a equipa conseguiu criar uma imagem detalhada da poeira e localizar o sítio onde deve estar o buraco negro. Assim, a poeira localizada num anel interior espesso e num disco fino mais estendido juntamente com o buraco negro situado no seu centro apoiam claramente o Modelo Unificado. A equipa usou também dados do ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), do qual o ESO é um parceiro, e do VLBA (Very Long Baseline Array) do Observatório Nacional de Rádio Astronomia dos EUA, para construir a imagem.

“Os nossos resultados deverão ajudar-nos a compreender melhor o funcionamento interno dos NAGs,” conclui Gámez Rosas, “assim como a perceber também melhor a história da nossa Via Láctea, a qual contém um buraco negro supermassivo no seu centro, que pensamos ter estado ativo no passado.”

Os investigadores querem agora usar o VLTI do ESO para encontrar mais evidências que apoiem o Modelo Unificado dos NAGs, observando mais galáxias deste tipo.

Bruno Lopez, membro da equipa e Investigador Principal do instrumento MATISSE do Observatoire de la Côte d’Azur em Nice, França, disse: “A Messier 77 é um importante protótipo de NAG e este resultado dá-nos uma grande motivação para expandirmos o nosso programa observacional e otimizarmos o MATISSE para observar uma amostra maior de NAGs.”

O Extremely Large Telescope (ELT) do ESO, que deverá começar a observar mais para o final desta década, irá também ajudar nesta busca, fornecendo resultados que complementarão os resultados da equipa e permitirão explorar a interação entre NAGs e galáxias.

Informações adicionais

Este trabalho de investigação foi descrito num artigo científico intitulado “Thermal imaging of dust hiding the black hole in the Active Galaxy NGC 1068” (doi: 10.1038/s41586-021-04311-7) publicado na revista Nature.

A equipa é composta por: Violeta Gámez Rosas (Observatório de Leiden, Universidade de Leiden, Países Baixos [Leiden]), Jacob W. Isbell (Instituto Max Planck de Astronomia, Heidelberg, Alemanha [MPIA]), Walter Jaffe (Leiden), Romain G. Petrov (Université Côte d’Azur, Observatoire de la Côte d’Azur, CNRS, Laboratoire Lagrange, França [OCA]), James H. Leftley (OCA), Karl-Heinz Hofmann (Instituto Max Planck de Rádio Astronomia, Bona, Alemanha [MPIfR]), Florentin Millour (OCA), Leonard Burtscher (Leiden), Klaus Meisenheimer (MPIA), Anthony Meilland (OCA), Laurens B. F. M. Waters (Departamento de Astrofísica/IMAPP, Universidade Radboud, Países Baixos; SRON, Instituto Holandês de Investigação ESpacial, Países Baixos), Bruno Lopez (OCA), Stéphane Lagarde (OCA), Gerd Weigelt (MPIfR), Philippe Berio (OCA), Fatme Allouche (OCA), Sylvie Robbe-Dubois (OCA), Pierre Cruzalèbes (OCA), Felix Bettonvil (ASTRON, Dwingeloo, Países Baixos [ASTRON]), Thomas Henning (MPIA), Jean-Charles Augereau (Univ. Grenoble Alpes, CNRS, Instituto de Ciências Planetárias e Astrofísica, França [IPAG]), Pierre Antonelli (OCA), Udo Beckmann (MPIfR), Roy van Boekel (MPIA), Philippe Bendjoya (OCA), William C. Danchi (NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, EUA), Carsten Dominik (Instituto de Astronomia Anton Pannekoek, Universidade de Amesterdão, Países Baixos [API]), Julien Drevon (OCA), Jack F. Gallimore (Department of Physics and Astronomy, Bucknell University, Lewisburg, Pennsylvania, EUA), Uwe Graser (MPIA), Matthias Heininger (MPIfR), Vincent Hocdé (OCA), Michiel Hogerheijde (Leiden; API), Josef Hron (Departamento de Astrofísica, Universidade de Viena, Áustria), Caterina M.V. Impellizzeri (Leiden), Lucia Klarmann (MPIA), Elena Kokoulina (OCA), Lucas Labadie (1º Instituto de Física, Universidade de Colónia, Alemanha), Michael Lehmitz (MPIA), Alexis Matter (OCA), Claudia Paladini (Observatório Europeu do Sul, Santiago, Chile [ESO-Chile]), Eric Pantin (Centre d'Etudes de Saclay, Gif-sur-Yvette, França), Jörg-Uwe Pott (MPIA), Dieter Schertl (MPIfR), Anthony Soulain (Sydney Institute for Astronomy, University of Sydney, Austrália [SIfA]), Philippe Stee (OCA), Konrad Tristram (ESO-Chile), Jozsef Varga (Leiden), Julien Woillez (Observatório Europeu do Sul, Garching bei München, Alemanha [ESO]), Sebastian Wolf (Instituto de Física Teórica e Astrofísica, Universidade de Kiel, Alemanha), Gideon Yoffe (MPIA) e Gerard Zins (ESO-Chile).

O instrumento MATISSE foi concebido, financiado e construído, em estreita colaboração com o ESO, por um consórcio composto por institutos em França (Laboratório J.-L. Lagrange — INSU-CNRS — Observatório da Côte d’Azur — Universidade Sophia-Antipolis de Nice), na Alemanha (MPIA, MPIfR e Universidade de Kiel), nos Países Baixos (NOVA e Universidade de Leiden), e na Áustria (Universidade de Viena). O Observatório Konkoly e a Universidade de Colónia deram também algum apoio na construção do instrumento.

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Leiden, the Netherlands
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Leiden, the Netherlands
Tel: +31 71 527 5737
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Este texto é a tradução da Nota de Imprensa do ESO eso2203, cortesia do ESON, uma rede de pessoas nos Países Membros do ESO, que servem como pontos de contacto local com os meios de comunicação social, em ligação com os desenvolvimentos do ESO. A representante do nodo português é Margarida Serote.