Primeiras linhas de emissão da periferia do disco de acreção de um buraco negro supermassivo

Pela primeira vez, os distintos picos duplos nas linhas de emissão detectados no coração de uma galáxia deram-nos a oportunidade de explorar as bordas do disco brilhante que rodeia o buraco negro central. Isto não só confirmou muitas coisas que suspeitávamos sobre a região em torno dos buracos negros supermassivos, mas também permitiu medições do disco e do próprio buraco.

Buracos negros supermassivos e o material que espirala neles, conhecidos como discos de acreção, moldam as suas galáxias – mas a maior parte do que sabemos sobre elas depende de modelação, em vez de observações diretas. Há demasiada obstrução entre a Terra e o centro da nossa galáxia para ver claramente o disco, apesar dos avanços dramáticos feitos pelo Event Horizon Telescope. Entretanto, outras galáxias estão tão distantes que não conseguimos resolver os seus discos o suficiente para determinar os seus limites, muito menos o que está a acontecer nas bordas exteriores.

Pelo menos, era isso que os astrónomos pensavam, até que as observações da galáxia III Zw 002 revelaram-se consideravelmente mais do que o esperado. O espectro observado vindo desta galáxia a um bilhão de anos-luz de distância permitiu aos astrônomos brasileiros medir pela primeira vez o tamanho do disco de acreção em torno de um buraco negro supermassivo. Eles também conseguiram determinar sua orientação em relação à Terra e um pouco sobre como os elementos estão distribuídos.

Tal como acontece com as estrelas, os Núcleos Galácticos Ativos (AGNs), as regiões brilhantes em torno dos buracos negros, produzem luz através do espectro eletromagnético a partir do seu calor e têm maior intensidade em comprimentos de onda específicos, conhecidos como linhas de emissão. As linhas de emissão são o resultado de elétrons, previamente energizados em um estado excitado, caindo de volta para um nível de energia mais baixo.

Histórias relacionadas

Quando liberada, cada linha de emissão é específica para um determinado comprimento de onda de luz, distinto do intervalo de energia que o elétron caiu, que por sua vez é exclusivo do elemento que o elétron orbita. No entanto, quando a fonte se move rapidamente em nossa direção ou para longe de nós, o comprimento de onda muda.

Os gases movem-se tão rapidamente em torno de um buraco negro supermassivo em rotação que as linhas de emissão de um lado são vistas em comprimentos de onda ligeiramente mais longos causados ​​pelo movimento de afastamento, enquanto as do outro lado parecem ser ligeiramente mais curtas do que o seu comprimento de onda verdadeiro. Isso cria o que é conhecido como pico duplo em ambos os lados do valor normal da linha de emissão.

Até agora, esses picos duplos só tinham sido observados para emissões de hidrogénio na luz visível. No entanto, ao estudar a luz do III Zw 002 usando o espectrógrafo Gemini Near-Infrared, Denimara Dias dos Santos ficou surpresa ao ver um do oxigênio, bem como um pico duplo infravermelho da linha de hidrogênio Paschen-alfa. Dias dos Santos, estudante de doutoramento no Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, conclui que estas emissões provêm de uma área que se estende por 18,8 dias-luz do centro do buraco negro supermassivo da galáxia. A linha Paschen-alfa origina-se um pouco mais adiante, em um raio de 16,8 dias-luz.

Em comparação, a Voyager 1, o objeto feito pelo homem mais distante do Sol, está a uma distância de menos de um dia-luz.

O disco como um todo, entretanto, provavelmente se estende muito além. Dias dos Santos e colegas estimam que a região produtora de emissões se estende por 52,4 dias-luz. É a primeira estimativa observacional razoavelmente precisa do tamanho de tal disco. Essa não é uma distância fácil de fazer comparações, estando mais de 30 vezes além das órbitas até mesmo dos objetos mais externos do Cinturão de Kuiper, como “FarFarOut”, mas também menos de um trigésimo do caminho até a estrela vizinha mais próxima do Sol.

“Não sabíamos anteriormente que o III Zw 002 tinha esse perfil de pico duplo, mas quando reduzimos os dados vimos o pico duplo muito claramente”, disse o líder da equipe, Dr. Alberto Rodriguez-Ardila, em um comunicado. "Na verdade, reduzimos os dados muitas vezes pensando que poderia ser um erro, mas sempre vimos o mesmo resultado emocionante."

"Pela primeira vez, a detecção de tais perfis de pico duplo impõe restrições firmes à geometria de uma região que de outra forma não seria possível resolver", acrescentou Rodriguez-Ardila.