Um mistério cósmico ilumina outro, enquanto uma rápida explosão de rádio intercepta um halo galáctico
A impressão deste artista representa o caminho da rápida explosão de rádio FRB 181112 viajando de uma galáxia hospedeira distante para alcançar a Terra. FRB 181112 foi identificado pelo radiotelescópio Australian Square Kilometer Array Pathfinder (ASKAP). Observações de acompanhamento com o Very Large Telescope (VLT) do ESO revelaram que os pulsos de rádio passaram pelo halo de uma galáxia massiva a caminho da Terra. Essa descoberta permitiu que os astrônomos analisassem o sinal de rádio em busca de pistas sobre a natureza do gás halo. (ESO/M. KORMESSER)
Há muito que não sabemos sobre rajadas de rádio rápidas e halos galácticos. Combinados, obtemos uma janela única sobre o Universo.
Nas profundezas do espaço, sinais misteriosos conhecidos como Explosões rápidas de rádio (FRBs) fluem em direção à Terra.
As galáxias hospedeiras de rajadas de rádio rápidas permanecem misteriosas para a maioria das FRBs que vimos, mas algumas delas tiveram suas galáxias hospedeiras detectadas. Para FRB 121102, cujas rajadas repetidas eram extremamente polarizadas, o hospedeiro foi identificado como uma galáxia anã com um núcleo galáctico ativo. Talvez curiosamente, as estrelas dentro dele, em média, têm muito menos elementos pesados (e, portanto, planetas rochosos e potencialmente habitáveis) do que os da nossa Via Láctea. (OBSERVATÓRIO GÊMEOS/AURA/NSF/NRC)
Esses FRBs duram milissegundos ou menos, originam-se em galáxias ultradistantes e às vezes se repetem.
Trama em cascata da explosão de rádio rápida FRB 110220 descoberta por Dan Thornton (Universidade de Manchester). A imagem mostra a potência em função do tempo (eixo x) para mais de 800 canais de radiofrequência (eixo y) e mostra a varredura característica que se espera para fontes de origem galáctica e extragaláctica. Os FRBs vêm como rajadas discretas únicas ou múltiplas com duração de dezenas de microssegundos a alguns milissegundos, mas não mais. (MATTHEW BAILES / UNIVERSIDADE DE TECNOLOGIA DE SWINBURNE / A CONVERSA)
Embora os cientistas os tenham estudado intensamente desde sua descoberta , suas origens permanecem misteriosas.
O Universo está cheio de dois trilhões de galáxias, cada uma contendo centenas de bilhões de estrelas em média, com incontáveis mais por vir no futuro. No entanto, precisamos que duas galáxias estejam muito bem alinhadas, por acaso, para que um FRB originário de uma passe pelo halo de outra em primeiro plano. (NASA, ESA, J. JEE (UNIVERSIDADE DA CALIFÓRNIA, DAVIS), J. HUGHES (RUTGERS UNIVERSITY), F. MENANTEAU (RUTGERS UNIVERSITY E UNIVERSITY OF ILLINOIS, URBANA-CHAMPAIGN), C. SIFON (LEIDEN OBSERVATÓRIO), R. MANDELBUM (CARNEGIE MELLON UNIVERSITY), L. BARRIENTOS (UNIVERSIDAD CATOLICA DE CHILE) E K. NG (UNIVERSITY OF CALIFORNIA, DAVIS))
Enquanto isso, cerca de 2 trilhões de galáxias povoam nosso Universo observável.
Para um FRB originário de uma galáxia com a magnitude que a galáxia hospedeira observada de FRB 181112 possui, as probabilidades de ter uma associação aleatória dentro de um segundo de arco (1/3600 de grau) de outra galáxia podem ser calculadas. As chances típicas de tal associação variam entre 0,25% e 0,40%, com o valor médio de 0,31%: cerca de 1 em 300 chances. Claramente tivemos sorte, pois a humanidade ainda não detectou nem perto de 300 FRBs no total. (ESO/X. PROCHASKA ET AL.)
Com distâncias incrivelmente grandes para os FRBs atravessarem, cada um corre o risco de passar por uma galáxia intermediária.
Em novembro de 2018, a rápida explosão de rádio FRB 181112 chegou aqui na Terra, mas não antes de passar pelo halo da galáxia mais brilhante em primeiro plano no canto superior esquerdo. A explosão passou pelo halo galáctico a uma distância de aproximadamente 95.000 anos-luz do centro da galáxia. (ESO/X. PROCHASKA ET AL.)
Emitindo múltiplos pulsos de menos de 40 microssegundos cada, o FRB 181112 se tornou a primeira explosão a interceptar um halo galáctico.
Este diagrama mostra como os cientistas determinaram o tamanho do halo da galáxia de Andrômeda: observando as características de absorção de quasares distantes, cuja luz passou ou não pelo halo ao redor de Andrômeda. Onde o halo está presente, seu gás absorve parte da luz do quasar e a escurece em uma faixa de comprimento de onda muito pequena. Ao medir a pequena queda no brilho nessa faixa específica, os cientistas poderiam dizer quanto gás existe entre nós e cada quasar. Fazer isso para galáxias mais distantes requer não apenas técnicas alternativas, mas também alinhamentos fortuitos. (NASA, ESA, E A. FEILD (STSCI))
Halos são seus próprios enigmas, povoados com gás frio e enriquecido que se estende por centenas de milhares de anos-luz.
A galáxia Centaurus A tem um componente de disco empoeirado, mas é dominada por uma forma elíptica e um halo de satélites: evidência de uma galáxia altamente evoluída que experimentou muitas fusões em seu passado. É a galáxia ativa mais próxima de nós, mas acelera para longe do nosso Grupo Local. Cada galáxia deve ser única em termos das propriedades da matéria normal em seu halo, mas categorizações amplas por tipo de galáxia, idade, massa. morfologia, metalicidade e história de formação estelar devem ser possíveis. (EQUIPE DO LOBO CRISTÃO E SKYMAPPER/UNIVERSIDADE NACIONAL AUSTRALIANA)
Este gás é necessário para alimentar a futura formação de estrelas, mas suas propriedades físicas permanecem em grande parte inexploradas.
Um quasar distante terá um grande solavanco (à direita) vindo da transição da série Lyman em seus átomos de hidrogênio. À esquerda, aparece uma série de linhas conhecidas como floresta. Esses mergulhos são devidos à absorção de nuvens de gás intervenientes, e o fato de que os mergulhos têm os pontos fortes que impõem restrições a muitas propriedades, como a temperatura da matéria escura, que deve ser fria. No entanto, isso também pode ser usado para restringir e/ou medir as propriedades de quaisquer halos galácticos intermediários, incluindo o gás dentro deles. (M. RAUCH, ARAA V. 36, 1, 267 (1998))
As características de absorção revelaram anteriormente gás abundante, frio (~ 10.000 K) e de baixa densidade nesses halos.
FRB 181112 chega até nós de uma distância de quase 6 bilhões de anos-luz de distância. No entanto, ele passou pelo halo de uma galáxia interveniente em primeiro plano, talvez um bilhão de anos-luz mais perto: um evento raro com apenas 0,3% de probabilidade de ocorrer para um FRB tão distante. A linha vertical em cerca de 1,5 Gpc (~ 5 bilhões de anos-luz) representa onde o sinal FRB passou pelos halos de matéria escura (e matéria normal) da galáxia em primeiro plano. (ESO/X. PROCHASKA ET AL.)
Mas propriedades como massa total do halo e densidade de gás quente (~ 1.000.000+ K) ainda são indeterminadas.
As posições das rajadas de rádio rápidas conhecidas a partir de 2013, incluindo quatro que tinham galáxias hospedeiras identificáveis, ajudaram a provar as origens extragalácticas desses objetos. As emissões de rádio restantes mostram a localização de fontes galácticas como gás e poeira. As características de absorção, polarizações e alongamento de pulso dos FRBs que recebemos podem nos dar informações sobre o halo de nossa própria galáxia, mas uma passagem casual por um objeto extragaláctico em primeiro plano é uma sonda ainda maior dos halos galácticos externos presentes em nosso Universo próximo . (MPIFR/C. NG; CIÊNCIA/D. THORNTON ET AL.)
Quando os pulsos de FRB 181112 atravessaram o halo desta galáxia, eles surpreendentemente não foram afetados.
Esta explosão revelou um halo tranquilo para esta galáxia semelhante à Via Láctea, com:
- gás de densidade muito baixa,
- sem turbulência,
- sem aglomerados,
- e magnetização insignificante.
Ao procurar a densidade de elétrons livres (eixo x) e o campo magnético paralelo à direção de propagação do FRB (eixo y), os cientistas mediram várias propriedades da radiação que chega. Apenas restrições poderiam ser colocadas: o campo magnético não pode ser mais forte do que cerca de um milionésimo da força do campo gerado pelo planeta Terra em sua superfície, ou cerca de um milionésimo da força de um ímã de geladeira típico. (ESO/X. PROCHASKA ET AL.)
Essas propriedades são universais para todas as galáxias semelhantes à Via Láctea?
Dentro de um halo de matéria escura, que pode se estender por milhões de anos-luz, a matéria normal se acumula em direção ao centro. Quando as densidades atingem quantidades suficientemente grandes, devido ao colapso gravitacional ou ao afunilamento do gás no disco/núcleo, o gás desencadeará a formação de novas estrelas. Ter um sinal de primeiro plano passando perto de outra galáxia é um evento raro de 1 em 300 chances. (J. TURNER)
Mais observações, com FRBs adicionais, mantêm as respostas.
Os Fast Radio Bursts (FRBs) abriram um reino inteiramente novo da astronomia para o século 21. Esta descoberta marca a primeira vez que uma explosão passou por uma galáxia em primeiro plano, dando-nos indicadores das propriedades do gás halo dentro dela. (DANIELLE FUTSELAAR)
Principalmente Mute Monday conta uma história astronômica em imagens, recursos visuais e não mais de 200 palavras. Fale menos; sorria mais.
Começa com um estrondo é agora na Forbes , e republicado no Medium graças aos nossos apoiadores do Patreon . Ethan é autor de dois livros, Além da Galáxia , e Treknology: A ciência de Star Trek de Tricorders a Warp Drive .
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