Por que as galáxias têm olhos negros?
Crédito da imagem: Martin Pugh de http://www.martinpughastrophotography.id.au/, via http://apod.nasa.gov/apod/ap130404.html.
Se você já viu uma galáxia espiral onde um lado parecia mais escuro que o outro, prepare-se: agora sabemos o porquê!
Com um olho aquietado pelo poder da harmonia e o profundo poder da alegria, vemos a vida das coisas. – William Wordsworth
Quando você pensa em uma galáxia espiral, provavelmente pensa na estrutura intrincada dos próprios braços, alinhados com estrelas azuis brilhantes, as densidades mais baixas entre elas e a protuberância central brilhante onde vive a maior concentração de estrelas. À medida que você se afasta do centro, em direção à periferia, o número de estrelas que você vê cai vertiginosamente, diminuindo em direção ao abismo vazio do espaço intergaláctico.
Crédito da imagem: Vicent Peris (OAUV), José Luis Lamadrid ( CEFCA ), Jack Harvey ( SSRO ), Steve Mazlin (SSRO), Ivette Rodriguez ( PTeam ), Oriol Lehmkuhl (PTeam), Juan Conejero ( PixInsight ), através da http://pixinsight.com/gallery/M74-CAHA/ .
Mas se você está olhando para uma espiral que não é diretamente cara a cara , mas um pouco inclinado, você provavelmente notará outro recurso proeminente: esses Sombrio características que obscurecem a luz das estrelas que deveriam estar lá. À medida que passamos a entender o Universo cada vez melhor ao longo do tempo, aprendemos o que é responsável por esses recursos, poeira cósmica .
Crédito da imagem: Bill Snyder (no Observatórios Remotos da Sierra ), através da http://apod.nasa.gov/apod/ap140313.html .
Em qualquer galáxia, é muito difícil mapear essa poeira diretamente, porque só podemos ver uma projeção bidimensional de uma galáxia, enquanto a poeira está distribuída por toda parte. três dimensões. Uma pena, porque a grande galáxia mais próxima de nós – Andrômeda – está inclinada em um grande ângulo em relação a nós, onde parte da poeira está mais perto de nós e parte dela está mais longe.
Crédito da imagem: Bill Schoening, programa Vanessa Harvey/REU/NOAO/AURA/NSF.
Conseguimos construir ótimas imagens de Andrômeda em muitos comprimentos de onda diferentes, graças à nossa infinidade de grandes observatórios, inclusive no ultravioleta, graças ao GALEX,
Crédito da imagem: NASA/JPL/California Institute of Technology.
e no infravermelho graças a naves espaciais como Spitzer e WISE, este último mostrado abaixo.
Crédito da imagem: NASA/JPL-Caltech/UCLA.
Mas, embora sejam ótimos para observar diferentes componentes da galáxia, como estrelas azuis brilhantes e gás neutro, a poeira é mais complicada. Mas uma nova pesquisa, a Tesouro Pancromático Hubble Andrômeda (PHAT) , imaginou sobre um terceiro da galáxia de Andrômeda na resolução do Hubble. E é feito isso - para uma enorme região do espaço - em todos os diferentes comprimentos de onda, desde o ultravioleta próximo, passando por todo o espectro visível, até o infravermelho próximo.
Crédito da imagem: NASA , ESTA , J. Dalcanton, B.F. Williams e L.C. Johnson (Universidade de Washington), a equipe PHAT e R. Gendler.
Por que isso é importante para a poeira? Pense nos tipos de poeira que você vê aqui na Terra. Esses pequenos fragmentos existem em um determinado tamanho e, em particular, em um tamanho sensível aos comprimentos de onda da luz visível. Mas essa poeira trata diferentes comprimentos de onda de maneira diferente, assim como nossa atmosfera!
Crédito da imagem: Joseph A. Shaw, Universidade Estadual de Montana.
Aqui na Terra, os átomos e moléculas em nossa atmosfera são mais eficientes em dispersar a luz azul, enquanto são menos eficientes em dispersar a luz vermelha. Isso resulta no céu parecendo azul – porque a luz azul se espalha da atmosfera para nossos olhos – mas também resulta no Sol parecendo mais vermelho ao nascer/pôr do sol (e a Lua ao nascer/pôr da lua), à medida que a luz azul se dispersa, deixando mais quantidades de luz vermelha ao redor.
Crédito da imagem: Dan Marker-Moore.
Bem, a poeira funciona o mesmo caminho nas galáxias! Se você tem estrelas que vivem na frente da poeira em relação a você, a luz simplesmente viajará pelo espaço, até seus olhos, e aparecerá para você da mesma forma que foi emitida. Mas se você tem estrelas que vivem atrás de qualquer um papel ou todo da poeira em uma galáxia, sua luz será avermelhada antes de atingir seus olhos, algo que vemos em regiões empoeiradas até mesmo de nossa própria galáxia!
Crédito da imagem: Alan Dyer http://amazingsky.net/2014/04/03/zooming-into-the-center-of-the-galaxy/ .
A razão pela qual o levantamento PHAT é tão importante é porque, nas resoluções do Hubble, podemos medir as propriedades de estrelas individuais. Em particular, existem certas classes de estrelas que são conhecidas por não terem propriedades espectrais muito particulares, o que significa que essas estrelas emitem luz de diferentes comprimentos de onda em proporções específicas em relação umas às outras. Apenas olhando para as estrelas individuais, podemos determinar se ela tem as propriedades que nos dizem que está na frente de toda a poeira ou – se a luz parecer avermelhada – quanta poeira está atrás!
Crédito da imagem: Michael Skrutskie da Universidade da Virgínia.
Então, o que isso nos permite fazer é reconstruir um mapa da poeira em Andrômeda, a primeira vez que podemos construir um mapa tridimensional preciso da poeira em uma galáxia.
Mas há uma coisa incrível que encontramos, que você pode não esperar à primeira vista. Andrômeda, você vê, é inclinado em relação aos nossos olhos. E o que isso significa é que metade da galáxia está inclinada em nossa direção, enquanto metade está inclinada para longe de nós, assim como nosso planeta está inclinado em seu eixo agora com um pólo apontando para o Sol e o outro pólo inclinado para longe dele. A poeira, como você deve ter adivinhado, vive preferencialmente bem no meio do avião de Andrômeda. Essa parte você gostaria adivinhou, porque se você olhasse para um afiado galáxia espiral, é exatamente onde a poeira quase sempre vive.
Crédito da imagem: NASA, ESA e The Hubble Heritage Team (STScI/AURA).
Mas o que pode surpreendê-lo é que no lado da galáxia que está inclinado em direção nós, as estrelas parecem menos vermelho e a galáxia parece menos empoeirada, enquanto para o lado que está inclinado longe de nós , as estrelas parecem economizar e a galáxia parece que há mais poeira bloqueadora de luz lá!
Isso com certeza soa estranho, não é?
Você não esperaria que, não importa onde você olhasse na galáxia, você veria a mesma quantidade de poeira e a mesma quantidade de vermelhidão? Você faria, na verdade, mas apenas E se a galáxia tinha a mesma quantidade de estrelas ao longo dela.
Crédito da imagem: eu; um modelo bruto de uma galáxia espiral, com igual número de estrelas em todo o volume dela.
As estrelas vindo de trás do plano de poeira e na frente do plano de poeira seriam iguais em número, E se era assim que as estrelas de uma galáxia funcionavam.
Mas sabemos, lembre-se, que as galáxias reais não são assim: elas têm mais estrelas para o centro e menos estrelas para os arredores.
Então, quando você olha para o lado de uma galáxia que está inclinado em sua direção, qual lado tem maior densidade de estrelas: o lado na frente da poeira ou o lado atrás da poeira?
Da mesma forma, quando você olha para o lado que está inclinado para longe de você, qual lado tem maior densidade ali: o lado voltado para você ou o lado longe de você?
Crédito da imagem: eu, de um modelo mais realista, baseado em conversas com Julianne Dalcanton. Observe como você vê mais estrelas quanto mais perto sua linha de visão o leva do centro galáctico, e como isso afeta se as estrelas que você vê são mais vermelhas (e, portanto, mais afetadas pela poeira) dependendo de onde você olha!
Dê uma olhada de perto: quando uma galáxia é inclinada em direção você, há mais estrelas naquela galáxia que estão atrás do centro do plano da galáxia e, portanto, mais estrelas devem parecer mais vermelhas e a galáxia deve parecer mais empoeirada.
E quando uma galáxia é derrubada longe de você, há mais estrelas na frente do plano da galáxia e, portanto, mais estrelas aparecem em sua cor normal, o que significa que a galáxia deve parecer menos empoeirada.
Crédito das imagens: Crédito das ilustrações: NASA, ESA e Z. Levay (STScI/AURA); Crédito Científico: NASA, ESA, J. Dalcanton, B.F. Williams e L.C. Johnson (Universidade de Washington) e a equipe PHAT, de uma região empoeirada (acima) e uma região relativamente livre de poeira (abaixo).
Já tínhamos visto o efeito da poeira antes, mas nunca fomos capazes de medir o avermelhamento das estrelas individuais. Graças à pesquisa PHAT, fizemos exatamente isso e agora temos certeza. Na verdade, conseguimos construir um mapa de poeira 3D, e esta imagem é exatamente aquele que descreve o que está acontecendo com as estrelas dentro de espirais inclinadas.
As galáxias parecem empoeiradas de um lado não porque um lado é mais empoeirado que o outro, mas porque há mais estrelas que parecem avermelhadas (ou totalmente invisíveis) pela poeira em relação à nossa linha de visão. Se pudéssemos ver essas galáxias do outro lado, sua poeira pareceria invertida!
Crédito da imagem: NASA/ESA, Equipe do Projeto Hubble Key e Equipe de Busca de Supernovas High-Z.
E é por isso que as galáxias – nos casos mais extremos – têm olhos negros. Outra grande história da reunião anual da American Astronomical Society e um agradecimento especial a Julianne Dalcanton e Pauline Barmby por entrar em detalhes extraordinários sobre isso comigo!
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