Pesquisadores usando o telescópio espacial James Webb da NASA, que está por vir, mapearão e modelarão o núcleo da galáxia Centaurus A.

Centaurus A é um gigante de uma galáxia, mas suas aparições em observações de telescópio podem enganar. Pistas de poeira escura e jovens aglomerados de estrelas azuis, que cruzam sua região central, são aparentes em ultravioleta, visível, e luz quase infravermelha, pintando uma paisagem bastante moderada. Mas, ao mudar para visualizações de raios-X e luz de rádio, uma cena muito mais estridente começa a se desenrolar:do centro da galáxia elíptica disforme, jatos espetaculares de material surgiram de seu buraco negro supermassivo ativo - conhecido como núcleo galáctico ativo - enviando material para o espaço muito além dos limites da galáxia.

O que, precisamente, está acontecendo em seu núcleo para causar toda essa atividade? As próximas observações lideradas por Nora Lützgendorf e Macarena García Marín da Agência Espacial Européia usando o Telescópio Espacial James Webb da NASA permitirão aos pesquisadores examinar seu núcleo empoeirado em alta resolução pela primeira vez para começar a responder a essas perguntas.

"Há tanta coisa acontecendo em Centaurus A, "explica Lützgendorf." O gás da galáxia, disco, e todas as estrelas se movem sob a influência de seu buraco negro supermassivo central. Uma vez que a galáxia está tão perto de nós, poderemos usar Webb para criar mapas bidimensionais para ver como o gás e as estrelas se movem em sua região central, como eles são influenciados pelos jatos de seu núcleo galáctico ativo, e, finalmente, caracterizar melhor a massa de seu buraco negro. "

Uma rápida retrospectiva

Vamos clicar em "retroceder" para revisar um pouco do que já se sabe sobre o Centaurus A. É bem estudado porque está relativamente próximo - cerca de 13 milhões de anos-luz de distância - o que significa que podemos resolver claramente a galáxia inteira. O primeiro registro disso foi registrado em meados de 1800, mas os astrônomos perderam o interesse até a década de 1950 porque a galáxia parecia ser silenciosa, se deformado, galáxia elíptica. Uma vez que os pesquisadores puderam começar a observar com radiotelescópios nas décadas de 1940 e 50, Centaurus A tornou-se radicalmente mais interessante - e seus jatos surgiram. Em 1954, pesquisadores descobriram que Centaurus A é o resultado de duas galáxias que se fundiram, que mais tarde foi estimado ter ocorrido há 100 milhões de anos.

Com mais observações no início de 2000, pesquisadores estimaram que há cerca de 10 milhões de anos, seu núcleo galáctico ativo disparou jatos gêmeos em direções opostas. Quando examinado em todo o espectro eletromagnético, de raio-x a luz de rádio, está claro que há muito mais nesta história que ainda precisamos aprender.

"Estudos de vários comprimentos de onda de qualquer galáxia são como as camadas de uma cebola. Cada comprimento de onda mostra algo diferente, "disse Marín." Com os instrumentos de infravermelho próximo e médio de Webb, veremos gás e poeira muito mais frios do que nas observações anteriores, e aprender muito mais sobre o meio ambiente no centro da galáxia. "

Visualizando os dados de Webb

A equipe liderada por Lützgendorf e Marín observará Centaurus A não apenas tirando fotos com Webb, mas ao reunir dados conhecidos como espectros, que espalha a luz em seus comprimentos de onda componentes, como um arco-íris. Os espectros de Webb revelarão informações de alta resolução sobre as temperaturas, velocidades, e composições do material no centro da galáxia.

Em particular, O espectrógrafo de infravermelho próximo de Webb (NIRSpec e instrumento de infravermelho médio (MIRI) fornecerá à equipe de pesquisa uma combinação de dados:uma imagem mais um espectro de cada pixel dessa imagem. Isso permitirá que os pesquisadores construam mapas 2D intrincados a partir do espectros que os ajudarão a identificar o que está acontecendo por trás do véu de poeira no centro - e analisá-lo de muitos ângulos em profundidade.

Compare este estilo de modelagem com a análise de um jardim. Da mesma forma que os botânicos classificam as plantas com base em conjuntos específicos de características, esses pesquisadores classificarão os espectros do MIRI de Webb para construir "jardins" ou modelos. "Se você tirar uma foto de um jardim de uma grande distância, "Marín explicou, "Você verá algo verde, mas com Webb, poderemos ver folhas e flores individuais, suas hastes, e talvez o solo embaixo. "

Enquanto a equipe de pesquisa analisa os espectros, eles vão construir mapas de partes individuais do jardim, comparar um espectro com outro espectro próximo. Isso é análogo a determinar quais partes contêm quais espécies de plantas com base em comparações de "caules, " "sai, "e" flores "à medida que avançam.

"Quando se trata de análise espectral, realizamos muitas comparações, "Marín continuou." Se eu comparar dois espectros nesta região, talvez eu descubra que o que foi observado contém uma população proeminente de estrelas jovens. Ou confirme quais áreas estão empoeiradas e aquecidas. Ou talvez possamos identificar a emissão proveniente do núcleo galáctico ativo. "

Em outras palavras, o "ecossistema" de espectros tem muitos níveis, o que permitirá à equipe definir melhor com precisão o que está presente e onde está - o que é possível graças aos instrumentos infravermelhos especializados de Webb. E, uma vez que esses estudos serão baseados em muitos que vieram antes, os pesquisadores poderão confirmar, refinar, ou abrir novos caminhos identificando novos recursos.

Pesando o buraco negro em Centaurus A

A combinação de imagens e espectros fornecidos pelo NIRSpec e MIRI permitirá que a equipe crie mapas de altíssima resolução das velocidades do gás e das estrelas no centro de Centaurus A. "Pretendemos usar esses mapas para modelar como todo o disco no centro da galáxia se move para determinar com mais precisão a massa do buraco negro, "Lützgendorf explica.

Uma vez que os pesquisadores entendem como a gravidade de um buraco negro governa a rotação do gás próximo, eles podem usar os dados Webb para pesar o buraco negro em Centaurus A. Com um conjunto mais completo de dados infravermelhos, eles também determinarão se as diferentes partes do gás estão se comportando conforme o previsto. "Estou ansioso para preencher totalmente nossos dados, "Lützgendorf disse." Espero ver como o gás ionizado se comporta e gira, e onde vemos os jatos. "

Os pesquisadores também esperam abrir novos caminhos. "É possível que encontremos coisas que ainda não consideramos, "Lützgendorf explica." Em alguns aspectos, estaremos cobrindo um território completamente novo com Webb. "Marín concorda sinceramente, e acrescenta que aproveitar uma grande quantidade de dados existentes é inestimável. "Os aspectos mais interessantes sobre essas observações é o potencial para novas descobertas, "disse ela." Acho que podemos encontrar algo que nos faça olhar para outros dados e reinterpretar o que foi visto antes. "

Esses estudos do Centaurus A serão conduzidos como parte dos programas conjuntos MIRI e NIRSpec de Observações de Tempo Garantido de Gillian Wright e Pierre Ferruit. Todos os dados de Webb serão armazenados no Arquivo Barbara A. Mikulski para Telescópios Espaciais (MAST) de acesso público no Space Telescope Science Institute em Baltimore.