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eROSITA encontra bolhas em grande escala no halo da Via Láctea
A primeira pesquisa de céu aberto realizada pelo telescópio de raios X eROSITA a bordo do observatório Spektrum-Roentgen-Gamma (SRG) revelou uma grande estrutura em forma de ampulheta na Via Láctea.
Por Universidade de Tübingen - 10/12/2020


O mapa do céu SRG / eROSITA como uma imagem de cor falsa (vermelho para energias 0,3-0,6 keV, verde para 0,6-1,0 keV, azul para 1,0-2,3 keV). A imagem original, com resolução de cerca de 12 ”, foi suavizada para gerar a imagem acima. Crédito: Universidade de Tübingen

Estruturas gigantescas de gás quente acima e abaixo do disco galáctico são provavelmente devido a ondas de choque geradas por atividades energéticas passadas no centro de nossa galáxia.

A primeira pesquisa de céu aberto realizada pelo telescópio de raios X eROSITA a bordo do observatório Spektrum-Roentgen-Gamma (SRG) revelou uma grande estrutura em forma de ampulheta na Via Láctea. Essas "bolhas eROSITA" mostram uma semelhança impressionante com as bolhas Fermi, detectadas há uma década com energias ainda mais altas. A explicação mais provável para essas características é uma injeção massiva de energia do centro galáctico no passado, levando a choques no envelope de gás quente de nossa galáxia.

Os astrônomos detectaram uma nova característica notável no primeiro mapa de levantamento de todo o céu produzido pelo telescópio de raios-X eROSITA no SRG: uma enorme estrutura circular de gás quente abaixo do plano da Via Láctea ocupando a maior parte do céu ao sul. Uma estrutura semelhante no céu do norte, a "espora polar norte", é conhecida há muito tempo e pensava-se que fosse o vestígio de uma velha explosão de supernova. Em conjunto, as estruturas do norte e do sul, em vez disso, são uma reminiscência de um único conjunto de bolhas em forma de ampulheta emergindo do centro galáctico.

"Graças à sua sensibilidade, resolução espectral e angular, a eROSITA foi capaz de mapear todo o céu de raios-X a uma profundidade sem precedentes, revelando a bolha do sul sem ambigüidades", explica Michael Freyberg, um cientista sênior que trabalha com eROSITA no Instituto Max Planck para Física Extraterrestre (MPE). A eROSITA faz a varredura de todo o céu a cada seis meses e os dados permitem que os cientistas procurem estruturas que cobrem uma parte significativa de todo o céu.

As bolhas da eROSITA. Neste mapa de cores falsas, a emissão estendida com energias
de 0,6-1,0 keV é destacada. A contribuição das fontes pontuais foi removida e a escala
ajustada para melhorar as estruturas de grande escala em nossa galáxia.
Crédito: Universidade de Tübingen

Limites acentuados

A emissão de raios-X em grande escala observada pela eROSITA em sua banda de energia média (0,6-1,0 keV) mostra que o tamanho intrínseco das bolhas é de vários quiloparsecs (ou até 50.000 anos-luz) de diâmetro, quase tão grande quanto todo o Milky Maneira. Essas 'bolhas eROSITA' mostram semelhanças morfológicas impressionantes com as conhecidas "bolhas de Fermi" detectadas em raios gama pelo telescópio Fermi, mas são maiores e mais enérgicas.

"Os contornos nítidos dessas bolhas provavelmente traçam choques causados ​​pela injeção massiva de energia da parte interna de nossa galáxia no halo galáctico", aponta Peter Predehl, primeiro autor do estudo agora publicado na Nature. "Tal explicação foi sugerida anteriormente para as bolhas de Fermi, e agora com eROSITA sua extensão total e morfologia tornaram-se evidentes."
 
Esta descoberta ajudará os astrônomos a entender o ciclo cósmico da matéria dentro e ao redor da Via Láctea e outras galáxias. A maior parte da matéria comum (bariônica) do Universo é invisível aos nossos olhos, com todas as estrelas e galáxias que observamos com telescópios ópticos compreendendo menos de 10% de sua massa total. Espera-se que grandes quantidades de matéria bariônica não observada residam em halos tênues enrolados como casulos ao redor das galáxias e os filamentos entre elas na teia cósmica. Esses halos são quentes, com uma temperatura de milhões de graus, e, portanto, apenas visíveis com telescópios sensíveis à radiação de alta energia.

Vista esquemática das bolhas eROSITA (amarelo) e Fermi (roxo). O disco galáctico é
indicado com seus braços espirais e a localização do Sistema Solar é marcada.
As bolhas eROSITA são consideravelmente maiores do que as bolhas Fermi, indicando
que essas estruturas são comparáveis ​​em tamanho a toda a galáxia.
Crédito: Universidade de Tübingen

Enorme liberação de energia

As bolhas agora vistas com eROSITA traçam distúrbios neste envelope de gás quente ao redor de nossa Via Láctea, causados ​​por uma explosão de formação de estrelas ou por uma explosão de um buraco negro supermassivo no centro da galáxia. Embora dormente agora, o buraco negro poderia muito bem ter estado ativo no passado, ligando-o a núcleos galácticos ativos (AGN) com buracos negros de rápido crescimento vistos em galáxias distantes. Em qualquer dos casos, a energia necessária para alimentar a formação dessas bolhas enormes deve ter sido enorme em 10 ^ 56 ergs, equivalente à liberação de energia de 100.000 supernovas, e semelhante às estimativas de explosões de AGN.

"As cicatrizes deixadas por essas explosões demoram muito para cicatrizar nesses halos", acrescenta Andrea Merloni, Pesquisadora Principal da eROSITA. "Os cientistas têm procurado as impressões digitais gigantescas de tal atividade violenta passada em torno de muitas galáxias no passado." As bolhas eROSITA agora fornecem forte suporte para interações em grande escala entre o núcleo da galáxia e o halo ao seu redor, que são energéticas o suficiente para perturbar a estrutura, o conteúdo de energia e o enriquecimento químico do meio circungaláctico da Via Láctea.

"A eROSITA está atualmente concluindo a segunda varredura de todo o céu, dobrando o número de fótons de raios-X provenientes das bolhas que descobriu", aponta Rashid Sunyaev, Cientista-chefe do Observatório SRG na Rússia. "Temos muito trabalho pela frente, porque os dados da eROSITA permitem destacar muitas linhas espectrais de raios-X emitidas por gás altamente ionizado. Isso significa que a porta está aberta para estudar a abundância de elementos químicos, o grau de ionização, a densidade e temperatura do gás que emite nas bolhas, e para identificar as localizações das ondas de choque e estimar escalas de tempo características. "

Ilustração das bolhas eRosita e Fermi (azul / verde e laranja, respectivamente) de como
elas poderiam ser, se nossa visão fosse estendida além da luz visível - e se Tübingen
estivesse localizada mais perto do equador. Na verdade, apenas a parte norte
das bolhas eRosita está acima de Tübingen.
Crédito: Universidade de Tübingen

O Instituto de Astronomia e Astrofísica (IAAT) da Universidade de Tübingen é uma das instituições centrais do consórcio alemão eRosita; ela esteve envolvida no desenvolvimento de sete câmeras do telescópio e outras atividades de pré-lançamento, incluindo a avaliação do fundo em órbita e simulações do observatório em ação. Desde o início da pesquisa, os cientistas de Tübingen têm trabalhado na análise dos dados conforme eles chegam, com foco em objetos galácticos, como estrelas de nêutrons que se acumulam, buracos negros, restos de supernova e, é claro, as bolhas eRosita recém-descobertas.

“Estamos apenas começando a estudar esta estrutura gigantesca em detalhes e mais luz carregando pedaços extras de informação está chegando todos os dias conforme a pesquisa avança. Em breve seremos capazes de sondar as condições físicas em várias partes das bolhas. Isso é algo apenas eRosita pode fazer, e algo que esperançosamente nos permitirá entender melhor o presente e o passado de nossa própria galáxia e de outras galáxiasonde várias formas da atividade do núcleo da galáxia são observadas ", diz Victor Doroshenko, cientista sênior da IAAT." O que mais me impressiona sobre esta estrutura é o quão vasta ela é, e que permaneceu despercebida durante a maior parte de nossa história. Isso porque apenas uma visão de raio-X de todo o céu poderia revelar uma estrutura tão grande, e isso é realmente desafiador e envolve enormes desafios técnicos que não puderam ser superados até recentemente. Mesmo agora, projetos dessa escala exigem um esforço conjunto de muitas instituições e nações, e estou feliz que a IAAT possa se manter competitiva aqui ", acrescenta Doroshenko.

O telescópio de raios-X eROSITA foi lançado ao espaço a bordo da missão Spektr-RG em 13 de julho de 2019. Sua grande área de coleta e amplo campo de visão são adequados para um levantamento profundo de raios-X em todo o céu. Ao longo de seis meses (dezembro de 2019 - junho de 2020) SRG / eROSITA concluiu a primeira pesquisa de todo o céu com energias de 0,2-8 keV, significativamente mais profunda do que a única pesquisa existente de todo o céu com um telescópio de imagem de raios-X, realizada pela ROSAT em 1990 com energias de 0,1-2,4 keV.

Uma análise preliminar do mapa do céu do primeiro levantamento global da eROSITA indica que mais de um milhão de fontes pontuais de raios-X e cerca de 20.000 fontes estendidas foram detectadas. Isso é comparável a, e de fato pode exceder, o número total de fontes de raios-X conhecidas antes do eROSITA. Cerca de 80% das fontes pontuais são núcleos galácticos ativos distantes (AGN), mas também há cerca de 20% de estrelas coronais ativas na Via Láctea, incluindo cerca de 150 estrelas hospedeiras de planetas.

 

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