Uma medição direta em uma famosa galáxia starburst
Os astrônomos mediram, pela primeira vez, diretamente a velocidade do gás superaquecido que flui para fora da galáxia starburst M82, usando o instrumento Resolve a bordo da nave espacial XRISM. O resultado oferece aos pesquisadores uma nova maneira de testar ideias de longa data sobre como a formação estelar intensa e a atividade de supernovas podem gerar ventos poderosos que moldam galáxias inteiras.
Segundo a NASA, o material está se movendo a mais de 2 milhões de milhas por hora, ou mais de 3 milhões de quilômetros por hora. Os pesquisadores dizem que isso é rápido o suficiente para servir como o principal motor do escoamento maior e mais frio, já conhecido, que se estende por dezenas de milhares de anos-luz a partir do núcleo da galáxia. Os achados foram publicados em 25 de março na Nature.
M82, frequentemente chamada de galáxia do Charuto, fica a cerca de 12 milhões de anos-luz de distância na Ursa Major. Ela é classificada como uma galáxia starburst porque está formando estrelas em uma taxa incomumente alta, cerca de 10 vezes mais rápido do que a Via Láctea para uma galáxia do seu tamanho. Essa atividade intensa a transformou em um dos melhores laboratórios para entender como estrelas e explosões estelares remodelam o gás dentro das galáxias e empurram matéria de volta para o espaço intergaláctico.
Por que o resultado importa
Durante anos, os astrônomos trabalharam com um modelo clássico de galáxias starburst: a energia da formação estelar e das ondas de choque de supernovas aquece o gás próximo ao centro galáctico, e esse gás quente lança um escoamento que ajuda a impulsionar um vento galáctico muito maior. Até agora, porém, eles não tinham as medições diretas de velocidade necessárias para testar essa ideia com confiança em M82.
O XRISM muda isso. A NASA afirmou que as novas observações mostram o gás quente se movendo ainda mais rápido do que alguns modelos previram. Isso torna a descoberta importante para mais de uma galáxia próxima. Ventos galácticos influenciam como as galáxias crescem, por quanto tempo continuam formando estrelas, como distribuem elementos pesados e como interagem com o ambiente ao redor. Se os astrônomos puderem medir com mais precisão a velocidade e a composição desses ventos, poderão entender melhor os processos de feedback que regulam a evolução galáctica.
Erin Boettcher, da Universidade de Maryland, College Park, e do Goddard Space Flight Center da NASA, que liderou o artigo, disse que a missão forneceu a primeira oportunidade de obter as medições de velocidade necessárias. No resumo da NASA, o resultado apoia a ideia de que a componente quente do escoamento tem energia suficiente para empurrar material até as regiões mais externas da galáxia.
O poder do instrumento Resolve do XRISM
A medição dependeu da espectroscopia de raios X de alta resolução do XRISM. A missão, liderada pela JAXA em colaboração com a NASA e com contribuições da ESA, foi projetada para estudar fenômenos quentes e energéticos em todo o universo. NASA e JAXA também co-desenvolveram o instrumento Resolve usado neste trabalho.
Essa capacidade importa porque o gás mais quente em sistemas como M82 emite em raios X. Ao examinar deslocamentos sutis nessas emissões, os astrônomos podem calcular a rapidez com que o gás está se movendo. Neste caso, o Resolve permitiu aos pesquisadores medir uma componente do vento galáctico que antes era difícil de quantificar diretamente.
O resultado conecta o ambiente central violento de M82 à sua estrutura visível muito maior. A galáxia já é conhecida por um vento frio de gás e poeira que se estende até 40 mil anos-luz do núcleo. Os novos dados do XRISM sugerem que um fluxo muito mais quente e rápido vindo do centro é o principal motor por trás desse fenômeno maior.
Uma galáxia sob pressão extrema
O centro de M82 é um lugar excepcionalmente ativo. A formação estelar rápida significa que mais estrelas massivas estão sendo formadas, e estrelas massivas vivem depressa e morrem explosivamente. Essas supernovas, junto com a turbulência e a radiação ligadas ao intenso nascimento estelar, injetam enormes quantidades de energia no ambiente ao redor. O resultado é um caldeirão de gás quente capaz de lançar material para fora a uma velocidade extraordinária.
Esse processo é uma das formas mais importantes de feedback na astrofísica. Se as galáxias formassem estrelas sem restrição, consumiriam seu gás de maneira diferente do que ocorre na realidade. Ventos impulsionados por estrelas, buracos negros, ou ambos, ajudam a regular o ciclo ao aquecer, remover e redistribuir o gás. M82 oferece uma visão de perto de um desses motores em ação.
O novo resultado também mostra por que a astronomia com múltiplos observatórios é importante. A NASA acompanhou o anúncio do XRISM com referências a imagens do Chandra, Hubble, Spitzer e Webb, que juntos revelam diferentes componentes de M82, desde regiões quentes que emitem raios X até poeira mais fria e luz estelar. O XRISM acrescenta algo especialmente valioso a esse quadro: informações diretas de velocidade sobre o gás mais quente.
O que os pesquisadores podem aprender a seguir
O artigo de 25 de março é um passo importante, mas também é um começo. Quando os astrônomos puderem medir a velocidade de ventos quentes em uma galáxia starburst bem estudada, poderão comparar essas observações com modelos de evolução galáctica e com outras galáxias com taxas de formação estelar e estruturas diferentes. Isso pode ajudar a esclarecer quando ventos quentes escapam, quando estagnam e com quanta eficiência transportam massa e energia para longe dos centros galácticos.
Também pode melhorar a compreensão de como elementos químicos são misturados pelas galáxias e ejetados para o espaço ao redor. Ventos impulsionados por supernovas fazem mais do que remover material. Eles transportam os produtos da evolução estelar, ajudando a semear ambientes cósmicos mais amplos com elementos mais pesados formados dentro das estrelas.
Por enquanto, a conclusão central é direta. Os astrônomos finalmente cronometraram a velocidade do gás superaquecido que irrompe do núcleo de M82, e os números sugerem que o escoamento é mais do que capaz de impulsionar o famoso vento que se estende muito além da própria galáxia. Isso transforma uma imagem de longa data em um resultado medido, e mostra como o XRISM pode abrir uma nova janela para o universo quente e dinâmico.
Este artigo é baseado em reportagem de science.nasa.gov. Leia o artigo original.
