Quasares


Imagem no ótico do quasar 3C 279, obtida com o Canada-France-Hawaii Telescope de 3,6 m de diâmetro. O quasar tem magnitude aparente V=17,75 e magnitude absoluta estimada de MV=-24,6 (uma estrela O5V tem MV=-5). O nome vem do fato de ser o objeto número 279 do terceiro catálogo de rádio fontes de Cambridge. Pelo módulo de distância, r=2,951 Gpc.
Imagem no ótico do quasar 3C 279, obtida com o Canada-France-Hawaii Telescope de 3,6 m de diâmetro. O quasar tem magnitude aparente V=17,75 e magnitude absoluta estimada de MV=-24,6 (uma estrela O5V tem MV=-5). O nome vem do fato de ser o objeto número 279 do terceiro catálogo de rádio fontes de Cambridge. Pelo módulo de distância, r=2,951 Gpc.

Os quasares, cujo nome vem de Quasi Stellar Radio Sources, foram descobertos em 1960, como fortes fontes de rádio, com aparência ótica aproximadamente estelar, azuladas. 3C 48 foi a primeira fonte do Third Cambridge Catalogue of Radio Sources identificada óticamente por Allan Rex Sandage (1926-2010) e Thomas Matthews in 1960, através de interferometria (1963, Optical Identification of 3c 48, 3c 196, and 3c 286 with Stellar Objects, Astrophysical Journal, 138, 30). Muito provavelmente são galáxias com buracos negros fortemente ativos no centro, como proposto em 1964 por Edwin Ernest Salpeter (1925-2008) e Yakov Borisovich Zel’dovich (1914-1989). São objetos extremamente compactos e luminosos, emitindo mais do que centenas de galáxias juntas, isto é, até um trilhão de vezes mais do que o Sol. São fortes fontes de rádio, variáveis, e seus espectros apresentam linhas largas com efeito Doppler indicando que eles estão se afastando a velocidades muito altas, de até alguns décimos da velocidade da luz. O primeiro a ter seu espectro identificado foi 3C 273, pelo astrônomo holandês Maarten Schmidt (1929-), em 1963 (3C 273: a star-like object with large red-shift, Nature, 197, 1040). Maarten foi orientando de Oort, em Leiden, em 1956. Este quasar tem magnitude aparente V=12,85, mas magnitude absoluta estimada de img40 Pelo módulo de distância, r=891 Mpc.

QuasarredO espectro do quasar 3C 273 no ótico e infravermelho próximo é dominado pelas linhas do hidrogênio em emissão e deslocadas para o vermelho (redshifted) por efeito Doppler. Por exemplo, a linha H$\beta$ está deslocada de 4861Å para 5630Å.

Modelo de um quasar, com um buraco negro no centro, um disco de acresção em volta deste, e jatos polares.
Modelo de um quasar, com um buraco negro no centro, um disco de acresção em volta deste, e jatos polares.

No modelo mais aceito, o buraco negro central acreta gás e estrelas da sua vizinhança, emitindo intensa radiação enquanto a matéria se acelera, espiralando no disco de acresção, e parte da matéria é ejetada por conservação de momento angular. Na aceleração da matéria, a energia liberada é da ordem de 0,1 mc2, comparada com 0,007 mc2 na reação nuclear mais energética conhecida, a transformação de 4 átomos de hidrogênio em um átomo de hélio. Quando o buraco negro consumir toda matéria circundante, ele cessará de emitir.

No disco de acreção, as regiões internas giram mais rapidamente do que as regiões externas (terceira lei de Kepler), causando a fricção entre as partículas do gás. A fricção esquenta o gás e faz as partículas perderem energia e espiralarem em direção ao buraco negro. À medida que espirala, a matéria é acelerada a velocidades supersônicas e aquecida a milhões de graus, emitindo enormes quantidades de radiação. O espiralamento causa o acúmulo de matéria na borda interna do disco, aumentando a pressão dos gases nesse local. Como meio de se livrar do excesso de pressão, o disco libera parte do gás, que é ejetado na direção onde a resistência a seu escape é mais baixa, ou seja, perpendicularmente ao disco. O campo magnético do gás (que por ser muito quente está ionizado) ajuda a colimar a matéria liberada, formando os jatos estreitos que são observados em grande parte das galáxias ativas.

Imagens obtidas por John Norris Bahcall (1934-2005) e Mike Disney com o Telescópio Espacial Hubble, da NASA, mostrando que os quasares ocorrem tanto em galáxias normais quanto em galáxias perturbadas. Por exemplo, PG 0052+251 (canto esquerdo superior), a 1,4 bilhões de anos-luz da Terra, reside em uma galáxia espiral normal; PHL 909, a 1,5 bilhões de anos-luz (canto inferior esquerdo), em uma galáxia elíptica; IRAS04505-2958, PG 1212+008, Q0316-346 e IRAS13218+0552, em vários tipos de galáxias em interação.
Imagens obtidas por John Norris Bahcall (1934-2005) e Mike Disney com o Telescópio Espacial Hubble, da NASA, mostrando que os quasares ocorrem tanto em galáxias normais quanto em galáxias perturbadas. Por exemplo, PG 0052+251 (canto esquerdo superior), a 1,4 bilhões de anos-luz da Terra, reside em uma galáxia espiral normal; PHL 909, a 1,5 bilhões de anos-luz (canto inferior esquerdo), em uma galáxia elíptica; IRAS04505-2958, PG 1212+008, Q0316-346 e IRAS13218+0552, em vários tipos de galáxias em interação.

O modelo mais aceito é que os quasares são buracos negros com massas de 1 milhão a 1 bilhão de vezes a massa do Sol localizados no núcleo de galáxias ativas.

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Um dos quasares mais distantes tem deslocamento para o vermelho (redshift) z=5,0 e foi descoberto pelo Sloan Digital Sky Survey em 1998. Abaixo estão sua foto e seu espectro.

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Mais recentemente Daniel Stern (JPL), Hyron Spinrad (Berkeley), Peter Eisenhardt (JPL), Andrew Bunker (Cambridge), Steve Dawson (Berkeley), Adam Stanford (Davis, IGPP) e Richard Elson (Florida) descobriram o quasar RD300 com z=5,5, utilizando o 4m do KPNO, o 5m do Palomar e os 10m dos Kecks.

Para os quasares precisamos usar a fórmula relativística do efeito Doppler para medir a velocidade através do avermelhamento z:

z

onde theta é o ângulo entre o vetor velocidade e a linha de visada.

Região do espectro do objeto que é observado no ótico aqui na Terra.
Região do espectro do objeto que é observado no ótico aqui na Terra.

Como os deslocamentos para o vermelho (redshifts) dos quasares são em geral grandes, imgq1, precisamos utilizar a fórmula do deslocamento Doppler relativístico para calcular sua velocidade. Por exemplo, um quasar que tem deslocamento Doppler imgq2 indicaria uma velocidade de 5 vezes a velocidade da luz, se utilizarmos a fórmula do deslocamento Doppler não relativístico,imgq3 . Mas o deslocamento Doppler relativístico é dado por:

imgq4

de modo que a velocidade é dada por:

imgq5

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Em janeiro de 2003, Xiaohui Fan, Michael Strauss, Eva Grebel, Don Schneider e colaboradores do Sloan Survey divulgaram o mais distante quasar até então, com z=6,4, que representa o Universo quando este tinha somente 800 milhões de anos.

Mas o record desde 2007 era do CFHQS J2329-0301, deslocamento para o vermelho de z=6,43, descoberto por Chris Willott, da Universidade de Ottawa, no Canadá e colaboradores, com o telescópio Canada-France-Hawaii e confirmado com o Gemini. Emmanuel Momjian, Christopher L. Carilli e Ian D. McGreer, publicaram o artigo de 2008, Very Large Array and Very Long Baseline Array Observations of the Highest Redshift Radio-Loud QSO J1427+3312, Astronomical Journal, 136, 344, com z=6,12.

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Em 2011, o quasar mais distante, ULAS J112001.48+064124.3, era o descoberto por Daniel J. Mortlock, Stephen J. Warren e colaboradores com dados do Very Large Telescope do European Southern Observatory (ESO), publicado no artigo A luminous quasar at a redshift of z=7.085, na Nature, 474, 616.

O recorde atual é da galáxia UDFj-39546284, uma galáxia compacta de estrelas azuis, a uma distância de 13,2 bilhões de anos-luz, formada 480 milhões de anos depois do Big Bang, detectada pelo Telescópio Espacial Hubble, com z ˜ 10, no Campo Ultra Profundo do Telescópio Espacial Hubble (HST Ultra Deep Field), mas não confirmada espectroscopicamente. A galáxia UDFy-38135539, com z=8,6, foi confirmada espectroscopicamente por Matt Lehnert e colaboradores..

Em 2012, foi descoberta uma galáxia com redshift z=9,6, com o Telescópio Espacial Infravermelho Spitzer e o Telescópio Espacial Hubble. A galáxia está a 13,2 bilhões de anos luz.

Mais de 200 000 quasares foram descobertos com o Sloan Digital Sky Survey, mostrando a variação do espectro com z.


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FONTE: Universidade Federal do Rio Grande do Sul – UFRGS

Créditos: Kepler de Souza Oliveira Filho / Maria de Fátima Oliveira Saraiva

© Os textos, gráficos e imagens desta página têm registro: ISBN 85-7025-540-3 (2000), ISBN 85-904457-1-2 (2004), ISBN 978-85-7861-187-3 (2013), e só podem ser copiados integralmente, incluindo o nome dos autores em cada página. Nenhum uso comercial deste material é permitido, sujeito às penalidades previstas em lei.
© Kepler de Souza Oliveira Filho & Maria de Fátima Oliveira Saraiva

Imagens Extras: NASA / HubbleSite

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