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Salvador Nogueira é jornalista de ciência e autor de 11 livros

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Quando aglomerados de galáxias colidem e um buraco negro gigante entra no meio da história

Por Salvador Nogueira

O Universo é o melhor laboratório que a humanidade poderia querer. É lá, em meio às estrelas e às galáxias, na vastidão do espaço infinito, que levamos nossas teorias às últimas consequências — até o ponto em que elas se consagram ou, como também é frequente, revelam suas limitações. Seja como for, invariavelmente saímos desses “experimentos naturais” com uma compreensão mais refinada do cosmos que habitamos, e esse é o maior charme da ciência: é bem provável que jamais cheguemos a conhecer tudo, mas terminamos cada dia sabendo um pouquinho mais.

O leitor há de perdoar esse preâmbulo, mas ele é absolutamente fundamental para compreendermos por que um grupo internacional de cientistas — dentre eles vários astrônomos brasileiros — ficou tão interessado por uma colisão de dois enormes e longínquos aglomerados de galáxias e por que as observações ganharam a distinção de ser o destaque de capa da primeiríssima edição da nova revista científica “Nature Astronomy”. Em essência, os pesquisadores revelaram como esses objetos podem se tornar aceleradores de partículas tão poderosos — mas isso só com uma ajuda providencial de um buraco negro supermassivo.

Bem, vamos começar do começo: aglomerados de galáxias. Imagine essas imensas estruturas, compostas por milhares de galáxias como a nossa Via Láctea, atreladas entre si pela força da gravidade num interminável balé cósmico e permeadas por um gás muito tênue e quente. Quente aqui, é importante dizer, não no sentido usual — há tão pouco gás diluído em tanto espaço que você sentiria um frio danado se estivesse por lá –, mas no contexto termodinâmico: as partículas desse gás tênue e difuso estão se movendo em altíssimas velocidades.

Muitas vezes esses aglomerados galácticos estão também ligados entre si pela gravidade em estruturas ainda maiores, formando superaglomerados. A nossa Via Láctea, além de fazer parte de um pequeno grupo de galáxias, o chamado Grupo Local, faz parte de um superaglomerado batizado em 2014 de Laniakea, que reúne mais de 100 mil galáxias.

E, claro, por estarem ligados gravitacionalmente nessa intrincada valsa cósmica, os aglomerados por vezes pisam no pé uns dos outros — colidem.

Ao observar esses eventos colossais os astrônomos encontraram um mistério intrigante: os aglomerados em colisão emitem um estranho brilho luminoso nos comprimentos de onda mais longos — rádio.

O que pode estar produzindo isso? A hipótese mais firme para explicar o fenômeno é que as duas nuvens de gás tênue, durante a colisão, produzem ondas de choque que acabam excitando os elétrons e acelerando-os a altíssimas velocidades. E eles seriam os emissores de rádio. É uma boa explicação, mas encontra alguns problemas. Ao calcularem os efeitos desse processo, os astrofísicos chegavam a resultados que mostravam um brilho em rádio muito mais tênue do que o observado. Os elétrons lá fora pareciam muito mais assanhados do que no papel.

Foi aí que entrou em cena o objeto da pesquisa do grupo liderado pelo holandês Reinout van Weeren e pelo brasileiro Felipe Andrade-Santos, ambos no Centro Harvard-Smithsonian para Astrofísica, nos EUA. E o curioso é que eles encontraram um alvo ideal para investigar esse mistério não com observações em rádio, mas olhando para o outro extremo do espectro eletromagnético, os comprimentos de onda mais curtos — raios X.

(Lembre-se, tudo isso aí é radiação luminosa. Num extremo temos os raios ultravioleta, X e gama, e no outro as micro-ondas, o rádio e o infravermelho; entre elas, a pequena faixa de frequências de luz que podemos enxergar com os olhos — o chamado “espectro visível”, que vemos em sua forma mais bela e completa ao observarmos um arco-íris no céu.)

Felipe Andrade-Santos e Reinout van Weeren, do CfA, e a capa da primeira edição da "Nature Astronomy", de janeiro de 2017. (Crédito: Nature)
Felipe Andrade-Santos e Reinout van Weeren, do CfA, e a capa da primeira edição da “Nature Astronomy”, de janeiro de 2017.

Em 2011, com o Telescópio Chandra de Raios X, da Nasa, eles deram a primeira olhada rápida no par de aglomerados denominados Abell 3411 e Abell 3412, localizados a cerca de 2 bilhões de anos-luz daqui. A observação fazia parte de um projeto mais amplo de observação de objetos desse tipo, mas o achado logo chamou a atenção dos pesquisadores. Eles constataram que os dois estavam passando por uma violenta colisão.

Ato contínuo, decidiram usar um conjunto de radiotelescópios — o Very Large Array, nos EUA — para procurar o brilho esperado em rádio. E lá estava ele. Mas não estava claro ainda se as emissões se concentravam na onda de choque entre os dois aglomerados. Isso exigiu mais observações com o Chandra e com o GMRT (Giant Metrewave Radio Telescope), na Índia. Em paralelo, eles colheram dados com telescópios ópticos em terra, mais especificamente o Subaru, no Japão, e o Keck, no Havaí, para estudar as galáxias individuais dos aglomerados.

Juntando todas essas observações, tal qual detetives coletando todas as evidências numa cena de crime, os pesquisadores encontraram sinais de uma onda de choque tênue na localização das emissões de rádio, confirmando a ideia de que esse processo realmente estava acelerando os elétrons. “Entretanto, a descoberta mais empolgante foi algo inesperado: nossas imagens mostraram um jato de emissão em rádio originando-se de uma galáxia e se estendendo até a emissão de rádio associada com o choque”, escreveram van Weeren e Andrade-Santos, em texto publicado no site do telescópio Chandra.

A galáxia em questão tem o que os astrônomos denominam de AGN, sigla inglesa para núcleo galáctico ativo. Como sabemos, a imensa maioria das galáxias tem em seu coração um gigantesco buraco negro, com massa de vários milhões de sóis. A Via Láctea tem o seu, se bem que muito quietinho. Contudo, quando ele tem bastante massa ao redor para se alimentar e crescer, sua gravidade avassaladora acelera brutalmente esse material em queda, o que o torna uma fonte prolífica de radiação. Daí o “ativo”.

Talvez esse AGN aí fosse o “elo perdido” entre os cálculos originais de emissão de rádio pela onda de choque da colisão dos aglometados e o brilho maior observado em colisões do tipo. Mas primeiro seria necessário confirmar que ele fazia parte do aglomerado, e para isso seria preciso fazer novas observações.

A confirmação veio do SOAR, observatório brasileiro e americano construído no Chile. Os brasileiros Vinicius Placco, da Universidade de Notre Dame, nos EUA, e Rafael Santucci, do IAG-USP (Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas da Universidade de São Paulo), fizeram as observações e constataram que a galáxia AGN e as demais do aglomerado tinham o mesmo padrão de desvio para o vermelho em seus espectros, confirmando que estavam todas mais ou menos à mesma distância. (Encurtando uma longa história, desvio para o vermelho, o tal redshift, é o quanto as ondas de luz se esticaram, ou seja, aumentaram seu comprimento de onda, ao viajar por uma vasta região do espaço que está ela mesma em expansão. Por isso, quanto maior o desvio para o vermelho, mais a luz teve de viajar, o que implica que mais longe o objeto está.)

Eis que o quadro se fecha. O AGN ejeta um fluxo de partículas de altíssima energia que chega à região de choque e aí sofre um processo de reaceleração — são duas as etapas em que as partículas ganham energia, portanto. Deste modo, teoria e observação se reencontram, e conseguimos explicar o brilho mais intenso do que o esperado originalmente.

Imagem combina observação do GMRT (rádio, em vermelho), do Chandra (raios X, azul) e do Subaru (luz visível) mostra a colisão dos aglomerados Abell 3411-3412. É possível ver o AGN alimentando a região de choque com elétrons de alta energia, onde seriam reacelerados e produziriam as emissões em rádio. (Crédito: van Weeren et al.)
Imagem combina observação do GMRT (rádio, em vermelho), do Chandra (raios X, azul) e do Subaru (luz visível) mostra a colisão dos aglomerados Abell 3411-3412. É possível ver o AGN alimentando a região de choque com elétrons de alta energia, onde seriam reacelerados e produziriam as emissões em rádio. (Crédito: van Weeren et al.)

Caso encerrado? Mais ou menos. Na astronomia, tudo está resolvido só até a próxima observação. Por isso os pesquisadores se manifestam ansiosos por novas campanhas de estudo de aglomerados de galáxias pelos mais novos radiotelescópios — como o SKA –, para que possam revelar mais conexões entre os choques de colisão e os AGN para produzir as emissões observadas.

É bem provável que outros objetos em condição semelhante, onde se mostra o fenômeno de reaceleração de partículas, sejam encontrados. Mas decerto também acabaremos achando outros objetos que ainda não conseguimos explicar satisfatoriamente e que não se encaixam exatamente às nossas expectativas.

E não pense você nem por um segundo que isso frustrará os cientistas. Na verdade, eles vivem para isso. Sem graça seria se eles já soubessem de tudo. Ao examinar cada nova peça do quebra-cabeça cósmico, damos mais um passo adiante na difícil, mas fascinante, tarefa de desvendar os mais sutis segredos do Universo.

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