terça-feira, 11 de novembro de 2014

Quasares,3C 273 e a ilusão mais Distante

              


               Depois de muito tempo sem tentar a sorte na "difícil arte" e ter passado um mês fora de casa e vivendo em uma nem tão pacata cidade histórica em Minas Gerais eu comecei a viajar. Sempre que faço um longa metragem estou, de certa forma, vivendo de Ilusão. Ela é meu ganha-pão. 
            Em Astronomia geralmente se tem a impressão que a matéria é algo real. Mas não é bem assim. Muito do que observamos não é mais o que parece ou mesmo não esta mais entre nós. 
Todos nós sabemos que telescópios são máquinas do tempo. Neles percebemos a luz dos objetos e não os objetos que imaginamos estar vendo .Não são eles que de fato observamos mas seu reflexo. 
            É comum ouvirmos - As estrelas que vemos provavelmente não existem mais. 
Mesmo estando errado é um claro sinal que as pessoas compreendem a imensidão do oceano cósmico, que a luz não viaja em uma velocidade infinita e que as estrelas morrem. 
            O erro delas é simplesmente devido ao fato que as estrelas que podemos observar a olho nu se encontram em sua maioria até 3000 anos-luz da terra. E três mil anos é uma insignificante parcela do tempo de vida de uma estrela. Mesmo a galáxia de Andrômeda, que é o objeto mais distante visível a olho nu, esta a apenas 2,5 milhões de anos-luz de nós. No tempo cósmico continua sendo irrisório. Mesmo estrelas colapsantes e a beira de um infarto fulminante como Eta Carina muito provavelmente continuam e continuarão entre nós por um bom tempo. 
            A matemática e a probabilidade nos diz que das cerca de 6000 estrelas visíveis a olho nu as chances são de 200 para 1 de que alguma delas tenha sumido neste poucos séculos da história humana. Supernovas não acontecem todo dia e menos ainda entre estrelas visíveis a olho nu. 
            De volta ao reino da ilusão posso falar de buracos negros. Eles existem (há muito indícios...) e alimentam muitos dos fenômenos que alimentam este post. Diversos livros nos dizem que eles se formam da morte de estrelas muito massivas e apresentam uma singularidade em seu "centro". Na verdade (ou na ilusão) um buraco negro nunca formou-se para nós. Neste caso a culpa é da deformação do espaço-tempo que os coloca, como Einstein disse, em um outro "quadro de referência" causado por uma gravidade fora dos padrões e de nosso entendimento. Uma estrela hiper-massiva talvez possa "se ver" implodindo em uma singularidade infinitamente densa. Mas como o infinito não habita a mesma escala que a humanidade nós nunca veremos isto acontecer. O tempo vai para no horizonte de eventos (que Hawking anda dizendo por ai que também é uma ilusão ou talvez nem isto) e nós vamos ver uma estrela congelar e para de encolher para sempre. Ou algo assim... Para lá de Volkhof e Oppenheimer reside a ilusão e monstros imaginários. E assim nunca veremos um buraco negro em toda sua negritude e singularidade. Esta além da nossa física. 
            Mas no reino da ilusão existe um outro objeto e este visível. E além do mais o objeto visível mais distante ao alcance de um astrônomo amador. O Quasar. 
            Como é praxe aqui no Nuncius Australis primeiro vamos descobrir do que se trata (ou que se supõem tratar-se) este objeto e qual a sua história. Depois vamos tentar observa-lo.
            E assim fazer Astronomia. 
            A descoberta dos quasares tem o inicio de sua história entrelaçada com o surgimento da radio astronomia.
            A radio astronomia tem um tímido inicio um pouco antes da Segunda Guerra Mundial quando Karl Jansky , um engenheiro nos laboratórios da Bell Telephone Co. , descobriu uma fraca emissão vinda da Via Láctea. Ninguém levou Jansky muito a sério e as pesquisas não prosseguiram. Em 1944 o físico Grote Reber descobriu uma discreta fonte de radio na constelação de Cygnus. Com o fim da guerra e os avanços tecnológicos , especialmente na engenharia elétrica, cientistas desenvolveram bons radio-telescópios. Em 1946 um trio de astrónomos ingleses formado por J.S.Hey, S.J Parson e J.W. Phillips confirmara a descoberta da fonte de radio extragalactica localizada por Reber. Cygnus A.
            Já em 48 , um dos primeiros radio astrónomos de carteirinha, J.G Bolton da Austrália ,confirmou com segurança a existência de Cygnus A e anunciou a descoberta de outras seis discretas fontes de radio. Estas incluíam Taurus A ( a Nebulosa do Caranguejo) e Centaurus A ( associada a galaxia NGC 5128). Estes sucessos inspiraram outras astronômos  e em 1950 o primeiro catalogo "radio-astronômico" foi lançado. Organizado por outro trio de astrônomos ingleses (Ryle, Smith e Elsmore e se tornou conhecido como de First Cambridge Catalog ou 1C. Mas nossos radio astrônomos ainda tinham um longo caminho para aperfeiçoar a arte de determinar com precisão a posição destas fontes de radio nos céus.
            Em 1955 sai o Second Cambridge Catalog. 2C é seu nome para os intímos. Ela contém 1936 fontes e constitui o primeiro levantamento extensivo do céu "radiofônico"... Também com seus problemas ele apresenta varias fontes que não existem.
            Já chegando ao objeto que irei procurar o Third Cambridge Catalog é publicado em 1962. Eu aposto que você já sabe de onde saiu  a sigla 3C 273.  o Catalogo apresenta 328 entradas. Apenas recentemente se chegou aos catálogos 5C e 6C.
            Enquanto nossos radio astrônomos desenvolviam mais e melhores radio-telescópios os físicos nucleares estavam construindo novos e mais poderosos aceleradores de partículas. Os avós do LHC.
            A General Eletrics acabou conseguindo construir um novo tipo de acelerador chamado de Synchroton. Neste eletróns viajam em órbitas circulares em um intenso campo magnético. O acelerador  usa o campo magnético para "injetar" energias nos elétrons e estes conseguem atingir velocidade de até 99% da velocidade da Luz. Olhando pela escotilha do Synchrotron os físicos percebem uma luz intensa sendo emitida. Radiação Synchroton.
            A descoberta desta radiação tem importantes implicações para os radio astronômos. Objetos no céu emitido ondas de radio possuem campo magnético e um monte de elétrons flutuando por ali. Os campos magnéticos de galaxias e nebulosas são muito menos intensos que os obtidos pelo Synchroton ( imagine o LHC...). Mas os campos magnéticos naturais  de galaxias e afins se esparramam por bilhões de anos-luzes cúbicos. Conforme os eletróns destas galaxias espiralam ao redor dos seu campos magnéticos eles produzem radiação synchroton. Mas em comprimentos de onda muito longos. Em ondas de radio.
            Eureka. Descoberta a razão do "ruido de radio" que nossos radio astrónomos primordiais detectam em nebulosas e galaxias.
            A maioria das fontes de radio do catalogo 3C se espalham por uma grande área de céu. como uma galaxia ou uma nébula. Não são fontes pontuais como estrelas. Mas nem todas...
            Falta pouco parra a história nos levarem até os quasares.
            Quatro objetos do catalogo tiveram seu tamanho angular estabelecido e este era bem pequeno. 3C 48, 3C 286, 3C 196 e 3C 147.
            No outono de 1960 , a posição de 3C 48 fora suficientemente bem estabelecida para que os astrónomos no espectro visível do universo ( olha nóis aí...) e armados com um telescópio de 200 polegadas partiram em busca do companheiro otíco da fonte de radio. fotos da região revelaram algo semelhante a uma estrela e Allan Sandage obteve o espectro de nossa estrela. Surpresa . nada semelhante jamais tinha sido visto. A chapa esquenta ainda mais quando observações fotelétricas do "estranho" revelaram que seu brilho variava em períodos inferiores a um dia. . Se algo varia em brilho em menos de um dia significa que ele possui menos de 1 dia-luz. Ou seja a distancia que a luz pode viaja em um dia. Algo ao redor de 27,2 bilhões de km. Parece muito mas em comparação ao tamanho de uma galaxia (mesmo anã) não é nada. Nossa galaxia tem algo como 100.000 anos-luz. Devido a sua aparência quase estelar alguns astrônomos propuseram que que 3C48 fosse um novo tipo de estrela na nossa própria galaxia.
            Finalmente vamos chegar em 1962 e em 3C 273. A esta altura já se havia percebido que  o nosso quasar ( 3C 273 é o nosso quasar , certo?) tinha um diâmetro angular bem pequeno. E por um acaso quase "astrológico"( arghhhh!!!) ele fica situado na constelação de Virgem. Como esta pertence ao zodíaco a lua gosta de passear por estas bandas. E de novo, por uma daquela coincidências que devem ter algo haver com as leis fundamentais do universo, a lua iria realizar não uma mas três ocultações de nosso quasar em 1962 bem em frente ao Radio telescópio de Parkes na Australia.
            Na noite de 5 de agosto de  os astronomos lá reunidos esperavam ansiosos para ver o sinal de radio de 3C 273 ir sendo reduzido gradualmente conforme a lua fosse cobrindo mais e mais o nosso quasar ( ainda sem este título). Isto não aconteceu. Quando a lua chegou a posição em que deveria estar 3C 273 o sinal de radio foi abruptamente interrompido. E meia hora depois ele retornou. Logo trata-se de uma fonte pontual.
Nosos astrónomos sabiam exatamente a posição do limbo lunar no momento da ocultação. E lá reside uma "estrela" azulada de 13a magnitude. ( Na verdade 12.9 e oscilando um pouco...em menos de 24 horas) . Com o objeto localizado e telescópio de 200 polegadas do Monte Palomar a disposição um espectro é rapidamente obtido e lá estão as estranhas linhas de emissão que ninguém consegue identificar. Como estes estranhos objetos parecem uma estrela e não o são passaram a ser chamados de quasi-stellar objects.  Daí para quasar foi um pulo. Na verdade foi obra do astrônomo chino-americano Hong Yee Chiu que em um paper de maio de de 1964 no Phisics Today disse mais ou menos assim;
" Até agora, o desajeitado nome de quasi-stellar radio sources  vem sendo usado para descrever estes objetos . Porque a natureza destes objetos é inteiramente desconhecida  é difícil preparar uma nomenclatura curta e apropriada que descreva suas propriedades essenciais de forma obvia. Por conveniência , a forma abreviada "quasar" será utilizada neste paper".
                O Dr.M. Schimdt do Calthec  conseguira um espectro da "estrela" associada o quasar. Era 1963 ainda. Algo que tornava a analisa destas estranhas linhas obscura era a assunção de que 3C 273 estaria dentro de nossa galaxia. Isto implicaria que o redshift ( desvio para o vermelho) destes seria muito pequeno. Analisando o espectro o Dr. Schimdt achou as tais quatro linhas de emissão já citadas. Embora tais linhas nunca tivessem sido vistas nesta parte do espectro elas pareciam familiares a  Schimdt. Na verdade os seus comprimentos de onda apresentavam a mesma razão que se seria de esperar da ordinária e familiar linhas do átomo do hidrogênio ( elétrons saltando da terceira , quarta, quinta e sexta orbita para a segunda). Schimdt então , de forma valente, sugeriu que estas misteriosas linhas eram do hidrogênio. Só que desviadas enormemente para o vermelho. Seus esforços foram rapidamente coroados pelo sucesso. O redshift de 3C273 cor respondia a 16 por cento da velocidade da luz. Nada dento de nossa galaxia se move tão rápido em relação a nós.
            Logo se descobre que o redshift de 3C 48 cor responde a 37 por cento da velocidade da luz.   A seguir  se descobre que o redshift de 3C 147 é de 55 por cento. Anteriormente  a estas descobertas o maior redshift conhecido pertencia a 3C 295. esta uma galaxia que também é uma forte fonte de emissões de radio.  Logo tornou-se claro que quasares apresentavam os maiores redshifts do universo conhecido . Estamos nos anos 60.   
            Alguns anos depois centenas de Quasares haviam sido descobertos e suas principais propriedades estabelecidas. Eram elas: Eles se parecem exatamente com estrelas, sua cor é azulada, são fortes fontes de radio, apresentam grandes desvios para o vermelho ( redshifts) e muitos apresentam rapida variabilidade ótica e nas  emissões de radio.
            Nos anos 70 há uma rápida sucessão de recordes e cada vez são descobertos diversos quasares com redshifts superiores a 90% da velocidade da luz.
            Os imensos redshifts dos quasares levou a grandes discussões a respeito de sua natureza. Uma das mais curiosas explicações foi obra de Halton Arp. Ele desenvolve uma interessante (embora completamente equivocada) hipótese apresentando quasares como "descendentes" de galaxias . Esta expeliriam Quasares ao longo de seu processo evolutivo. Um interessante conceito que ele desenvolve é que redshifts nada tem haver com distancias. Eles seriam particularidades de diferentes estruturas do universo. è evidente que ela sempre simpatizou com o Modelo de Universo chamado de Steady-State . Hoyle agradece...
            Foi necessários muitos anos até que os quasares fossem compreendidos como uma espécie das chamadas galaxias de Nucleo Ativo.  Devido ao nosso angulo de mirada o que percebemos é a energia emitida devido a acreção de material em buracos negros super maciços no núcleo de galaxia distantes . Como a luz não escapa do buraco negro central nestas galaxias a energia que escapa ( e que percebemos) é gerada antes do Horizonte de eventos pelo estresse gravitacional e devido a intensa fricção do material que esta sendo consumindo pelo quasar.  Quanto mais diretamente estiver apontado este jato relativistico para nós mais brilhante será o Quasar. Dependendo da posição poderemos percebe-lo como um Blazar ,uma radio Galaxia, uma galaxia Seyfert etc... Fotos atuais comprovam a natureza dos quasares e cia. LTDA.. Se percebem galaxias ao redor dos mesmos. (pelo menos da maioria...). São todos núcleos ativos de galaxias percebidos de forma distinta devido a posição em relação a nós: os observadores....
            Os mecanismos envolvidos e toda a história acima sustenta porque os quasares são formas anciãs e ( uma licença poética...) espíritos de um universo primitivo pois a produção de energia termina quando um buraco negro super massivo consome todo o gás e poeira próximos. Desta forma o provável que a maioria das galaxias ( a partir de uma massa minima) tenham passado por uma fase ativa e que seus antigos quasares assombrem outra galaxias em outro lugar no espaço- tempo. 

            Mas vamos em busca de nosso fantasma. 3C 273.
            É o DSO mais distante ao alcance de um astrônomo amador com um telescópio pequeno. Brilhando com Magnitude 12,9 e com um brilho de superfície alto ele estará ao alcance de pequenos telescópios. Nunca o consegui ver com meu refrator de 70 mm . Mas existem registros de observações com telescópios de 75 mm. Independente de seu telescópio o nome quasar será obvio. É rigorosamente igual a uma estrela apagada.
            Em minha caça ao fantasma me armei com o Newton ( um refrator de 150 mm) e depois de muito sky hooping cheguei até ele. É um exercício de paciência mas totalmente factível. O Quasar é a estrela mais apagada no campo. O desenho abaixo deixa isto bem claro.
            Realizei dois caminhos . Partindo de Porrima e Partindo de Zaniah. Ambas no corpo de Virgem. De Zaniah é mais fácil. Ensaie a navegação com a ocular que você vai usar utilizando o Stellarium. Eu usei minha 26 mm.  Repara no detalhe da Ocular na captura de tela abaixo.

           As duas estrelas entre 9 e 10a magnitude no canto direito da ocular ( a mais fraca com uma pequena companheira mais fraca ainda ) ,mais uma companheira formam um triangulo  que é evidente no sketch que realizei. São os faróis para localizar o quasar. Cuidado para não confundi la com a estrela de 10a  magnitude logo acima do quasar.  


            Não percebi nenhuma coloração azulada como esperava. Na verdade se percebi algum desvio foi mais para o vermelho.
            O alvo merece céus escuros e estar bem alto no horizonte. De preferência no momento que cruzar o meridiano.
            É um clássico. Um alvo para "conquistadores do inútil" sérios e dedicados. Vai se parecer uma pequena estrela que se apresentará melhor com visão periférica. Ela  perdida entre outra estrelas mais brilhantes que ela. E não será uma estrela. E nem "existe" mais...
            Mas é o objeto mais distante e antigo que você poderá ver com um telescópio amador.  


2 comentários:

  1. Prezado amigo, gostaria de uma explicação adicional sobre as diferenças observacionais entre as imagens acima (e abaixo). parece que o arco de estrelas (3) sob o quasar se modifica, e surgem dois novos objetos, um acima e outro abaixo.
    Grato, e parabéns pelo belo post.

    ResponderExcluir
    Respostas
    1. O de cima é uma captura de tela do Stellarium. O segundo é baseado em um desenho feito junto a ocular. Eu não vejo exatamente a mesma coisa que o mapa e como o segundo trata-se de um composite do desenho feito com lápis como base para uma composição no Photoshop eles são diferentes. Ha uma diferença na perspectiva e também devido ao seeing no momento da observação. Para realizar o starhooping é melhor confiar no Stellarium. Não sou exatamente um bom desenhista... abç.

      Excluir