domingo, 25 de outubro de 2009

Um médico para os quasares
















1963. O descobrimento dos quasares

Motivado pelo Ano Internacional da Astronomia, Rafael Bachiller, director do Observatório Astronómico Nacional, convida-nos a uma jornada pelos marcos cruciais destes quatro séculos da história do telescópio

Rafael Bachiller Madrid EL MUNDO

O rápido desenvolvimento da radioastronomia depois da Segunda Guerra Mundial conduziu à identificação de umas misteriosas fontes de ondas de rádio que, no telescópio, pareciam estrelas muito débeis. Em 1963, o astrónomo holandês-estado-unidense Marteen Schmidt estimou a distância e luminosidade de algumas destas fontes de rádio e concluiu que se tratavam de galáxias situadas nos confins do Universo conhecido. Tais galáxias possuíam luminosidades muito superiores a todas as conhecidas previamente. Hoje sabemos que tais objectos, denominados quasares, obtêm a sua energia de buracos negros super massivos situados nas suas regiões centrais. O buraco negro, rodeado de um disco de crescimento, é a origem dos jactos bipolares de altíssima velocidade.

Misteriosas fontes de rádio
Depois da Segunda Guerra Mundial os astrónomos continuaram com o trabalho de Karl Jansky e de Grote Reber tratando de identificar zonas de emissão de ondas de rádio na Galáxia. Em 1942, o britânico James S. Hey descobriu que o Sol era una intensa fonte de rádio e pouco depois começou a realizar um mapa da Galáxia do tipo do realizado anos antes por Reber. Hey rapidamente identificou uma zona na constelação do Cisne que era particularmente intensa e variável no tempo. Com argumentos simples de física, Hey concluiu que aquela emissão devia proceder de uma região compacta a qual denominou Cygnus A. O objecto seguiu sendo observado por astrónomos australianos que não conseguiram identificar esta fonte com nenhuma estrela conhecida.

Nos primeiros anos da década de 1950, o astrónomo britânico Martin Ryle (1918-1984) já tinha desenvolvido a técnica da síntese de abertura e construiu então um dos primeiros interferómetros, isto é, um radiotelescópio revolucionário que, constituído por múltiplas antenas, era capaz de observar em ondas de rádio com um poder de separação que era muito melhor que o alcançado até então e começou a elaborar catálogos de fontes de ondas de rádio. Até 1960 Ryle completou uma terceira lista (o terceiro catálogo de Cambridge ou "3C") que continha umas 450 fontes e nuns anos mais, o número de fontes de ondas de rádio alcançava um número de vários milhares.

A natureza de tais fontes de rádio era um autêntico mistério. Algumas delas pareciam relacionadas com estrelas, mas outra grande parte não tinha contrapartida estelar clara. Uma das fontes de rádio mais intensas era a denominada 3C48 (a fonte número 48 do terceiro catálogo de Cambridge). Allan Sandage (nascido em Iowa, EUA, em 1926) observou na direcção deste objecto com o grande telescópio Hale (dotado com um espelho de 5 metros de diâmetro) do Monte Palomar, Califórnia, em 1960 e concluiu que se correspondia com uma estrela débil (de magnitude 16) cuja única peculiaridade era que apresentava uma pequena e ténue nebulosidade em torno de si.

Em 1962, o astrónomo australiano Cyryl Hazard obteve uma posição muito precisa da brilhante fonte de rádio 3C273 observando a sua ocultação pela Lua com o grande radiotelescópio de 64 metros de diâmetro que se completou no ano anterior em Parkes (Austrália). Graças a essa posição, foi possível identificar a 3C273 com uma débil estrela (de magnitude 13) que, similarmente ao que ocorria com 3C48, tinha como única peculiaridade uma ténue nebulosidade no seu ambiente.

Maarten Schmidt nasceu em Groningen (Países Baixos) em 1929 e obteve a sua tese doutoral no Observatório de Leiden em 1956. Três anos depois chegou à Califórnia Institute of Technologie (CalTech) onde começou estudando a dinâmica das galáxias. Utilizou com frequência o telescópio reflector Hale do Monte Palomar. Schmidt foi director do departamento de CalTech entre 1972 e 1975 e director dos Observatórios Hale entre 1978 e 1980. Em anos mais recentes dedicou-se à observação de fontes de raios X e gama e das suas contrapartidas no óptico.

Distâncias cosmológicas
Com o telescópio Hale, Maarten Schmidt tornou os espectros de vários objectos do catálogo 3C, entre eles 3C273, e no princípio não compreendeu a estrutura das linhas visíveis no espectro. Com efeito, o espectro apresentava quatro linhas que recordavam vagamente as linhas do Hidrogénio, mas as suas frequências eram completamente diferentes. Schmidt calculou que a velocidade corresponderia a essa estrela se as linhas fossem realmente as do Hidrogénio mas alteradas pelo efeito Doppler (ocasionado pelo seu possível movimento relativo à Terra). Concluiu assim, que a velocidade correspondente era de uns ¡40.000 km/s!

Os deslocamentos Doppler medidos nas estrelas da nossa Galáxia são insignificantes, de maneira que o deslocamento medido em 3C273 indicava claramente que se tratava de um objecto extra galáctico. Utilizando a lei de Hubble para avaliar a distância de 3C273 a partir da sua velocidade, Schmidt estimou que este objecte se encontrava à incrível distância de 2.500 milhões de anos-luz. E encontrava-se a tal distância, que para poder explicar o seu brilho aparente, 3C273 necessitava de ter uma enorme luminosidade, umas quarenta vezes maior que uma galáxia normal. Em resumo, 3C273 parecia ser uma enorme galáxia nos confins do universo.

Schmidt repetiu as suas medidas com o objecto 3C48 chegando a conclusões parecidas ou incluso mais extremas. Encontrou que este devia encontrar-se a unos 4.000 milhões de anos-luz e o que ainda parecia mais incrível é que tal objecto, ao igual que Cygnus A, variava com o tempo.

Em 1964, os objectos como 3C273 y 3C48, que distavam muito de ser estrelas, foram denominados 'Quasi-Stellar-Objects' por Hong Yee Chiu, um físico da Universidade de Princeton. Este término foi logo abreviado pelos astrónomos para formar o de quasar.

A energia dos buracos negros
Desde que Schmidt identificou os primeiros quasares em 1963, catalogaram-se vários milhares. Sabemos hoje que um quasar é uma grande galáxia que contém um buraco negro super massivo (de até vários milhares de milhões de massas solares) no seu centro. O buraco negro está rodeado por um disco de crescimento que o alimenta e que cria uns jactos de matéria que se projectam de maneira bipolar até ao espaço com velocidades próximas à velocidade da luz. Devido a estas velocidades extremas, os jactos podem chegar a alcançar distâncias de até vários milhares de anos-luz desde o seu lugar de origem.

Os buracos negros parecem ser habituais nos centros galácticos, o que nos leva a pensar que quiçá são um ingrediente essencial na formação e evolução das galáxias.

Curiosidades
Um objecto não pode experimentar mudanças mais rápidas que o tempo que tarda a luz em viajar entre os seus extremos. As mudanças de luminosidade são tão rápidas que observadas nos quasares implicam, seguindo esse argumento, que a fonte principal de luminosidade tem um tamanho relativamente pequeno, similar ao do nosso sistema solar, sem duvida o entorno do buraco negro super massivo que se encontra no centro do quasar.
Os quasares mais distantes conhecidos alcançam hoje deslocamentos ao roxo z ~ 7, o que corresponde à distância da ordem de 30.000 milhões de anos-luz.

Na década de 1960, nem todos os astrónomos estavam de acordo em que os quasares eram objectos muito distantes tal e como parecia indicar o seu deslocamento até ao roxo. Alguns astrónomos pensaram que, em lugar de uma origem cosmológica, o desenvolvimento ao roxo podia dever-se a um efeito gravitacional numa estrela muito massiva. Outros sugeriram que podiam ser objectos constituídos por antimatéria, etc. Mas nos anos 1970, o modelo do disco de crescimento e a sua justificação física resultou muito convincente e foi aceite pela grande maioria dos astrónomos.

O efeito de lente gravitacional predito por Einstein nos anos 1920 foi confirmado em 1979 mediante as imagens de um quasar que aparecia como duplo. Conhecem-se hoje numerosos casos de quasares amplificados por tal efeito, tanto em ondas ópticas como de rádio.

Rafael Bachiller es director del Observatorio Astronómico Nacional (Instituto Geográfico Nacional).

Imagens:
Ilustração de jactos ejectados por um quasar. NASA
O radiotelescópio de 64 m de Parkes (Austrália) Stephen Best
Maarten Schmidt. Schmidt, um holandês que emigrou para a América
O jacto do quasar 3C273 observado nos raios X pelo CHANDRA NASA, JPL
Imagem artística de um quasar NASA