LOFAR revela as causas dos ORCs de cabeça dupla

Novo levantamento do LOFAR revela raros Círculos de Rádio Estranhos (ORCs) de cabeça dupla no espaço profundo

Círculos de Rádio Estranhos (ORCs) são causados por diversos mecanismos possíveis, incluindo ondas de choque da fusão de buracos negros supermassivos, formação estelar intensa criando superventos ou jatos de núcleos galácticos ativos vistos de frente. Descobertas recentes do LOFAR Two Metre Sky Survey (LoTSS) revelam que ORCs de cabeça dupla, caracterizados por anéis gêmeos que se cruzam, provavelmente resultam de jatos de rádio bipolares interagindo com o plasma circundante em aglomerados de galáxias. Esta descoberta, liderada pelos pesquisadores M. Brüggen, F. de Gasperin e G. Di Gennaro, expande significativamente nossa compreensão dessas raras estruturas de rádio com bordas brilhantes.

O mistério crescente dos Círculos de Rádio Estranhos (ORCs) começou em 2019, quando essas estruturas massivas em forma de anel foram detectadas pela primeira vez, intrigando astrônomos com sua simetria circular e a falta de contrapartidas ópticas óbvias na época. Esses fenômenos geralmente abrangem aproximadamente 1 arcminuto no céu, uma escala que representa centenas de quiloparsecs nas distâncias cosmológicas onde são encontrados. Até o advento de levantamentos de alta sensibilidade e baixa frequência como o LOFAR, essas estruturas permaneciam ocultas devido ao seu baixo brilho superficial e às faixas de frequência específicas necessárias para resolver suas emissões fracas e difusas.

O que causa ORCs de cabeça única e dupla nos levantamentos do LOFAR?

ORCs de cabeça única são produzidos por eventos energéticos em escala galáctica, como choques de terminação de ventos galácticos ou remanescentes de explosões antigas dentro de galáxias massivas. Em contraste, acredita-se que os ORCs de cabeça dupla, que apresentam morfologias complexas de anéis gêmeos, sejam o resultado de jatos de plasma magnetizado relativísticos emanando em direções opostas de um buraco negro supermassivo central. Esses jatos interagem com o ambiente local para formar estruturas simétricas com bordas brilhantes que aparecem como anéis sobrepostos ou adjacentes em comprimentos de onda de rádio.

A metodologia empregada por M. Brüggen e colegas envolveu uma análise sofisticada dos dados do LOFAR Two Metre Sky Survey (LoTSS) data release 3 (DR3) em 144 MHz. Para navegar pelos milhões de fontes de rádio presentes no catálogo, a equipe utilizou uma combinação de filtragem automatizada de parâmetros e inspeção visual manual rigorosa. Essa abordagem híbrida permitiu isolar 18 fontes distintas com estruturas do tipo ORC, incluindo cinco novos ORCs de cabeça única e duas descobertas de cabeça dupla inteiramente novas. Ao cruzar essas descobertas com dados de rádio em 54 MHz e 1400 MHz, os pesquisadores conseguiram derivar métricas críticas, como índices espectrais e dimensões físicas.

Os ORCs estão associados a galáxias elípticas?

Os Círculos de Rádio Estranhos (ORCs) estão associados a grandes galáxias elípticas na vasta maioria dos casos observados, as quais normalmente ocupam o centro geométrico dos anéis de rádio. Embora levantamentos anteriores fossem inconclusivos quanto à morfologia da galáxia hospedeira, os dados de alta resolução do levantamento LOFAR confirmam que essas elípticas massivas servem como as "âncoras galácticas" para o fenômeno. A presença dessas galáxias hospedeiras específicas sugere que os processos energéticos necessários para criar um ORC — como a atividade de um grande buraco negro — são intrínsecos à evolução das galáxias mais massivas do universo.

Dados de redshift derivados dessas contrapartidas ópticas permitiram que a equipe de pesquisa estimasse o tamanho físico dessas estruturas com mais precisão do que nunca. O estudo encontrou uma correlação notável entre o tamanho físico dos Círculos de Rádio Estranhos (ORCs) e seu índice espectral integrado; especificamente, ORCs menores parecem evitar espectros de rádio íngremes. Essa heterogeneidade sugere que a população de ORCs pode be mais diversa do que se suspeitava anteriormente, consistindo em múltiplos subtipos formados por diferentes condições ambientais ou estágios de evolução galáctica. Os pesquisadores observaram que identificar a galáxia hospedeira é um passo crítico para determinar se o anel é uma casca esférica ou um disco projetado.

Como os ORCs se relacionam com jatos de buracos negros supermassivos?

Os ORCs estão diretamente relacionados aos jatos de buracos negros supermassivos, que atuam como o motor principal para propelir plasma magnetizado para o meio intergaláctico. Esses jatos relativísticos criam uma pressão enorme ao atingirem o plasma térmico circundante de um aglomerado de galáxias, resultando em um choque de terminação que se manifesta como um anel circular com bordas brilhantes. Essa relação posiciona os ORCs como um registro visual dos intensos ciclos de feedback entre um buraco negro supermassivo e seu ambiente hospedeiro ao longo de milhões de anos.

As implicações desta pesquisa são profundas para o campo da radioastronomia extragaláctica, pois desafiam as teorias atuais sobre os modelos de origem por "onda de choque" versus "jato". Embora os ORCs de cabeça única pudessem potencialmente ser explicados por uma única onda de choque esférica de uma fusão, os ORCs de cabeça dupla identificados nos dados do LoTSS DR3 exigem um mecanismo de produção mais complexo. A simetria observada nesses anéis gêmeos apoia fortemente o modelo de jato bipolar, onde a energia é canalizada ao longo de um eixo em vez de se expandir uniformemente em todas as direções. Isso sugere que alguns ORCs podem ser, essencialmente, galáxias de rádio tradicionais visualizadas de uma orientação específica que enfatiza suas seções transversais circulares.

Olhando para o futuro, a pesquisa sobre os Círculos de Rádio Estranhos (ORCs) dependerá de levantamentos ainda mais profundos e de maior resolução. O trabalho da equipe na expansão da população conhecida para incluir 18 fontes fornece uma base estatística muito necessária para modelagens futuras. Espera-se que instalações de próxima geração, como o Square Kilometre Array (SKA), descubram milhares dessas estruturas, permitindo que os astrônomos observem as fases de transição da formação de ORCs. À medida que a resolução melhora, a comunidade científica poderá finalmente resolver se esses anéis cósmicos são características comuns de todas as galáxias massivas ou relíquias raras dos eventos mais violentos do universo.

• Total de estruturas ORC identificadas: 18
• ORCs de cabeça dupla encontrados: 4 (incluindo 2 novas descobertas)
• Novos ORCs de cabeça única: 5
• Frequência do levantamento: 144 MHz (LoTSS DR3)
• Tipo principal de hospedeira: Galáxias elípticas massivas