NGC 3079: BOLHAS GALÁTICAS JOGAM PIMBALL CÓSMICO COM PARTÍCULAS ENERGÉTICAS

Raio X Composto de Comprimento de Onda Óptico
A galáxia NGC 3079 contém duas "superbolhas" que se estendem por milhares de anos-luz.
Os astrônomos acreditam que essas superbubbles foram criadas por explosões de um buraco negro supermassivo ou pelos ventos de estrelas jovens.
Dados do Chandra revelam que a galáxia NGC 3079 contém um acelerador que pode criar partículas mais de cem vezes mais energéticas que o Grande Colisor de Hádrons.
Os superbubbles são vistos nesta imagem composta feita a partir dos dados Chandra (roxo e rosa) e Hubble (laranja e azul).
Nós todos sabemos que bolhas de banhos de sabão ou refrigerantes. Essas bolhas da experiência cotidiana na Terra têm até alguns centímetros de diâmetro e consistem em uma fina camada de líquido contendo um pequeno volume de ar ou outro gás. No espaço, no entanto, existem bolhas muito diferentes - compostas de um gás mais leve dentro de uma mais pesada - e podem ser enormes.
A galáxia NGC 3079, localizada a cerca de 67 milhões de anos-luz da Terra, contém dois "superbubbles" diferentes de qualquer coisa aqui no nosso planeta. Um par de regiões semelhantes a balões estende-se em lados opostos do centro da galáxia: um tem 4.900 anos-luz de diâmetro e o outro é apenas um pouco menor, com um diâmetro de cerca de 3.600 anos-luz. Por contexto, um ano-luz é de cerca de 6 trilhões de milhas, ou 9 trilhões de quilômetros.
Os superbubbles em NGC 3079 emitem luz na forma de emissão de raios X , óptica e rádio, tornando-os detectáveis ​​pelos telescópios da NASA. Nesta imagem composta, os dados de raios-X do Chandra X-ray Observatory da NASA são mostrados em dados púrpura e ópticos do Telescópio Espacial Hubble da NASA são mostrados em laranja e azul. Uma versão rotulada da imagem de raios X mostra que a superbolha superior é claramente visível, junto com indícios de emissão mais fraca da superbubble inferior.

Imagem rotulada por raios-X
Crédito: NASA / CXC / Universidade de Michigan / JT Li et al.
Novas observações do Chandra mostram que, na NGC 3079, um acelerador de partículas cósmicas produz partículas ultra-energéticas nas bordas das superbolhas. Essas partículas podem ser muito mais energéticas do que as criadas pelo Large Hadron Collider (LHC) da Europa, o mais poderoso acelerador de partículas feito pelo homem.
Os superbubbles em NGC 3079 fornecem evidências de que eles e estruturas como eles podem ser a fonte de partículas de alta energia chamadas " raios cósmicos " que regularmente bombardeiam a Terra. Ondas de choque - como as explosões sonoras causadas por planos supersônicos - associadas a estrelas explodindo podem acelerar partículas até energias 100 vezes maiores que as geradas no LHC, mas os astrônomos não estão certos de onde vêm os raios cósmicos ainda mais energéticos. Este novo resultado sugere que os superbubbles podem ser uma fonte desses raios cósmicos ultra-energéticos.
As regiões externas das bolhas geram ondas de choque à medida que se expandem e colidem com o gás circundante. Os cientistas acham que partículas carregadas se espalham ou rebatem em campos magnéticos emaranhados nessas ondas de choque, muito parecido com bolas se recuperando de pára-choques em uma máquina de pinball. Quando as partículas atravessam a frente de choque, elas são aceleradas, como se recebessem um chute da flipper de uma máquina de pinball. Essas partículas energéticas podem escapar e algumas podem eventualmente atingir a atmosfera da Terra na forma de raios cósmicos.
A quantidade de ondas de rádio ou raios X em diferentes comprimentos de onda, ou "espectro", de uma das bolhas sugere que a fonte da emissão são elétrons em espiral ao redor das linhas do campo magnético, e irradiando por um processo chamado radiação síncrotron. Esta é a primeira evidência direta de radiação síncrotron em raios X de alta energia de um superbobble do tamanho de uma galáxia, e diz aos cientistas sobre as energias máximas que os elétrons alcançaram. Não se compreende porque a emissão de síncrotron é detectada a partir de apenas uma das bolhas.
Os espectros de rádio e raios-X, juntamente com a localização da emissão de raios-X ao longo das bordas das bolhas, implicam que as partículas responsáveis ​​pela emissão de raios X devem ter sido aceleradas nas ondas de choque, porque teriam perdeu muita energia ao ser transportado do centro da galáxia.
Os superbubbles do NGC 3079 são primos mais jovens de "Fermi bubbles", primeiro localizados na galáxia Via Láctea em 2010. Os astrônomos acreditam que tais superbolhas podem se formar quando processos associados à matéria caem em um buraco negro supermassivo no centro da galáxia, o que leva ao lançamento de enormes quantidades de energia na forma de partículas e campos magnéticos. As superbubbles também podem ser esculpidas pelos ventos que fluem de um grande número de estrelas jovens e massivas.
Um artigo descrevendo esses resultados foi liderado por Jiangtao Li, da Universidade de Michigan, e aparece no The Astrophysical Journal. Também está disponível online . O Marshall Space Flight Center da NASA em Huntsville, Alabama, administra o programa Chandra para o Diretório de Missões Científicas da NASA em Washington. O Smithsonian Astrophysical Observatory, em Cambridge, Massachusetts, controla a ciência e as operações de voo do Chandra.