NextPrevious Contents


OPINIÃO

João Luiz Kohl Moreira

12-19/11/01


Quasares

Esta é uma das questões recorrentes na seção ``Pergunte ao Astrônomo'', em nossa homepage: as pessoas querem saber o que são quasares. De fato, trata-se de um nome estranho, mais um desses que povoam a astronomia e tanto encantam quanto suscitam a imaginação das pessoas. Não é à toa, afinal, a própria história dos quasares é interessante. Ela está intimamente associada à aparição de uma nova técnica observacional, a rádio-astronomia.

A rádio-astronomia começou a se desenvolver com a aparição dos radares (não pense que o nome ``quasar'' deriva de ``radar''). Grandes antenas parabólicas foram construidas na Segunda Grande Guerra com o fim de perscrutar os céus atrás de aeronaves inimigas. Tanto quanto a capacidade de orientar-se em qualquer azimute, as antenas podiam ser direcionadas para qualquer altura a partir do horizonte. Esses graus de liberdade compõem as coordenadas astronômicas locais e uma pequena adaptação nos motores de controle permitiram criar os movimentos de acompanhamento do movimento diuturno das estrelas devido à rotação da terra. Estava pronto o rádio-telescópio.

Vários foram os objetos observados. Compunham-se de nebulosas e estrelas, todas com o seu objeto equivalente no espectro visível determinado. Tal identificação - o objeto no espectro visível, equivalente ao detectado em ondas de rádio - não é tão simples assim. A razão da dificuldade é que a resolução espacial dos ``rádio-objetos'' é sofrível. Ao contrário do espectro visível, em que qualquer telescópio de 1m de diâmetro e abertura f/8 é o suficiente para determinar a posição de objetos estelares com grande precisão, a região espectral do rádio apresenta a dificuldade de ser muito difícil definir uma região minimamente precisa no céu. Esta limitação tem a ver com o comprimento de onda nessa faixa. É preciso se ter um telescópio de dimensões bíblicas para definirmos uma região com a precisão a contento. A forma atual para resolver esse problema é a instalação de várias antenas alinhadas de maneira a fazer uma ``linha de base''. Na direção da linha de base a resolução espacial é excelente. Entre os centros mais conhecidos destaca-se o VLA, Very Large Array, no estado do Novo México, EUA, local em que a personagem de Jody Foster ``detecta'' a primeira transmissão extraterrena, no filme ``Contato''. Outra solução é a adoção de grandes antenas parabólicas, como é o caso do grande telescópio de Arecibo, em Porto Rico. Mesmo de dimensões gigantescas (abertura de 150m), tal telescópio ainda possue limitação quanto à resolução espacial, não podendo operar a contento em comprimentos de onda superiores a 21cm.

Entre os objetos descobertos com a rádio-astronomia, um tinha características especiais. Inicialmente eram chamados de ``rádio-estrelas'', pois a contrapartida ótica desses objetos eram, ou muito pouco brilhantes, ou inexistentes. A idéia original era que tais objetos seriam as tais ``quase estrelas'', ou que não tinham massa suficiente para entrar em atividade estelar, queimando hidrogênio e desenvolvendo o ciclo de carbono; ou que ainda estavam para entrar na fase ``produtiva''. Tais objetos, isto é, aqueles que ainda não entraram em atividade, hoje em dia, são chamados de estrelas ``pré seqüência principal''. Tal designação tem origem na ``teoria da evolução estelar'', que possui a capacidade de descrever com razoável precisão esse tema. Na época, década de 50, tal teoria não estava muito avançada e a designação desses objetos ``quase estelares'' passou a ser, nessa mania dos americanos de construirem o que eu chamaria de ``siglas'', ou o que eles chamam de shortcut, um ``QUASAR'', ou ``QUASi-stellAR'' object.

Para identificar a primeira fonte ``óptica'' que equivalia a um quasar, o inglês Cyril Hazard teve a idéia de observar a ocultação de um deles pela lua. Sua idéia consistia no seguinte: coloca-se a antena na direção do quasar. Sabe-se que o dito objeto está em uma ``região'' no céu, mas não se sabe precisar exatemente onde ele está. Espera-se a lua atravessar a região apontada. No instante em que houver um corte de sinal, vindo, presumidamente do quasar, será aquele instante em que a lua ocultou o quasar. De posse desse dado, procuramos nas previsões de ocultação da lua, qual objeto óptico, isto é, o objeto identificado na faixa do visível, que estava previsto ser ocultado naquele mesmo instante. Assim, identificamos exatamente, qual objeto é associado ao quasar.

Para a observação, Hazard descobriu que um quasar, o ``3C 273'' iria ser ocultado pela lua exatamente na região do Parkes Radio Telescope, na Austrália. O Dr. Hazard pediu tempo para observar aos australianos e o tempo lhe foi dado. Somente que o nosso amigo, pegou o trem errado em Sidney e foi parar no lado oposto da Austrália (astrônomo também se engana). Sabendo disso, o diretor do observatório, Dr. John Bolton, encarregou-se de observar pelo Dr. Hazard. No entanto, o Dr. Bolton percebeu que a ocultação se daria numa direção que tinha uma árvore se interpondo entre a antena e quasar. De serra elétrica em punho, Dr. Bolton pôs-se a podar, desesperadamente a árvore. Essa ação colocaria um astrônomo brasileiro em dificuldades com o IBAMA. Agressões à natureza à parte, o Dr. Bolton notou que ainda não era o suficiente, pois tinha um tronco na frente. Então o bravo rádio-astrônomo pôs-se a deslocar, com auxílio de alavancas e pessoal local, as dezenas de toneladas da antena. Por fim, o esforço foi recompensado. Os australianos observaram a ocultação e identificou-se a fonte óptica do quasar, pela primeira vez na história.

E assim ficou o nome QUASAR, associado com os objetos ``QUASe estelARes''. Eram observadas variações no brilho dos quasares. Tais variações eram da ordem de semanas. Nada mais simples do que explicar tais variações como interações com material circundante, etc, etc. Todo mundo ficou feliz, até que Allan Sandage e Thomas Matthews tiraram um espectro de um quasar.

E foi o fim da felicidade. O espectro do quasar era muito estranho. Não tinha nada a ver com qualquer coisa observada anteriormente. Apesar de ser considerado um objeto pré-estelar ou, enfim, nem estrela era, seu espectro indicava uma atividade e uma natureza para lá de intrincada. Linhas de emissão de elementos desconhecidos, uma incrível quantidade de linhas de absorção, também de elementos completamente ignorados, os quasares não tinham nada de simples. Pelo contrário, desde que já se tinha bem conhecida a Tabela Periódica dos Elementos, os físicos e químicos sabiam que havia pouco espaço para espectros desconhecidos. Eram muito estranhos esses quasares.

O mistério perdurou até que Marteen Schmidt, no observatório do Monte Palomar, em 1963, tirou um espectro de um quasar e lhe ocorreu que as misteriosas linhas de emissão tratavam-se das tão simplesmente linhas dos primeiros níveis do hidrogênio. Tudo batia, só que as linhas estavam deslocadas! Tão deslocadas que da região do ultra-violeta, onde se observa tais linhas do hidrogênio em repouso, elas foram parar na região do rádio! E como é que elas se deslocaram de tanto? Só podia ser pelo efeito Doppler. Se isso era verdade, esses objetos não eram parte de nossa galáxia e sim, estavam tão distantes, a velocidade de afastamento era tão grande, que eles só podiam estar nos confins do universo observável! Só para se ter uma idéia, a velocidade de afastamento do quasar 3C 273 é de quase 50 mil km/s! E esse é um dos quasares mais próximos que se conhece. Fica a 2,2 bilhões de anos luz. E tinha mais. A julgar pela distancia em que se encontravam, os quasares emitiam uma radiação equivalente a dezenas de galáxias reunidas! Sabendo disso, e sabendo que os objetos ópticos associados eram pontuais e que a variabilidade de tais quasares serem de períodos de minutos a de semanas, concluiu-se que tal energia era toda emitida a partir de uma região muito pequena no espaço ocupado pelos quasares. Como um objeto tão pequeno era capaz de emitir tanta radiação?

As observações se seguiram à medida que os equipamentos de observação, os rádio telescópios, as antenas de longuíssima base foram se multiplicando e oferecendo dados cada vez mais precisos. A tal ponto que foram observadas variações intensas de briloho e ``jatos'' advindos dos centros desses quasares. A variabilidade desses jatos eram da ordem de semanas, sugerindo uma intensa atividade em regiões relativamente pequenas do espaço. Recentemente, para reforçar essa condição, o telescópio espacial Hubble observou indícios de galáxias circundando alguns quasares. Essas ``galáxias'' não demonstram sinais de serem afetadas, de alguma forma, por essa frenética atividade central, o que nos dá a entender que os fenômenos são recentes e de curta duração, de maneira a não permitir que o espaço vizinho dê sinais de reação. Os dados são tão impressionantes que alguns se negam a acreditar que tais objetos sejam extragaláticos. No entanto, enquanto criticam a posição da ciência ``oficial'', nada oferecem como alternativa. Tal corrente prefere criticar apenas. E não se constroi teorica apenas com críticas.

Uma teoria vingou durante um tempo, na falta de melhor. Colocou-se em dúvida se os quasares fariam parte de uma classe de objetos que não obedecem a lei de Hubble (ver o artigo A Expansão do Universo) e possuem uma velocidade de afastamento muito superior ao determinado pela lei da expansão do universo para a distância em que se encontram. É como se os quasares fizessem parte de um tipo de matéria que teria sido acelerada muito além do resto. Embora possível, essa teoria é difícil de engolir, pois uma vez que tal fato seja aceito, deveremos entender o porque dessa aceleração e, afinal, buscar outras evidências da origem dessa aceleração anômala.

Foi Yakov Zeldovich, um russo insuportável, dizem (não seria o único entre os cientistas), quem propôs a teoria mais aceita até hoje. Um quasar seria o centro ativo de uma ``protogaláxia'' pela ativação de um buraco negro através de queda de matéria sobre ele. A teoria do buraco negro evoluiu muito. Os físicos foram capazes de compreender o que se passa na região vizinha desses objetos e entenderam a enorme quantidade de energia que um tal corpo é capaz de produzir. Com a idéia de Zeldovich, os físicos foram capazes de descobrir que um buraco negro de massa estupendamente grande produziria os fenômenos observados nos quasares. A idéia é engenhosa. Imaginemos que uma galáxia esteja no início de sua atividade. A matéria ali existente ainda não se encontra em estados de movimento estáveis. Por isso, estrelas podem se chocar com outras e interagirem umas com as outras de maneira a produzir pertubações nos seus movimentos, dando margem a que um grande número delas cruzem uma região próxima ao buraco negro conhecida como ``limite de Roche'', que define que todo objeto que penetre o espaço além deste ponto é totalmente desintegrado. A matéria resultante, então, é aquecida a enormes temperaturas e parte dela é ejetada na direção do eixo de rotação do buraco negro a velocidades próximas à da luz gerando os jatos observados. Eletrons são acelerados em um campo magnético produzindo a chamada radiação síncroton, que também é observada.

A teoria do buraco negro entusiasmou a comunidade científica muito embora existam algumas dificuldades. Uma delas é que não se conhece mecanismo no universo capaz de se criar um buraco negro de massa de tal magnitude: equivalente a quase 10 bilhões de sóis. No entanto, a idéia de que cada galáxia seria o ninho de um buraco negro em seu centro seduz muita gente. Se hoje, não observamos a atividade de quasar no centro de nossa própria galáxia é porque este buraco negro é dito ``adormecido'', isto é, estatisticamente a matéria que devia cair no buraco negro já foi toda consumida, restando um estado de equilíbrio onde todas as estrelas e objetos estão em órbitas estáveis, sem perigo de cruzar o limite de Roche. Assim, não havendo matéria para consumir, o buraco negro não se manifesta, pois, sabemos todos nós que não existe radiação que escape da superfície de um buraco negro.

Essa idéia de para cada galáxia, um buraco negro no centro, encontra reforço nos chamados ``flares'' de galáxias próximas. Algumas galáxias vizinhas, como a M87, tiveram seu centro ``espocado'' por intensa radiação em passado recente, perto de 1987. A explicação para isso é que uma estrela desavisada tenha caído nas garras do buraco negro central, como uma inocente mosquinha caindo nos eletrodos de uma dessas luminárias próprias para caçar inseto. Nesse projeto está engajada nossa colega Dr. Thaisa S. Bergman, da Univ. Fed. do Rio Grande do Sul.

Embora com quase toda a teoria fechada, existem vozes discordantes. Uma delas é a do Dr. Roberto Terlevich, um astrônomo argentino radicado na Inglaterra. Para ele, a semelhança do espectro de um quasar com o de uma supernova é grande demais para ser ignorado. Partindo deste ponto e do fato que ninguém é capaz de propor um mecanismo para a criação de buraco negro tão grande, Terlevich defende a idéia de que os quasares seriam ``protogaláxias'' com uma enorme atividade de supernovas. Essa teoria também é plausível pois as teorias de formação de galáxias prevêem a existências de uma grande quantidade de estrelas muito massivas, cuja propriedade principal é possuirem tempo de vida curto, terminando por explodir em uma supernova em um período relativamente curto. A eclosão de uma supernova, ou algumas delas em curto espaço de tempo seria o suficiente para gerar uma sucessão de supernovas como rastros de dinamites ligadas por uma só espoleta. O resultado seria essa atividade extraordinariamente grande. Embora mais palatável pois prescinde da existência de um buraco negro gigante no interior, a teoria de Terlevich encontra dificuldades justamente nos pontos onde a adoção do buraco negro consegue explicar com facilidade: os famosos jatos observados nos quasares, seriam uma improvável conspiração cósmica, com o alinhamento do campo magnético de todas as estrelas dando origem às supernovas. A variabilidade de curta duração exigiria o confinamento das supernovas a uma região pequena demais para concentrar tanta massa.

Subclasses de quasares foram incorporadas com o tempo a essa família de estranhos objetos. Existem as Galáxias de Núcleo Ativo, de sigla, em inglês, AGN. Esses são objetos que podemos delimitar suas dimensões e sua semelhança com as galáxias, como as conhecemos. Possuem, no entanto, núcleos que se comportam como quasares. Esses são considerados quasares em que as galáxias já tiveram tempo para se formar e que somos capazes de delimitá-las, dada a sua maior proximidade. Existem, também, os ``Blazars'' que seriam quasares que, por acaso, possuem o jato apontado para nossa direção, gerando um tipo de comportamento ainda mais estranho. Alguns autores costumam denominar todos esses objetos de ``QSO'', que em inglês, é a sigla de ``objetos quase estelares''.

Para jogar ainda mais lenha na fogueira, o telescópio espacial Hubble observou quasares bastante distantes, no coração da colisão entre duas galáxias gigantes. Então se isso acontece para todos, a teoria toda muda. Até agora, partiu-se da situação de atividade simples. Com colisão, essa atividade poderia ser iniciada por este processo violento, etc, etc.

Como vemos, a última palavra a respeito ainda não foi dada.