Quasares: Faróis do Cosmos Distante

Um Universo Iluminado por seus Núcleos Mais Violentos

Descoberta e Potência dos Quasares

Os quasares (do inglês "quasi-stellar radio source") estão entre os objetos mais brilhantes e energéticos do Universo conhecido. Descobertos no início da década de 1960 por Maarten Schmidt (1929-2022), eles emitem radiação capaz de rivalizar com a luz de centenas de galáxias inteiras. Sua potência decorre da acréscimo de matéria em um buraco negro supermassivo localizado no centro de uma galáxia ativa.

Natureza Física de um Quasar

Um quasar não é nem um simples buraco negro nem uma galáxia. É um estado de atividade do núcleo galáctico, não um tipo de objeto isolado. O quasar designa o fenômeno de atividade extrema observado no centro de certas galáxias, não o objeto material em si.

Conclusão Física

O buraco negro é o motor energético, o quasar o fenômeno observável produzido por esse motor, e a galáxia hospedeira o quadro gravitacional que contém todo o sistema.

Luminosidade e Energia

A luminosidade total de um quasar pode atingir \( L \approx 10^{40}\ \mathrm{W} \), cerca de \(10^{13}\) vezes a do Sol. Tal energia só pode ser gerada por um mecanismo gravitacional eficiente. A conversão de massa em energia segue a equação relativística \(\,E = \eta m c^2\,\), onde \(\eta\) representa a eficiência, geralmente entre 0,1 e 0,4 em um disco de acreção relativista.

Nota:
Uma galáxia ativa possui um núcleo extremamente brilhante alimentado pelo acréscimo de gás em um buraco negro supermassivo. Essa energia, da ordem de \(10^{39}\) a \(10^{41}\ \mathrm{W}\), descrita por \(\,E = \eta m c^2\,\) com \(\eta \approx 0,1\), torna os AGN as fontes mais poderosas do Universo observável.

Distâncias Extremas e Alto Desvio para o Vermelho

Os quasares estão localizados a distâncias cosmológicas consideráveis, às vezes superiores a 12 bilhões de anos-luz. Seus espectros apresentam alto redshift (\(z > 6\)), indicando emissão ocorrida quando o Universo tinha apenas uma fração da idade atual.

Essas medições permitem aos astrofísicos estudar a época da reionização cósmica, ou seja, a transição do Universo de um estado neutro para ionizado. Os quasares, iluminando o meio intergaláctico, são verdadeiros marcos temporais na formação de estruturas cósmicas.

Redshift e Distâncias de Quasares

Física da Acreção e Jatos Relativísticos

Ao redor do buraco negro central, a matéria forma um disco em rápida rotação. As forças de atrito internas convertem energia potencial gravitacional em radiação eletromagnética.

Campos magnéticos intensos canalizam parte da energia em jatos relativísticos, capazes de acelerar partículas a velocidades próximas de \(c\), a velocidade da luz. Estes jatos, observados especialmente pelo VLBA, são uma assinatura principal dos Núcleos Ativos de Galáxias (AGN).

Quasares e Evolução Galáctica

Observações sugerem que a maioria das galáxias massivas abriga um buraco negro supermassivo em seu centro. Os quasares podem representar uma fase transitória dessa evolução galáctica: quando um afluxo de gás desencadeia uma acreção rápida, o núcleo se torna deslumbrante. Uma vez esgotado o reservatório de matéria, a galáxia se estabiliza e o quasar se apaga.

A correlação observada entre a massa do buraco negro (\(M_{\mathrm{BH}}\)) e a massa do bojo galáctico (\(M_{\mathrm{bulge}}\)) sugere uma coevolução governada por feedback energético: \( M_{\mathrm{BH}} \propto M_{\mathrm{bulge}}^{1.1} \)

Tabela Comparativa: Quasares e Outros Núcleos Ativos

Fonte: NASA ADS Astrophysics Data System, Observatório Europeu Austral (ESO).