Detalhes de uma "água-viva" cósmica

A cerca de 320 milhões de anos-luz de distância, uma galáxia atravessa seu aglomerado, deixando para trás filetes de gás onde novas estrelas começam a se formar.

© Hubble / ALMA (NGC 4858)

Uma imagem da galáxia NGC 4858 feita pelo telescópio espacial Hubble mostra os tentáculos estelares estendendo-se para o norte a partir do disco espiral barrado. O gás molecular frio na NGC 4858, observado pelo radiotelescópio ALMA com sua cauda interna em forma de "orelha de coelho", é mostrado em laranja.

No denso mar de galáxias que compõe o aglomerado, o gás quente no ambiente atravessa a galáxia viajante como vento, soprando seu gás sem perturbar suas estrelas. Esse tipo de galáxia é conhecido como "água-viva" devido à aparência ondulada das caudas gasosas.

Harrison Souchereau (Universidade de Yale) liderou observações usando o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), de 23 galáxias-água-viva em aglomerados próximos por meio do levantamento ALMA-JELLY. O ALMA não só consegue produzir imagens impressionantes das galáxias desmembradas, como também pode medir a velocidade do gás frio em suas caudas.

Observando a NGC 4858, uma galáxia no Aglomerado Coma, a equipe encontrou não apenas uma, mas duas caudas, chamadas de “orelhas de coelho”, que se originaram de uma colisão lateral com o vento contrário do aglomerado. Ao compreender o impacto da interação da galáxia com seu ambiente local, é esperado obter informações sobre como esses gigantes de estrelas, gás e poeira evoluem e continuam formando estrelas.

Quando as galáxias passam por um aglomerado de galáxias, muitas vezes deixam de atingir as outras galáxias. Mas o gás quente que permeia o aglomerado tem um efeito descomunal conhecido como redução da pressão de aríete. Mesmo em um dia sem vento, ao colocar a mão para fora da janela de um carro em movimento, você ainda sente um vento na mão, criado pelo seu próprio movimento, isso é pressão de aríete. 

A NGC 4858 viaja a 90.000 km/h pelo aglomerado de Coma. Foi medido brilhantes aglomerados azuis de luz estelar em suas grandes caudas de gás, indicando formação estelar recente. Como a pressão de impacto não é forte o suficiente para arrancar estrelas e gás, essas estrelas tiveram que nascer nas próprias caudas.

Para entender o impacto da pressão de aríete na galáxia sem o efeito da rotação, a equipe subtraiu a rotação da galáxia de suas observações. Isso deixou os movimentos no gás devido apenas à pressão de aríete. Estranhamente, a equipe descobriu que o gás na base da cauda estava se movendo na direção oposta ao que eles esperavam. Acredita-se que o gás pode, na verdade, ser um vento galáctico que agora está caindo de volta para o disco. A pressão de aríete primeiro empurra o gás para fora ao longo do lado do disco que está girando com o vento, onde pode ser removido com muito mais facilidade. Mas o gás também continua girando e, ao atingir o outro lado do disco, seu movimento vai contra a pressão do vento de impacto.

A equipe simulou galáxias em uma espécie de túnel de vento e observou um mecanismo semelhante emergir, especialmente para galáxias que atingem o vento de lado. Essa imagem pode surgir para galáxias sem qualquer tipo de estrutura espiral, mas NGC 4858 possui braços espirais fortes, sendo isso que produz as caudas em formato de orelhas de coelho.

As duas estruturas em formato de orelhas de coelho que são notadas nesta galáxia são provavelmente dois componentes inteiros de braços espirais que foram completamente removidos, e estão em diferentes estágios evolutivos. O recuo de gás frio para uma galáxia como esta nunca foi observado antes de forma tão clara e inequívoca.

Essa descoberta é apenas um dos resultados do levantamento ALMA-JELLY, que visa revelar como diferentes galáxias interagem com o ambiente cósmico mais amplo. O estudo das interações da NGC 4858 com seu ambiente fornece uma janela para algumas das condições mais extremas do Universo.

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal.

Fonte: Sky & Telescope

Estrutura cósmica colossal descoberta em aglomerado de galáxias

Astrônomos descobriram a maior nuvem conhecida de partículas energéticas ao redor de um aglomerado de galáxias, abrangendo quase 20 milhões de anos-luz.

© NASA (aglomerado de galáxias PLCK G287.0+32.9)

Esta nova imagem composta, feita com raios X do Observatório de Raios X Chandra da NASA (azul e roxo), dados de rádio do radiotelescópio MeerKAT (laranja e amarelo) e uma imagem óptica do PanSTARRS (vermelho, verde e azul), mostra o aglomerado de galáxias PLCK G287.0+32.9.

A descoberta desafia teorias antigas sobre como as partículas permanecem energizadas ao longo do tempo. Em vez de ser energizada por galáxias próximas, esta vasta região parece ser energizada por ondas de choque gigantes e turbulência que se movem através do gás quente entre as galáxias.

Localizado a cinco bilhões de anos-luz da Terra, PLCK G287.0+32.9 é um enorme aglomerado de galáxias que tem despertado o interesse dos astrônomos desde sua primeira detecção em 2011. Estudos anteriores detectaram duas relíquias brilhantes, ondas de choque gigantes que iluminaram as bordas do aglomerado. Mas eles não detectaram a vasta e tênue emissão de rádio que preenche o espaço entre elas. Novas imagens de rádio revelam que todo o aglomerado está envolto em um tênue brilho de rádio, quase 20 vezes o diâmetro da Via Láctea, sugerindo que algo muito maior e mais poderoso está em ação.

Uma nuvem de partículas energéticas deste tamanho nunca foi observada neste aglomerado de galáxias ou em qualquer outro. O detentor do recorde anterior, Abell 2255, abrange aproximadamente 16,3 milhões de anos-luz.

Nas profundezas da região central do aglomerado, a equipe detectou um halo de rádio com aproximadamente 11,4 milhões de anos-luz de diâmetro, o primeiro de seu tamanho visto em 2,4 GHz, uma frequência de rádio onde halos deste tamanho geralmente não são visíveis. As descobertas levantam questões, pois fornecem fortes evidências da presença de elétrons de raios cósmicos e campos magnéticos estendidos até a periferia dos aglomerados. No entanto, ainda não está claro como esses elétrons se aceleraram em distâncias tão grandes. Halos de rádio muito extensos são geralmente visíveis apenas em frequências mais baixas porque os elétrons que os produzem perderam energia.

A descoberta oferece aos pesquisadores uma nova maneira de estudar os campos magnéticos cósmicos, uma das principais questões sem resposta na astrofísica, que pode ajudar os cientistas a entender como os campos magnéticos moldam o Universo em escalas maiores.

Um artigo foi publicado no periódico Astronomy and Astrophysics.

Fonte: Harvard–Smithsonian Center for Astrophysics

Detectado um "carrossel" planetário

Uma nova análise de dados antigos do Kepler revelou que um sistema planetário que se pensava não ter planetas tem, na verdade, dois planetas que orbitam a sua estrela num estilo único, como um carrossel à moda antiga.

© NASA (animação que mostra a dinâmica orbital do sistema KOI-134)

O sistema KOI-134 contém dois exoplanetas que orbitam a sua estrela de uma forma peculiar em dois planos orbitais diferentes, com um planeta exibindo uma variação significativa nos tempos de trânsito. Este é o primeiro sistema do gênero a ser descoberto. 

Há mais de uma década, os cientistas usaram o telescópio espacial Kepler da NASA para observar o sistema KOI-134 e pensaram que poderia ter um planeta em órbita, mas consideraram este candidato a planeta como um falso positivo, porque os seus trânsitos (ou passagens em frente da sua estrela) não estavam alinhados como esperado. Estes trânsitos eram tão anormais que o planeta foi de fato eliminado através de um sistema automatizado como um falso positivo antes de poder ser analisado mais profundamente.

No entanto, o empenho da NASA em partilhar abertamente os dados científicos significa que os pesquisadores podem constantemente rever observações antigas para fazer novas descobertas. Neste novo estudo, foram reanalisados os dados de KOI-134 obtidos pelo Kepler e confirmaram que é um sistema com dois planetas e uma dinâmica orbital muito interessante! 

Primeiro, o planeta "falso positivo", chamado KOI-134 b, foi confirmado como sendo um planeta ameno de tamanho semelhante a Júpiter. Através desta análise, foi descoberto que a razão pela qual este planeta escapou à confirmação anterior se deve ao motivo de sofrer as chamadas variações de tempo de trânsito (VTTs), ou seja, pequenas diferenças de um planeta em torno da sua estrela que podem "adiantar" ou "atrasar" o seu trânsito porque este está sendo empurrado ou puxado pela gravidade de outro planeta, o que também foi revelado neste estudo.

Estima-se que KOI-134 b transita pela sua estrela até 20 horas mais "tarde" ou mais "cedo", o que é uma variação significativa. É tão significativa que é a razão pela qual o planeta não foi confirmado nas observações iniciais. Como estas VTTs são causadas pela interação gravitacional com outro planeta, esta descoberta também revelou um irmão planetário: KOI-134 c. Ao estudar este sistema em simulações que incluem estas VTTs, foi descoberto que KOI-134 c é um planeta ligeiramente menor do que Saturno e mais próximo da sua estrela do que KOI-134 b.

O KOI-134 c escapou anteriormente à observação porque orbita num plano orbital inclinado, um plano diferente de KOI-134 b, e esta órbita inclinada impede o planeta de transitar pela sua estrela. Os dois planos orbitais destes planetas diferem em cerca de 15 graus, também conhecido como uma inclinação mútua de 15 graus, o que é significativa. Devido à interação gravitacional entre estes dois planetas, os seus planos orbitais também se inclinam para a frente e para trás. 

Outra característica interessante deste sistema planetário é algo chamado ressonância. Estes dois planetas têm uma ressonância de 2 para 1, o que significa que no mesmo tempo que um planeta completa uma órbita, o outro completa duas órbitas. Neste caso, KOI-134 b tem um período orbital de cerca de 67 dias, o que é o dobro do período orbital de KOI-134 c, que orbita a cada 33 a 34 dias.

Entre os planos orbitais separados que se inclinam para trás e para a frente, as VTTs e a ressonância, os dois planetas orbitam a sua estrela num padrão que se assemelha a dois pôneis de madeira se movendo para cima e para baixo num carrossel tradicional.

Realmente, este é o primeiro sistema planetário compacto descoberto que não é plano, tem uma VTT muito significativa e contém planos orbitais que se inclinam para a frente e para trás. Além disso, a maioria dos sistemas planetários não tem inclinações mútuas elevadas entre pares de planetas próximos. Para além de ser uma raridade, inclinações mútuas como esta também não são medidas com frequência devido a desafios no processo de observação.

Um artigo foi publicado na revista Nature Astronomy.

Fonte: NASA

Refinando a massa do Aglomerado da Bala

O telescópio espacial James Webb focou-se recentemente no Aglomerado da Bala, fornecendo imagens altamente detalhadas que mostram uma maior abundância de galáxias extremamente tênues e distantes.

© Webb (região central do Aglomerado da Bala)

Usando as nítidas observações no infravermelho próximo desta região, os pesquisadores mapearam de forma mais completa o conteúdo dos aglomerados de galáxias em colisão. A imagem mostra a região central do Aglomerado da Bala, que é constituído por dois enormes aglomerados de galáxias. O vasto número de galáxias e estrelas em primeiro plano na imagem foi captado pelo telescópio espacial James Webb no infravermelho próximo. Os raios X brilhantes e quentes foram captados pelo observatório de raios X Chandra da NASA aparecendo em cor-de-rosa. O azul representa a matéria escura, que foi mapeada com precisão com as imagens detalhadas do Webb. 

Normalmente, o gás, a poeira, as estrelas e a matéria escura estão combinados em galáxias, mesmo quando estão ligados gravitacionalmente dentro de grupos maiores conhecidos como aglomerados de galáxias. O Aglomerado da Bala é incomum na medida em que o gás no interior do aglomerado e a matéria escura estão separados, fornecendo mais evidências a favor da matéria escura. A massa do Aglomerado da Bala foi medida com o maior conjunto de dados de lentes gravitacionais até à data, desde os núcleos dos aglomerados de galáxias até à sua periferia. As lentes gravitacionais permitem inferir a distribuição da matéria escura.

No total, a equipe mediu milhares de galáxias nas imagens do Webb para "pesar" com precisão a massa visível e invisível destes aglomerados de galáxias. Também mapearam e mediram cuidadosamente a luz coletiva emitida por estrelas que já não estão ligadas a galáxias individuais. Se estas estrelas não estiverem ligadas a galáxias, mas sim à matéria escura do aglomerado, poderá ser mais fácil determinar mais pormenores sobre a matéria invisível.

O aglomerado galáctico à esquerda tem uma área assimétrica e alongada de massa ao longo da margem esquerda da região azul, o que é uma pista que aponta para fusões anteriores nesse aglomerado. A matéria escura não emite, reflete ou absorve luz, e as descobertas indicam que a matéria escura não mostra sinais de autointeração significativa. Se a matéria escura se autointeragisse nas observações do Webb, seria visto um desvio entre as galáxias e a respectiva matéria escura. À medida que os aglomerados de galáxias colidiam, o seu gás foi arrastado e deixado para trás, o que os raios X confirmam. As observações do Webb mostram que a matéria escura continua alinhada com as galáxias, e não foi arrastada.

Embora medições anteriores com outros telescópios também tenham identificado massa invisível para além da massa das galáxias, era ainda possível que a matéria escura pudesse interagir consigo própria até certo ponto. Estas novas observações colocam limites mais fortes no comportamento das partículas de matéria escura. Os novos aglomerados estranhos e a linha alongada de massa que foi identificado podem significar que o Aglomerado da Bala foi produzido por mais do que uma colisão de aglomerados de galáxias há bilhões de anos.

O aglomerado maior, que agora se situa à esquerda, pode ter sofrido uma pequena colisão antes de embater no aglomerado de galáxias agora à direita. O mesmo aglomerado maior pode também ter sofrido depois uma interação violenta, causando um abalo adicional do seu conteúdo.

Num futuro próximo, os pesquisadores terão também imagens expansivas no infravermelho próximo pelo telescópio espacial Nancy Grace Roman da NASA, que deverá ser lançado em maio de 2027. Com este telescópio serão obtidas estimativas completas da massa de todo o Aglomerado da Bala, o que permitirá recriar a colisão real em computadores. O Aglomerado da Bala encontra-se na direção da constelação de Quilha, a 3,8 bilhões de anos-luz da Terra.

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: Space Telescope Science Institute

Uma galáxia espiral e um aglomerado estelar aberto

A galáxia espiral NGC 6946 e o aglomerado estelar aberto NGC 6939 compartilham este instantâneo cósmico, composto por mais de 68 horas de dados de imagem captados com um pequeno telescópio no planeta Terra.

© Alberto Pisabarro (NGC 6946 & NGC 6939)

O campo de visão abrange cerca de 1 grau ou 2 luas cheias no céu em direção à constelação do norte de Cefeu. Vistas através de tênues nuvens de poeira interestelar perto do plano da nossa galáxia, a Via Láctea, as estrelas do aglomerado aberto NGC 6939 estão a 5.600 anos-luz de distância, perto do canto inferior direito da imagem. Ele foi descoberto pelo astrônomo William Herschel em 1798.

A galáxia espiral NGC 6946 está no canto superior esquerdo, mas fica a cerca de 22 milhões de anos-luz de distância. Ela também foi descoberta no mesmo ano em 7 de Setembro por William Herschel. Nos últimos 100 anos, 10 supernovas foram descobertas em NGC 6946, a última vista em 2017. Em comparação, a taxa média de supernovas na Via Láctea é de cerca de 1 a cada 100 anos. Por isso, a NGC 6946 também é conhecida como Galáxia dos Fogos de Artifício.

Fonte: NASA

Nova imagem mostra os restos de uma estrela destruída

Pela primeira vez, os astrônomos obtiveram provas visuais de que uma estrela encontrou o seu fim ao detonar duas vezes.

© ESO (restos da supernova SNR 0509-67.5)

Ao estudarem os restos com centenas de anos de idade da supernova SNR 0509-67.5, com o auxílio do Very Large Telescope (VLT) do Observatório Europeu do Sul (ESO), os cientistas encontraram padrões que confirmam que a estrela que lhe deu origem sofreu um par de explosões. 

Esta descoberta elucida algumas das explosões mais importantes do Universo. A maior parte das supernovas têm origem na morte explosiva de estrelas massivas, contudo existe um tipo que supernova que tem origem em estrelas mais modestas. As anãs brancas, pequenos núcleos inativos que restam depois de estrelas como o nosso Sol queimarem o seu combustível nuclear, podem dar origem a uma supernova de Tipo Ia.

Grande parte do nosso conhecimento sobre a forma como o Universo se expande assenta em supernovas de Tipo Ia, as quais são também a principal fonte de ferro do nosso planeta, incluindo o ferro que temos no sangue. No entanto, e apesar da sua importância, o mistério de longa data do mecanismo exato que desencadeia a sua explosão continua por resolver. 

Todos os modelos que explicam as supernovas de Tipo Ia têm uma anã branca como uma das componentes num binário de estrelas. Se orbitar suficientemente perto da outra estrela do par, a anã branca pode roubar material à sua companheira. Segundo a teoria mais aceita sobre a origem das supernovas de Tipo Ia, a anã branca acumula matéria da sua companheira até atingir uma massa crítica, momento em que sofre uma única explosão. No entanto, estudos recentes sugerem que, pelo menos, algumas supernovas de Tipo Ia explicam-se melhor por uma dupla explosão desencadeada antes de a estrela atingir essa massa crítica. 

Os astrônomos obtiveram agora uma imagem nova que prova que esta hipótese estava correta: pelo menos algumas supernovas de Tipo Ia explodem por meio de um mecanismo de dupla detonação. Neste modelo alternativo, a anã branca acumula em torno de si um manto de hélio capturado de sua companheira, que pode tornar-se instável e incendiar-se. A primeira explosão gera uma onda de choque que se desloca em torno e para o interior da anã branca, gerando uma segunda detonação no núcleo da estrela e acabando por dar origem à supernova.

Até agora, não existiam provas visuais claras de uma dupla detonação numa anã branca. Recentemente, os astrônomos previram que este processo criaria um padrão distinto, ou uma impressão digital, nos restos ainda brilhantes da supernova, que seria visível muito depois da explosão inicial. A teoria sugere que os restos de uma supernova deste tipo conteriam duas conchas de cálcio separadas. Os astrônomos descobriram agora estas estruturas nos restos de uma supernova.

Estes resultados são uma indicação clara de que as anãs brancas podem explodir muito antes de atingirem o famoso limite de massa de Chandrasekhar, e que o mecanismo de dupla detonação ocorre de fato na natureza.

Com o auxílio do instrumento MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer) montado no VLT, a equipe detectou camadas de cálcio (em azul na imagem) nos restos da supernova SNR 0509-67.5, uma evidência clara de que uma supernova de Tipo Ia pode ocorrer antes da sua anã branca progenitora atingir a massa crítica.

As supernovas de Tipo Ia são fundamentais para compreendermos o Universo, já que se comportam de forma muito consistente e o seu brilho, que podemos prever uma vez que não depende da distância a que se encontram, ajuda na medida de distâncias no espaço. Utilizando-as como uma régua cósmica, os astrônomos descobriram a expansão acelerada do Universo, uma descoberta que mereceu o Prêmio Nobel da Física de 2011. Estudar a forma como estes objetos explodem ajuda-nos a compreender melhor por que razão o seu brilho pode ser tão bem previsto.

Este trabalho de pesquisa foi descrito num artigo que será publicado na revista Nature Astronomy.

Fonte: ESO