Uma galáxia medusa distante

Astrofísicos da Universidade de Waterloo observaram uma nova galáxia medusa, a mais distante do seu gênero alguma vez captada.

© Webb (galáxia ESO 137-001)

As galáxias medusas têm este nome devido às longas correntes, semelhantes a tentáculos, que seguem atrás delas. Movem-se rapidamente através do seu aglomerado de galáxias quente e denso, e o gás no interior do aglomerado atua como um vento forte que empurra o gás da própria galáxia medusa para trás, formando rastos. O termo técnico para este processo é "despojamento por pressão dinâmica".

Os cientistas de Waterloo encontraram esta galáxia em dados do espaço profundo captados pelo telescópio espacial James Webb. Encontra-se a z = 1,156, o que significa que a estamos vendo como era há 8,5 bilhões de anos, quando o Universo era muito mais jovem. Os dados fornecem uma visão rara sobre a forma como as galáxias se transformaram no Universo primitivo e desafiam as ideias de como o Universo teria sido nesta época.

A equipe fez a descoberta enquanto examinava o campo COSMOS (Cosmic Evolution Survey Deep field), uma zona particular do céu que muitos telescópios têm observado para estudar galáxias distantes. Os astrônomos escolheram esta zona porque está longe do plano da Via Láctea e, por isso, há pouca contaminação de estrelas e poeiras de nossa galáxia. Situa-se numa região do céu visível tanto do hemisfério norte como do hemisfério sul e não tem objetos brilhantes em primeiro plano, fornecendo uma visão desobstruída do Universo distante.

Esta galáxia medusa descoberta tem um disco galáctico de aspecto normal e nós azuis brilhantes nos seus rastros, que são estrelas muito jovens. A idade das estrelas sugere que foram formadas fora da galáxia principal, nos trechos de gás despojado, o que é de esperar numa galáxia desta natureza.

A informação recolhida através do estudo desta galáxia desafiou algumas crenças anteriores sobre o que estava acontecendo no espaço profundo naquele momento. Os cientistas acreditavam que os aglomerados de galáxias ainda estavam se formando e que o despojamento por pressão dinâmica era incomum.

Os pesquisadores fizeram três descobertas adicionais que podem mudar a forma como compreendemos o Universo. A primeira é que os ambientes dos aglomerados já eram suficientemente severos para despojar as galáxias, e a segunda é que os aglomerados de galáxias podem alterar fortemente as propriedades das galáxias mais cedo do que o esperado. Outra é que todos os desafios enumerados podem ter contribuído para criar a grande população de galáxias mortas que vemos atualmente nos aglomerados de galáxias. Estes dados fornecem uma visão rara sobre a forma como as galáxias se transformaram no Universo primitivo.

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal.

Fonte: University of Waterloo

Mapeamento da atmosfera superior de Urano

Pela primeira vez, uma equipe internacional de astrônomos mapeou a estrutura vertical da atmosfera superior de Urano, descobrindo como a temperatura e as partículas carregadas variam com a altura no planeta.

© Webb (atmosfera superior de Urano)

Utilizando o instrumento NIRSpec do telescópio espacial James Webb, a equipe observou Urano durante quase uma rotação completa, detectando o brilho tenue das moléculas acima das nuvens.

Os resultados oferecem uma nova janela para a forma como os planetas gigantes gelados distribuem a energia nas suas camadas superiores. O estudo mapeou a temperatura e a densidade dos íons na atmosfera que se estende até 5.000 km acima do topo das nuvens de Urano, uma região chamada ionosfera onde a atmosfera se ioniza e interage fortemente com o campo magnético do planeta.

Estes dados únicos fornecem o retrato mais detalhado até agora de onde se formam as auroras do planeta, como são influenciadas pelo seu campo magnético incomumente inclinado e como a atmosfera de Urano tem continuado a arrefecer ao longo das últimas três décadas. As medições mostram que as temperaturas atingem o seu pico entre 3.000 e 4.000 km, enquanto as densidades iônicas atingem o seu máximo por volta dos 1.000 km, revelando claras variações longitudinais ligadas à complexa geometria do campo magnético.

A equipe mediu uma temperatura média de cerca de 426 K (cerca de 153º C), inferior aos valores registados por telescópios terrestres ou por naves espaciais anteriores. Foram detectadas duas bandas aurorais brilhantes perto dos polos magnéticos de Urano, juntamente com uma diminuição distinta da emissão e da densidade de íons em parte da região entre as duas bandas (uma característica provavelmente ligada a transições nas linhas do campo magnético).

Foram observadas regiões mais escuras semelhantes em Júpiter, onde a geometria do campo magnético controla a forma como as partículas carregadas viajam através da atmosfera superior. A magnetosfera de Urano é uma das mais estranhas do Sistema Solar. Está inclinada e deslocada do eixo de rotação do planeta, o que significa que as suas auroras varrem a superfície de formas complexas. O Webb mostrou-nos agora até que ponto esses efeitos se estendem na atmosfera. Ao revelar a estrutura vertical de Urano com tanto pormenor, o Webb está ajudando a compreender o balanço energético dos gigantes gelados. Este é um passo crucial para caracterizar os planetas gigantes localizados além do nosso Sistema Solar.

A pesquisa foi publicada na revista Geophysical Research Letters.

Fonte: ESA

Observando uma estrela se transformando num buraco negro

Os astrônomos observaram uma estrela moribunda que se transformou num buraco negro.

© Caltech (animação de estrela que colapsou formando um buraco negro)

Esta observação notável é o registo observacional mais completo alguma vez feito da transformação de uma estrela num buraco negro, permitindo aos astrônomos construir uma abrangente imagem física do processo. 

Combinando observações recentes da estrela com mais de uma década de dados de arquivo, os astrônomos confirmaram e refinaram modelos teóricos de como estrelas tão massivas se transformam em buracos negros. A equipe descobriu que a estrela não explodiu como uma supernova no final da sua vida; em vez disso, o núcleo da estrela colapsou num buraco negro, expulsando lentamente as suas camadas exteriores turbulentas no processo. A descoberta ajudará a explicar porque é que algumas estrelas massivas se transformam em buracos negros quando morrem, enquanto outras não.

A estrela agora extinta, chamada M31-2014-DS1, está localizada a cerca de 2,5 milhões de anos-luz de distância da Terra, na vizinha galáxia de Andrômeda. Os pesquisadores analisaram as medições da estrela efetuadas pelo projeto NEOWISE da NASA e por outros telescópios terrestres e espaciais durante um período que vai de 2005 a 2023. Descobriram que a luz infravermelha de M31-2014-DS1 começou a aumentar de brilho em 2014. Depois, em 2016, a estrela caiu rapidamente muito abaixo da sua luminosidade original em apenas um ano. Observações em 2022 e 2023 mostraram que a estrela desapareceu essencialmente no visível e no infravermelho próximo, tornando-se 10.000 vezes menos brilhante nestes comprimentos de onda. O seu remanescente é agora apenas detectável no infravermelho médio, onde brilha com apenas um-décimo do brilho anterior.

Comparando estas observações com previsões teóricas, os pesquisadores concluíram que o dramático desvanecimento da estrela para uma fração tão pequena do seu brilho total original constitui uma forte evidência de que o seu núcleo colapsou e se tornou um buraco negro. As estrelas fundem hidrogênio em hélio nos seus núcleos, e esse processo gera uma pressão externa para equilibrar a incessante atração interna da gravidade. Quando uma estrela massiva, cerca de 10 ou mais vezes mais massiva do que o nosso Sol, começa a ficar sem combustível, o equilíbrio entre as forças internas e externas é perturbado. A gravidade começa a colapsar a estrela, e o seu núcleo sucumbe primeiro para formar uma densa estrela de nêutrons no centro. Muitas vezes, a emissão de neutrinos neste processo gera uma poderosa onda de choque que é suficientemente explosiva para rasgar a maior parte do núcleo e das camadas exteriores numa supernova. No entanto, se a onda de choque de neutrinos não conseguir empurrar o material estelar para fora, a teoria há muito que sugere que a maior parte do material estelar cairia de novo na estrela de nêutrons, formando um buraco negro.

As observações e análises de M31-2014-DS1 permitiram à equipe reinterpretar as observações de uma estrela semelhante, NGC 6946-BH1. Isto levou a um importante avanço na compreensão do que aconteceu às camadas exteriores que envolveram a estrela depois desta não ter conseguido entrar em supernova e ter colapsado num buraco negro, devido à convecção.

A convecção é um subproduto das grandes diferenças de temperatura no interior da estrela. O material perto do centro da estrela é extremamente quente, enquanto as regiões exteriores são muito mais frias. Esta diferença faz com que os gases no interior da estrela se desloquem das regiões mais quentes para as mais frias. Quando o núcleo da estrela entra em colapso, o gás nas suas camadas exteriores continua a mover-se rapidamente devido a esta convecção.

O gás em movimento em torno deste buraco negro recém-formado continua na sua órbita caótica, mesmo quando é lentamente puxado para dentro. Assim, a lenta queda gerada pela convecção impede que a estrela inteira colapse diretamente no buraco negro recém-nascido. Em vez disso, os pesquisadores propõem que, mesmo depois do núcleo implodir, uma parte do material cai lentamente ao longo de muitas décadas. Apenas cerca de um por cento do gás do invólucro estelar original cai no buraco negro, alimentando a luz que dele emana atualmente. 

Um artigo foi publicado na revista Science.

Fonte: California Institute of Technology

Descoberto um sistema planetário atípico

Os oito planetas conhecidos podem ser classificados em dois tipos diferentes: rochosos e gasosos.

© ESA (ilustração do sistema planetário em torno da estrela LHS 1903)

Na imagem, as distâncias e os tamanhos dos planetas não estão em escala, o quarto planeta, o mais exterior, é muito menor do que os outros três exoplanetas do sistema.

Os planetas interiores que estão mais próximos do Sol, Mercúrio a Marte, são rochosos e os planetas exteriores, Júpiter a Netuno, são gasosos. Este padrão geral, em que os sistemas planetários se formam com planetas rochosos mais próximos da sua estrela, seguidos de planetas gasosos como corpos exteriores, tem sido habitualmente observado em todo o Universo. É o que as nossas atuais teorias de formação planetária preveem e o que as observações confirmaram amplamente ser verdade.

Isto foi assim até os cientistas olharem mais atentamente para o sistema planetário em torno de uma estrela chamada LHS 1903 com o satélite CHaracterising ExOPlanet Satellite (Cheops) da ESA. O que acabaram de descobrir pode modificar a nossa compreensão de como os planetas se formam.

LHS 1903 é uma pequena estrela anã M vermelha, mais fria e menos brilhante do que o nosso Sol. Thomas Wilson, da Universidade de Warwick, no Reino Unido, e a sua equipe internacional combinaram os esforços de vários telescópios no espaço e na Terra para classificar três planetas que tinham detectado em órbita de LHS 1903. Conseguiram concluir que o planeta mais interior parecia ser rochoso e os dois que se lhe seguiam eram gasosos.

Quando os astrônomos estavam analisando as observações feitas pelo Cheops da ESA que descobriram algo estranho: os dados mostravam um pequeno quarto planeta, mais afastado de LHS 1903. E após uma inspeção mais minuciosa, os cientistas ficaram surpreendidos ao descobrir que este planeta parece ser rochoso!

O sistema apresenta a ordem de planetas rochoso-gasoso-gasoso e depois rochoso novamente. Os planetas rochosos não se formam normalmente tão longe da sua estrela natal. As teorias atuais de formação planetária preveem que os planetas interiores de um sistema sejam pequenos e rochosos, porque perto da estrela a radiação é tão poderosa que varre a maior parte do gás ao redor do núcleo rochoso dos planetas. Mais longe da estrela de um sistema planetário, as condições são suficientemente frias para que uma atmosfera espessa se forme num planeta gasoso.

A pesquisa conduziu a uma explicação intrigante: os planetas podem ter-se formado um a seguir ao outro, em vez de ao mesmo tempo. De acordo com o nosso conhecimento atual, os planetas formam-se a partir de discos de gás e poeira (discos protoplanetários), aglomerando-se em embriões planetários aproximadamente ao mesmo tempo. Estes aglomerados evoluem depois para planetas de diferentes tamanhos e composições ao longo de milhões de anos. 

O pequeno mundo rochoso ou é uma exceção estranha, ou a primeira evidência de uma tendência que ainda não conhecíamos. De qualquer forma, a descoberta pede uma explicação que está para além das nossas teorias mais comuns de formação de planetas.

À medida que os nossos instrumentos melhoram, continuamos a descobrir cada vez mais sistemas planetários "estranhos" na vastidão do espaço. Estes sistemas obrigam-nos a questionar a nossa compreensão e fazem-nos reconsiderar as teorias estabelecidas sobre a formação de planetas. Em última análise, estas descobertas estão ajudando a aprender como o nosso Sistema Solar se encaixa na grande e diversa família de sistemas planetários.

Um artigo foi publicado na revista Science.

Fonte: ESA

Descoberto um possível pulsar no centro da Via Láctea

Pesquisadores da Universidade de Columbia e da Breakthrough Listen, um programa de investigação científica que visa encontrar evidências de civilizações extraterrestres, publicaram novos resultados do levantamento BLGC (Breakthrough Listen Galactic Center), uma das mais sensíveis pesquisas no rádio jamais realizadas para pulsares na dinamicamente complexa região central da Via Láctea.

© GBT (ilustração de um pulsar no centro da Via Láctea)

Os pulsares são estrelas de nêutrons altamente magnetizadas que giram rapidamente e emitem feixes de ondas de rádio que atravessam a Terra como faróis cósmicos. Dado que os seus sinais são extremamente regulares, os pulsares podem ser usados como relógios cósmicos altamente precisos para estudar a física em condições extremas.

Espera-se que a região central da Via Láctea abrigue uma grande população de pulsares, mas a sua detecção é excepcionalmente difícil devido à forte dispersão interestelar e ao ambiente extremo da região. Os comprimentos de onda em rádio são adequados para estas pesquisas porque podem sondar regiões densas do Centro Galáctico que, de outra forma, são obscurecidas em comprimentos de onda ópticos. O Centro Galáctico, onde se encontra o buraco negro supermassivo Sagitário A* e densas populações estelares, apresenta oportunidades e desafios científicos únicos para a compreensão da dinâmica estelar, ambientes astrofísicos extremos e testes da teoria da Relatividade Geral de Einstein.

Neste novo trabalho, os pesquisadores realizaram mais de 20 horas de observações com o GBT (Green Bank Telescope), um observatório no estado norte-americano da Virgínia Ocidental, entre 2021 e 2023. Destas observações, 11 horas foram dedicadas aos 1,4 minutos de arco mais interiores do Centro Galáctico, resultando num dos mais profundos e sensíveis levantamentos de pulsares alguma vez realizados para esta região. Este levantamento foi também um empreendimento computacionalmente intensivo.

As observações individuais da região mais interior duraram de 1 a 2 horas, cobriram quase 4 GHz de largura de banda com um tempo de amostragem de 44 microssegundos e cada uma produziu de 3 a 8 terabytes de dados. O processamento destes dados exigiu recursos de computação em grande escala, incluindo o "cluster" de computação de alto desempenho da Universidade de Columbia, com alocações de memória elevadas e pesquisas paralelas em vários nós de computação.

O levantamento identificou um intrigante candidato a pulsar de 8,19 milissegundos, denominado BLPSR (Breakthrough Listen Pulsar). Dadas as potenciais implicações de tal descoberta, está em curso a análise de extensas observações de acompanhamento. 

Na ausência de quaisquer influências externas, os sinais de um pulsar chegam aos telescópios com uma regularidade extraordinária, pelo que podem ser considerados relógios muito precisos com um comportamento altamente previsível. Os pulsares de milissegundo, em particular, exibem um comportamento extremamente estável, semelhante ao de um relógio, devido à sua rotação muito rápida. Qualquer influência externa num pulsar, como a atração gravitacional de um objeto massivo, introduziria anomalias nesta chegada constante de sinais, que podem ser medidas e modeladas. Além disso, quando os sinais viajam perto de um objeto muito massivo, podem ser distorcidos e sofrer atrasos temporais devido à deformação do espaço-tempo.

Uma vez que o buraco negro central da nossa Galáxia tem uma massa cerca de 4 milhões de vezes superior à massa do nosso Sol, exerce uma forte influência sobre os seus arredores. Detectar, confirmar e medir cuidadosamente a chegada do sinal de um pulsar numa órbita próxima de Sagitário A* permitiria, portanto, testes sem precedentes da Teoria Geral da Relatividade de Einstein, incluindo medições de precisão do espaço-tempo em torno de um buraco negro supermassivo. Uma tal descoberta revolucionaria a física e continua a ser um grande objetivo de longa data de exploração do Centro Galáctico.

Ao mesmo tempo, a escassez de detecções neste levantamento levanta questões fundamentais sobre a verdadeira população de pulsares e sobre o ambiente complexo do Centro Galáctico. Para maximizar o impacto na comunidade, o programa Breakthrough Listen está divulgando publicamente as observações, permitindo aos pesquisadores de todo o mundo realizar análises independentes e seguir casos científicos complementares.

Espera-se que as futuras instalações rádio de próxima geração, como o ngVLA (next-generation Very Large Array) e o SKA (Square Kilometre Array), forneçam a sensibilidade e a resolução necessárias para descobrir esta esquiva população de pulsares.

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal.

Fonte: Columbia University

Revelada uma riqueza excepcional de moléculas orgânicas em galáxia

Um estudo recente revelou uma riqueza sem precedentes de pequenas moléculas orgânicas no núcleo profundamente obscurecido de uma galáxia próxima, graças a observações efetuadas com o telescópio espacial James Webb.

© Webb (galáxia IRAS07251-0248)

O trabalho, conduzido pelo CAB (Centro de Astrobiología), CSIC-INTA (Consejo Superior de Investigaciones Científicas - Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial), Espanha, e utilizando técnicas de modelação desenvolvidas na Universidade de Oxford, fornece novos conhecimentos sobre a forma como as moléculas orgânicas complexas e o carbono são processados em alguns dos ambientes mais extremos do Universo.

O estudo centra-se em IRAS 07251-0248, uma galáxia ultraluminosa no infravermelho cujo núcleo está escondido atrás de grandes quantidades de gás e poeira. Este material absorve a maior parte da radiação emitida pelo buraco negro supermassivo central, tornando-o extremamente difícil de estudar com telescópios convencionais. No entanto, a gama de comprimentos de onda do infravermelho penetra na poeira e fornece informações únicas sobre estas regiões, revelando os processos químicos dominantes neste núcleo extremamente poeirento.

A equipe utilizou observações espectroscópicas do telescópio espacial James Webb que cobrem comprimentos de onda de 3 a 28 micrômetros. Estas observações permitem a detecção de assinaturas químicas de moléculas em fase gasosa, bem como de características de gelo e grãos de poeira. Graças a estes dados, os pesquisadores conseguiram caracterizar a abundância e a temperatura de numerosas espécies químicas no núcleo desta galáxia "enterrada".

As observações revelam um inventário extraordinariamente rico de pequenas moléculas orgânicas, incluindo benzeno (C6H6), metano (CH4), acetileno (C2H2), diacetileno (C4H2), e triacetileno (C6H2) e, detectado pela primeira vez fora da Via Láctea, o radical metila (CH3). Para além das moléculas em fase gasosa, foi encontrada uma grande abundância de materiais moleculares sólidos, tais como grãos de carbono e gelo de água.

Estas moléculas poderão desempenhar um papel fundamental como blocos de construção fundamentais para a química orgânica complexa, de interesse para processos relevantes para a vida. A análise, que envolveu técnicas e modelos teóricos de HAPs (hidrocarbonetos aromáticos policíclicos) desenvolvidos pelo grupo de Oxford, sugere que a química observada não pode ser explicada apenas por temperaturas elevadas ou movimentos turbulentos dos gases. Em vez disso, os resultados apontam para os raios cósmicos, abundantes nestes núcleos extremos, como fragmentadores de HAPs e grãos de poeira ricos em carbono, liberando pequenas moléculas orgânicas para a fase gasosa.

O estudo também encontra uma correlação clara entre a abundância de hidrocarbonetos e a intensidade da ionização por raios cósmicos em galáxias semelhantes, apoiando este cenário. Estes resultados sugerem que os núcleos galácticos profundamente obscurecidos podem atuar como fábricas de moléculas orgânicas, desempenhando um papel fundamental na evolução química das galáxias. Este trabalho abre novos caminhos para o estudo da formação e processamento de moléculas orgânicas em ambientes espaciais extremos e demonstra o enorme potencial do Webb para explorar regiões do Universo que até agora permaneceram ocultas.

Um artigo foi publicado na revista Nature Astronomy.

Fonte: University of Oxford

Sistema de anéis gigantes em torno de objeto subestelar

Uma equipe científica internacional, envolvendo a ULL (Universidade de La Laguna) e o IAC (Instituto de Astrofísica de Canarias), identificou a causa de um escurecimento incomumente longo de uma estrela distante.

© IAC (ilustração de eclipse de uma estrela devido a uma anã marrom)

O fenômeno é explicado pela passagem de um objeto subestelar com um sistema de anéis gigantes em frente da estrela hospedeira.

A estrela, denominada ASASSN-24fw, situa-se na direção da constelação do Unicórnio, a cerca de 3.000 anos-luz da Terra. A estrela diminuiu de brilho de forma constante durante mais de nove meses, entre finais de 2024 e meados de 2025, ficando cerca de 97% escura, antes de regressar ao seu brilho normal. Estes eventos de eclipse estelar são extremamente raros. A maior parte deles dura apenas alguns dias ou semanas, mas este escurecimento continuou durante quase 200 dias, o que o torna um dos mais longos alguma vez observados.

ASASSN-24fw é cerca de 50% mais massiva do que o nosso Sol e cerca de duas vezes maior. Sabe-se que a estrela propriamente dita é estável e não está sujeita a mudanças súbitas. Isto exclui a possibilidade de a atividade estelar interna ser a causa do estranho escurecimento. Em vez disso, uma análise detalhada de várias observações, recentemente publicada, sustenta que foi causado por um grande objeto companheiro que se moveu através da nossa linha de visão da estrela, bloqueando a sua luz durante um período significativamente longo.

Este evento chamou a atenção dos astrônomos que monitoraram a estrela e recolheram dados adicionais para a caracterizar e para modelar o longo trânsito, revelando alguns tesouros guardados na envolvente estrela. Vários modelos mostram que a explicação mais provável para o escurecimento é uma anã marrom, um objeto mais massivo que um planeta, mas mais leve que uma estrela, rodeada por um vasto e denso sistema de anéis.

O escurecimento começou gradualmente porque as partes exteriores dos anéis são finas, e só se tornou óbvio quando as regiões mais densas passaram em frente da estrela. A análise dos estudos fotométricos e espectroscópicos do evento sugere que o objeto companheiro tem uma massa mais de três vezes superior à de Júpiter. O seu sistema de anéis é notavelmente grande, estendendo-se a cerca de 0,17 unidades astronômicas, comparável a metade da distância entre o Sol e Mercúrio. 

A análise mostra também que ASASSN-24fw tem um ambiente circunstelar (possivelmente restos de colisões planetárias passadas ou em curso) muito próximo de si, o que é incomum para uma estrela da sua idade. 

Esta descoberta constitui uma oportunidade importante para compreender melhor as companheiras subestelares, como as anãs marrons, os sistemas de anéis massivos e a maneira como essas estruturas se formam e evoluem em torno das estrelas. 

Um artigo foi aceito para publicação no periódico Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Fonte: Instituto de Astrofísica de Canarias

A explosão de um buraco negro primordial?

Em 2023, uma partícula subatômica chamada neutrino embateu na Terra com uma energia tão elevada que deveria ser impossível.

© NASA (ilustração de buracos negros primordiais)

De fato, não se conhecem fontes no Universo capazes de produzir tal energia, 100.000 vezes mais do que a partícula mais energética alguma vez produzida pelo LHC (Large Hadron Collider), o acelerador de partículas mais potente do mundo.

No entanto, uma equipe de físicos da Universidade de Massachusetts Amherst colocou recentemente a hipótese de que algo assim poderia acontecer quando um tipo especial de buraco negro, chamado "buraco negro primordial quasi-extremo", explodisse.

Numa nova pesquisa, a equipe não só explica o neutrino, de outro modo impossível, como mostra que a partícula elementar pode revelar a natureza fundamental do Universo. Os buracos negros existem e compreendemos bem o seu ciclo de vida: uma estrela velha e grande fica sem combustível, implode numa supernova poderosa e massiva e deixa para trás uma área do espaço-tempo com uma gravidade tão intensa que nada, nem mesmo a luz, consegue escapar. Estes buracos negros são incrivelmente pesados e são essencialmente estáveis.

Mas, tal como o físico Stephen Hawking referiu em 1970, outro tipo de buraco negro, um buraco negro primordial (BNP), poderia ser criado não pelo colapso de uma estrela, mas a partir das condições primordiais do Universo, pouco depois do Big Bang. Até agora, os BNPs existem apenas em teoria e, tal como os buracos negros normais, são tão densos que quase nada lhes consegue escapar. No entanto, apesar da sua densidade, os BNPs podem ser muito mais leves do que os buracos negros que observamos até agora. Além disso, Hawking mostrou que os buracos negros primordiais podiam emitir lentamente partículas, através do que é agora conhecido como "radiação Hawking", se ficassem suficientemente quentes.

À medida que os BNPs se evaporam, tornam-se cada vez mais leves e, portanto, mais quentes, emitindo ainda mais radiação num processo descontrolado até à explosão. É essa radiação Hawking que os telescópios conseguem detectar. Se uma tal explosão fosse observada, forneceria um catálogo definitivo de todas as partículas subatômicas existentes, incluindo as que já observamos, como os elétrons, os quarks e os bósons de Higgs, as partículas de matéria escura, e as demais que são desconhecidas para a ciência.

A equipe demonstrou anteriormente que tais explosões poderiam ocorrer com uma frequência surpreendente, mais ou menos a cada década, e os atuais instrumentos de observação do cosmos poderiam registar estas explosões. Até aqui, tudo teórico. 

Então, em 2023, uma experiência chamada Colaboração KM3NeT (Cubic Kilometre Neutrino Telescope) captou esse tal neutrino impossível, exatamente o tipo de evidência que a equipe supôs que poderíamos ver em breve. Mas houve um contratempo: uma experiência semelhante, chamada IceCube, também criada para captar neutrinos cósmicos altamente energéticos, não só não registou o acontecimento, como até nunca tinha registado nada com um centésimo da sua potência.

Se o Universo é relativamente denso em BNPs, e estes explodem frequentemente, não deveríamos ser inundados por neutrinos de alta energia? O que é que pode explicar esta discrepância?

É possível que os BNPs com uma "carga escura", a que chamamos buracos negros primordiais quasi-extremos, são o elo que falta. A carga escura é essencialmente uma cópia da força elétrica habitual tal como a conhecemos, mas que inclui uma versão muito pesada e teórica do elétron. A equipe está confiante de que o seu modelo de BNPs com carga escura não só pode explicar o neutrino, como também pode responder ao mistério da matéria escura.

As observações de galáxias e do fundo cósmico de micro-ondas sugerem que existe algum tipo de matéria escura. Se a hipótese de carga escura for verdadeira, então é provável que poderá haver uma população significativa de BNPs, o que seria consistente com outras observações astrofísicas e explicaria toda a matéria escura em falta no Universo. Agora os cientistas podem estar à beira de verificar experimentalmente a radiação Hawking, obter evidências da existência de buracos negros primordiais e de novas partículas para além do Modelo Padrão, e explicar o mistério da matéria escura.

Um artigo foi publicado no periódico Physical Review Letters.

Fonte: University of Massachusetts

Nebulosa Planetária Aranha Vermelha

Esta nova imagem do telescópio espacial James Webb apresenta uma criatura cósmica misteriosa chamada NGC 6537, a Nebulosa da Aranha Vermelha.

© JWST (NGC 6537)

A estrela central da nebulosa está escondida por uma nuvem irregular de poeira rosada. Uma forte luz vermelha irradia dessa área, iluminando a poeira próxima. Dois grandes laços estendem-se diagonalmente a partir do centro, formados por finas cristas de gás molecular, aqui coloridas de azul. Eles se estendem até os cantos da imagem. Um grande número de estrelas brilhantes e esbranquiçadas cobre o fundo, também facilmente visíveis através das finas camadas de poeira.

Usando sua câmera de infravermelho próximo (NIRCam), o Webb revelou detalhes nunca antes vistos nesta nebulosa planetária pitoresca com um rico pano de fundo de milhares de estrelas. Nebulosas planetárias como a Nebulosa da Aranha Vermelha se formam quando estrelas comuns, como o Sol, chegam ao fim de suas vidas. Depois de se expandirem e se tornarem gigantes vermelhas frias, essas estrelas expelem suas camadas externas, lançando-as no espaço e expondo seus núcleos incandescentes. A luz ultravioleta da estrela central ioniza o material expelido, fazendo-o brilhar.

A fase de nebulosa planetária na vida de uma estrela é tão fugaz quanto bela, durando apenas algumas dezenas de milhares de anos. A estrela central da Nebulosa da Aranha Vermelha é visível nesta imagem, brilhando um pouco mais intensamente do que as teias de gás e poeira que a circundam. A natureza surpreendente da estrela central, extremamente quente e luminosa, da nebulosa foi revelada pela NIRCam do Webb.

Em imagens de comprimento de onda óptico, como as do telescópio espacial Hubble, a estrela aparece fraca e azul. Mas nas imagens da NIRCam, ela aparece vermelha: graças à sua sensibilidade no infravermelho próximo, o Webb revelou uma camada de poeira quente envolvendo a estrela central. Essa poeira quente provavelmente orbita a estrela central, formando uma estrutura em disco.

Embora apenas uma única estrela seja visível no centro da Nebulosa da Aranha Vermelha, uma estrela companheira oculta pode estar presente ali. Uma estrela companheira poderia explicar o formato da nebulosa, incluindo sua cintura estreita característica e seus amplos fluxos de saída.

Esse formato de ampulheta é observado em outras nebulosas planetárias, como a Nebulosa da Borboleta, que o Webb também observou recentemente . A nova imagem da Nebulosa da Aranha Vermelha revela, pela primeira vez, toda a extensão dos lóbulos alongados da nebulosa. Esses lóbulos, mostrados em azul, são traçados pela luz emitida pelas moléculas de H2, que contêm dois átomos de hidrogênio ligados entre si.

Estendendo-se por todo o campo de visão da NIRCam, esses lóbulos se mostram como estruturas fechadas, semelhantes a bolhas, cada uma com cerca de 3 anos-luz de comprimento. O gás que flui do centro da nebulosa inflou essas bolhas gigantescas ao longo de milhares de anos. O gás também está sendo expelido ativamente do centro da nebulosa, como mostram essas novas observações do Webb.

Uma forma alongada em roxo, semelhante a um "S", centrada no coração da nebulosa, segue a luz dos átomos de ferro ionizados. Essa estrutura marca o local onde um jato de alta velocidade emergiu próximo à estrela central da nebulosa e colidiu com material previamente expelido pela estrela, esculpindo a estrutura ondulada da nebulosa que vemos hoje.

Fonte: ESA

Uma uma colisão de galáxias no início do Universo

Utilizando observações do telescópio espacial James Webb (JWST), pesquisadores identificaram um evento de fusão em curso com pelo menos cinco galáxias cerca de 800 milhões de anos após o Big Bang, juntamente com evidências de que a colisão estava redistribuindo elementos pesados para além das próprias galáxias.

© Texas A&M University (cinco galáxias do Quinteto do JWST)

Imagens obtidas pelo instrumento NIRCam do Webb, com diferentes filtros, que mostram as cinco galáxias do Quinteto do JWST (aqui com os rótulos ELG1 a ELG5).

Antes do Webb, os astrônomos esperavam que as complexas fusões de galáxias e o enriquecimento generalizado do oxigênio e outros produtos da fusão estelar se tornassem comuns muito mais de bilhões de anos após o Big Bang. Esta descoberta mostra que esses processos já estavam em curso muito antes do que os modelos previam.

Nessa fase inicial da história cósmica, espera-se geralmente que as galáxias sejam relativamente pequenas e isoladas. Em vez disso, o sistema recentemente descoberto, apelidado de "Quinteto do JWST", mostra múltiplas galáxias interagindo numa região compacta do espaço e rodeadas por um halo de gás rico em oxigênio.

O sistema foi identificado nos dados do levantamento JADES (JWST Advanced Deep Extragalactic Survey), uma das campanhas de imagem mais profundas realizadas com o Webb. Embora as galáxias estejam separadas por dezenas de milhares de anos-luz, ocupam uma região incomumente compacta do espaço e formaram estrelas a um ritmo de cerca de 250 vezes a massa do Sol por ano, muito superior à das galáxias típicas da época.

Os pesquisadores também detectaram um extenso halo de gás incandescente que liga várias das galáxias. O gás emite luz a partir de oxigênio e hidrogênio ionizados. O resultado surpreendente é que este gás se encontra fora das galáxias. Os elementos, como o oxigênio, só são produzidos no interior das estrelas e posteriormente removidos das galáxias durante a colisão. 

A análise da equipe sugere que o enriquecimento foi impulsionado principalmente por interações gravitacionais durante a fusão, e não apenas por ventos galácticos, fornecendo evidências diretas de que as colisões de galáxias estavam moldando os seus ambientes circundantes no Universo jovem.

Esta descoberta é importante porque ajuda a explicar um crescente desfasamento entre o que os modelos astronômicos preveem e o que o JWST está realmente observando. E ainda ela pode ajudar a explicar porque é que o Webb identificou um número crescente de galáxias massivas que parecem em grande parte inativas apenas alguns bilhões de anos mais tarde. Se sistemas como o Quinteto do JWST se fundiram rapidamente e esgotaram o seu gás cedo, poderiam evoluir para as galáxias massivas observadas mais tarde. Futuras observações do Webb vão examinar o movimento do gás e das galáxias no interior do sistema, oferecendo uma visão adicional sobre como as primeiras estruturas cósmicas se formaram.

Um artigo foi publicado na revista Nature Astronomy.

Fonte: Texas A&M University

A influência da matéria escura no Universo

Com a sensibilidade sem precedentes do telescópio espacial James Webb, os cientistas estão aprendendo mais sobre a influência da matéria escura sobre estrelas, galáxias e até planetas como a Terra.

© Webb (mapa de matéria escura)

Esta imagem do telescópio espacial James Webb, da NASA, é sobreposta a um mapa de matéria escura, representado em azul. Os pesquisadores usaram dados Webb para encontrar a substância invisível por meio de sua influência gravitacional na matéria regular.

Os cientistas fizeram um dos mapas mais detalhados e de alta resolução de matéria escura já produzidos. Ele mostra como o material invisível e fantasmagórico se sobrepõe e se entrelaça com a matéria regular, o material que compõe as estrelas, as galáxias e tudo o que podemos ver.

O mapa se baseia em pesquisas anteriores para fornecer confirmação adicional e novos detalhes sobre como a matéria escura moldou o Universo nas maiores escalas, aglomerados de galáxias milhões de anos-luz, que originam as galáxias, as estrelas e os planetas como a Terra.

A matéria escura não emite, reflete, absorve ou até bloqueia a luz, e passa pela matéria regular sem praticamente influenciar. Mas ela interage com o Universo por meio da gravidade, algo que o mapa mostra com um novo nível de clareza. As evidências dessa interação estão no grau de sobreposição entre a matéria escura e a matéria regular. Esse alinhamento próximo não pode ser uma coincidência, pois se deve à gravidade da matéria escura que puxa a matéria regular para ela ao longo da história cósmica.

Encontrada na constelação de Sextans, a área coberta pelo novo mapa é uma seção do céu cerca de 2,5 vezes maior que a Lua cheia. Uma comunidade global de cientistas observou essa região com pelo menos 15 telescópios terrestres e espaciais para o Cosmic Evolution Survey (COSMOS), cujo objetivo foi medir precisamente a localização da matéria regular aqui e depois compará-la à localização da matéria escura.

O primeiro mapa de matéria escura da área foi feito em 2007 usando dados do telescópio espacial Hubble. O  Webb espiou essa região por um total de cerca de 255 horas e identificou quase 800.000 galáxias, algumas das quais foram detectadas pela primeira vez. O mapa do Webb contém cerca de 10 vezes mais galáxias do que mapas da área feitos por observatórios terrestres e duas vezes mais do que o do Hubble. Ele revela novos aglomerados de matéria escura e capta uma visão de alta resolução das áreas vistas anteriormente pelo Hubble. Para refinar as medidas da distância de muitas galáxias do mapa, a equipe usou o Mid-Infrared Instrument (MIRI) do Webb. Os comprimentos de onda que o MIRI detecta também o tornam apto na detecção de galáxias obscurecidas por nuvens cósmicas de poeira.

Quando o Universo começou, a matéria regular e a matéria escura provavelmente estavam pouco distribuídas. Os cientistas acham que a matéria escura começou a se agrupar primeiro e que esses aglomerados de matéria escura então juntaram a matéria regular, criando regiões com material suficiente para que estrelas e galáxias começassem a se formar. Desta forma, a matéria escura determinou a distribuição em larga escala das galáxias no Universo.

E ao conduzir a formação de galáxias e estrelas a começar mais cedo, a influência da matéria escura também desempenhou um papel na criação das condições para que os planetas eventualmente se formassem. Isso porque as primeiras gerações de estrelas foram responsáveis por transformar hidrogênio e hélio, que compunham a grande maioria dos átomos no início do Universo, na rica variedade de elementos que agora compõem planetas como a Terra. Em outras palavras, a matéria escura forneceu mais tempo para a formação de planetas complexos.

Os pesquisadores também mapearão a matéria escura com o próximo telescópio espacial Nancy Grace Roman da NASA sobre uma área 4.400 vezes maior que a região do COSMOS. Os principais objetivos da ciência desse telescópio incluem aprender mais sobre as propriedades fundamentais da matéria escura e como elas podem ou não ter mudado ao longo da história cósmica. Mas, seus mapas não vencerão a resolução espacial do Webb. Olhares mais detalhados sobre a matéria escura só serão possíveis com um telescópio de próxima geração como o Habitable Worlds Observatory, o próximo conceito em astrofísica da NASA.

Um artigo foi publicado na revista Nature Astronomy.

Fonte: Jet Propulsion Laboratory

Milhares de objetos peculiares encontrados no arquivo do Hubble

Uma equipe de astrônomos utilizou um novo método assistido por IA (inteligência artificial) para procurar objetos astronômicos raros no Hubble Legacy Archive.

© Hubble (seis objetos astrofísicos estranhos e fascinantes)

Seis objetos astrofísicos estranhos e fascinantes, nunca antes descobertos, apresentados nesta nova imagem do telescópio espacial Hubble. Esta coleção apresenta seis galáxias, mostrando uma secção transversal das descobertas, com alguns dos exemplos mais impressionantes: três lentes com arcos distorcidos pela gravidade, uma fusão galáctica, uma galáxia em anel e uma galáxia que desafia a classificação.

A equipe analisou quase 100 milhões de excertos de imagens em apenas dois dias e meio, descobrindo cerca de 1.400 objetos anômalos, mais de 800 dos quais nunca tinham sido documentados. Objetos raros, como galáxias em colisão, lentes gravitacionais e galáxias em anel, têm um enorme interesse científico, mas são difíceis de encontrar nas massas crescentes de dados de telescópios.

Recentemente, os pesquisadores David O'Ryan e Pablo Gómez da Agência Espacial Europeia (ESA) desenvolveram uma ferramenta de IA que lhes permite inspecionar milhões de imagens astronômicas numa fração do tempo que um humano levaria. A sua ferramenta foi treinada e demonstrou as suas capacidades utilizando o Hubble Legacy Archive, que contém dezenas de milhares de conjuntos de dados que abrangem o longo período de vida do Hubble.

As anomalias astrofísicas são normalmente descobertas quando os cientistas procuram manualmente objetos que estão fora da norma ou quando os encontram por acaso. Embora os cientistas treinados sejam excelentes na detecção de anomalias cósmicas, há simplesmente demasiados dados do Hubble para que os especialistas os consigam selecionar manualmente e com o nível de detalhe necessário. Os projetos de ciência cidadã, que recrutam não-cientistas para colaborarem em tarefas como a classificação de galáxias, são outra forma de explorar as montanhas de dados disponíveis. Embora os grupos de ciência cidadã aumentem consideravelmente a quantidade de dados que podem ser analisados, mesmo assim não estão à altura de arquivos extensos como o do Hubble, ou de conjuntos de dados de telescópios que sondam o céu, como o telescópio espacial Euclid da ESA. 

Foi desenvolvida a rede neural denominada AnomalyMatch, que foi treinada para procurar e reconhecer objetos raros como galáxias medusas e arcos gravitacionais. A maior parte das anomalias encontradas eram galáxias em processo de fusão ou em interação, assumindo formas incomuns ou contendo longas caudas de estrelas e gás. Muitas outras eram lentes gravitacionais, nas quais a gravidade de uma galáxia em primeiro plano curva o espaço-tempo e distorce a luz de uma galáxia distante em forma de círculo ou arco. Foram também descobertos exemplos de vários outros objetos raros, tais como galáxias com enormes aglomerados de estrelas, galáxias medusas com "tentáculos" gasosos e discos de formação planetária vistos de lado, dando-lhes um aspecto de hambúrguer ou de borboleta. Talvez o mais intrigante de tudo seja o fato de existirem várias dúzias de objetos que desafiam completamente a classificação.

O Hubble gerou apenas um dos muitos grandes arquivos de dados em astronomia, e outros estão no horizonte. Entre as novas instalações que vão fornecer uma enorme quantidade de dados contam-se o Euclid, que iniciou o seu estudo de bilhões de galáxias num terço do céu noturno em 2023, o Observatório Vera C. Rubin, que iniciará em breve o seu levantamento LSST (Legacy Survey of Space and Time) de 10 anos e recolherá mais de 50 petabytes de imagens, e o telescópio espacial Nancy Grace Roman da NASA, para o qual a ESA contribui como a Mission of Opportunity, cujo lançamento está previsto para maio de 2027, o mais tardar. Os dados recebidos possibilitará descobrir novos exemplos de objetos raros e talvez nunca antes vistos no Universo.

Um artigo foi publicado no periódico Astronomy & Astrophysics.

Fonte: ESA