A maior e mais distante erupção de um buraco negro

As estrelas mais massivas do Universo estão destinadas a explodir como supernovas brilhantes antes de colapsarem em buracos negros.

© Caltech (buraco negro dilacerando uma estrela massiva)

No entanto, uma estrela enorme parece nunca ter cumprido o seu destino; em jeito de ironia, a estrela aproximou-se demasiado de um buraco negro gigantesco, que a engoliu, desfazendo-a em pedaços.

Esta é a explicação mais provável que descreve a mais poderosa e mais distante erupção energética alguma vez registada por um buraco negro supermassivo. O objeto cósmico foi observado pela primeira vez em 2018 pelo ZTF (Zwicky Transient Facility), situado no Observatório Palomar, e pelo CRTS (Catalina Real-Time Transient Survey).

O surto aumentou rapidamente de intensidade por um fator de 40 durante um período de meses e, no seu pico, foi 30 vezes mais luminoso do que qualquer outra erupção observada até à data. No seu ponto mais intenso, a erupção brilhou com a luz de 10 trilhões de sóis. O buraco negro supermassivo por detrás do evento está em acreção, a cujo tipo se dá o nome núcleo galáctico ativo (NGA). Referido como J2245+3743, estima-se que este NGA seja 500 milhões de vezes mais massivo do que o nosso Sol. Encontra-se a 10 bilhões de anos-luz de distância, no Universo remoto.

Como a luz tem uma velocidade finita e leva tempo a chegar até nós, os astrônomos observam eventos distantes como este no passado, quando o Universo era jovem. A erupção do buraco negro continua sendo monitorada, embora esta esteja desaparecendo com o tempo. Realmente, para além do objeto ser observado no passado, o próprio tempo corre mais devagar no local remoto do buraco negro, em comparação com a nossa própria experiência do tempo. Trata-se de um fenômeno chamado dilatação cosmológica do tempo, devido ao alongamento do espaço e do tempo. À medida que a luz viaja através do espaço em expansão para chegar até nós, o seu comprimento de onda estica-se, tal como o próprio tempo. Estamos assistindo à reprodução do evento a um-quarto da velocidade.

Para determinar o que poderia causar uma explosão tão dramática de luz no cosmos, os pesquisadores examinaram minuciosamente uma lista de possibilidades, concluindo que o culpado mais provável é um evento de perturbação de marés. Este fenômeno ocorre quando a gravidade de um buraco negro supermassivo rasga uma estrela que se aproxime demasiado, consumindo-a lentamente ao longo do tempo, à medida que espirala para o buraco negro.

O motivo de a erupção do buraco negro J2245+3743 ainda estar em curso indica que estamos assistindo a uma estrela que ainda não foi totalmente devorada. Se o surto for de fato um evento de perturbação de marés, os cientistas estimam que o buraco negro supermassivo devorou uma estrela com uma massa pelo menos 30 vezes superior à do nosso Sol. O anterior detentor do recorde de maior candidato a um evento de perturbação de marés, apelidado de "Scary Barbie" após a sua classificação ZTF inicial como ZTF20abrbeie, não foi tão intenso. Esse evento de perturbação de marés, que também se pensa ter tido origem num NGA, foi 30 vezes mais fraco do que o de J2245+3743, e estima-se que a sua estrela condenada tivesse entre três e 10 massas solares.

A maioria dos cerca de 100 evento de perturbação de marés observados até agora não ocorre em torno de NGAs, estruturas massivas que consistem em buracos negros supermassivos rodeados por grandes discos de material que alimentam o buraco negro central. O NGA fervilha com a acreção, o que pode mascarar as explosões de evento de perturbação de marés e torná-las mais difíceis de encontrar.

A recente supererupção J2245+3743, por outro lado, foi tão grande que até foi mais fácil de observar. No entanto, ao início, J2245+3743 não parecia ser nada de especial. Em 2018, depois de o objeto ter sido avistado pela primeira vez, os pesquisadores utilizaram o telescópio Hale de 200 polegadas do Observatório Palomar para obter um espectro da luz do objeto, mas este não revelou nada de incomum. Em 2023, a equipe notou que o surto estava decaindo mais lentamente do que o esperado, pelo que obtiveram outro espectro pelo Observatório W. M. Keck, no Havaí, que indicou o brilho extremo deste NGA em particular.

No final, depois de terem sido excluídos outros cenários, os pesquisadores concluíram que J2245+3743 era a erupção mais brilhante alguma vez registada num buraco negro. Se convertermos o nosso Sol inteiro em energia, usando a famosa fórmula de Albert Einstein E=m.c², é essa a quantidade de energia que tem saído deste surto desde que a observação foi iniciada.

Uma vez estabelecido o brilho sem precedentes do evento, a equipa analisou o que o poderia ter causado. As supernovas não são suficientemente brilhantes para explicar isto; ao invés, a explicação preferida é um buraco negro supermassivo que rasga lentamente uma estrela enorme até à morte. Estrelas tão massivas são raras, mas pensa-se que as estrelas dentro do disco de um NGA podem crescer ainda mais. A matéria do disco é despejada sobre as estrelas, fazendo-as crescer em massa.

Encontrar "refeições" de buracos negros com proporções tão grandes indica que é provável que outros eventos como este estejam ocorrendo no cosmos. Os pesquisadores esperam poder explorar mais dados do ZTF para encontrar outros e o Observatório Vera C. Rubin pode também encontrar evento de perturbação de marés incomumente grandes.

Um artigo foi publicado no periódico Nature Astronomy.

Fonte: California Institute of Technology

Ejeções de massa coronal no alvorecer do Sistema Solar

Astrônomos utilizaram observações simultâneas feitas da Terra e do espaço para medir a temperatura e a velocidade do gás ejetado por uma estrela jovem semelhante ao Sol.

© NAOJ (ilustração de ejeção de massa coronal na estrela EK Draconis)

Esta medição mostrou uma ejeção de dois componentes, consistindo em um componente quente e rápido seguido por um componente mais lento e frio. Este resultado é importante para a compreensão de como as estrelas jovens afetam o ambiente ao seu redor, onde planetas e vida podem estar se formando inicialmente, e, por extensão, fornece informações sobre os primórdios do Sistema Solar, da Terra e da vida na Terra.

O Sol ejeta frequentemente enormes massas de gás ionizado quente, chamadas plasma, associadas a erupções solares. Esses eventos são conhecidos como Ejeções de Massa Coronal (EMCs). Elas costumam ocorrer juntamente com súbitos brilhos chamados erupções solares e, às vezes, se estendem o suficiente para perturbar a magnetosfera da Terra, gerando fenômenos climáticos espaciais, incluindo auroras ou tempestades geomagnéticas, e até mesmo danificando redes elétricas em algumas ocasiões.

Observou-se que estrelas jovens semelhantes ao Sol emitem erupções estelares frequentes, e sabe-se que algumas delas estão associadas a grandes EMCs, que superam em muito qualquer uma observada no Sol atual. As EMCs no Sol contêm componentes em diferentes temperaturas, variando de 10.000 Kelvin a 1.000.000 Kelvin, mas até agora os dados sobre EMCs em outras estrelas se limitavam a um único componente de temperatura, especialmente o plasma de baixa temperatura.

Enormes EMCs do Sol primitivo podem ter impactado severamente os ambientes primordiais da Terra, Marte e Vênus. No entanto, ainda não está claro até que ponto as explosões nessas estrelas jovens exibem EMCs semelhantes às solares. Nos últimos anos, o plasma frio das EMCs foi detectado por meio de observações ópticas terrestres. No entanto, a alta velocidade e a esperada ocorrência frequente de EMCs fortes no passado permaneceram um mistério.

Para obter uma compreensão mais completa dos eventos de EMC em estrelas jovens, uma equipe internacional de pesquisadores liderada por Kosuke Namekata, da Universidade de Kyoto, organizou observações em ultravioleta com o telescópio espacial Hubble e observações ópticas com telescópios terrestres no Japão e na Coreia para medir simultaneamente diferentes componentes de temperatura de um evento de EMC estelar.

Seu alvo era a jovem estrela semelhante ao Sol, EK Draconis, localizada a 111 anos-luz de distância, na direção da constelação de Draco. A equipe obteve sucesso na observação de diferentes componentes de temperatura de um evento de EMC. Primeiramente, um plasma quente de 100.000 Kelvin foi ejetado a uma velocidade entre 300 e 550 km/s, seguido, cerca de dez minutos depois, por um gás mais frio, a aproximadamente 10.000 Kelvin, ejetado a 70 km/s. Isso indica que os componentes mais quentes das Ejeções de Massa Coronal (EMCs) estelares possuem energias cinéticas maiores do que os componentes mais frios e, portanto, podem afetar as atmosferas de exoplanetas de forma mais severa do que se inferia anteriormente a partir de medições limitadas apenas ao plasma frio. 

Como o jovem Sol era presumivelmente semelhante a EK Draconis, isso fornece informações sobre as condições no Sistema Solar primitivo, que provavelmente foi perturbado por EMCs enormes e rápidas. Estudos teóricos e experimentais sugerem que as EMCs rápidas desempenham um papel na iniciação de biomoléculas e gases de efeito estufa, essenciais para o surgimento e a manutenção da vida em um planeta primitivo.

Portanto, essa descoberta tem implicações importantes para a compreensão da habitabilidade planetária e das condições sob as quais a vida surgiu na Terra e, possivelmente, em outros lugares. A equipe planeja continuar sua pesquisa com novas observações usando raios X, ondas de rádio e telescópios espaciais ultravioleta de última geração para entender melhor as condições ao redor de estrelas jovens onde planetas, e possivelmente vida, se formam. Em particular, este estudo destaca a importância da astronomia ultravioleta, que será explorada mais a fundo pela futura missão LAPYUTA da JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency).

Um artigo foi publicado na revista Nature Astronomy.

Fonte: National Astronomical Observatory of Japan

Um "morcego assustador" no céu

O "morcego assustador" foi avistado sobrevoando o Observatório Europeu do Sul (ESO) no Paranal, Chile, mesmo a tempo do Halloween.

© VST / VISTA (nebulosas RCW 94 e RCW 95)

Graças ao seu amplo campo de visão, o VLT Survey Telescope (VST) conseguiu captar esta enorme nuvem de gás e poeira cósmica, cuja aparência hipnotizante se assemelha à silhueta de um morcego.

Situado a cerca de 10 mil anos-luz de distância da Terra, este "morcego cósmico" voa entre as constelações austrais do Compasso e da Régua. Abrangendo uma área do céu equivalente a quatro luas cheias, o "morcego cósmico" parece estar tentando caçar a mancha brilhante por cima dele para se alimentar.

Esta nebulosa é uma maternidade estelar, uma vasta nuvem de gás e poeira na qual estão formando estrelas. As estrelas recém formadas liberam energia suficiente para excitar os átomos de hidrogênio à sua volta, fazendo-os brilhar no tom avermelhado forte que vemos na imagem. Os filamentos escuros na nebulosa, que parecem o esqueleto do nosso morcego espacial, são estruturas de acumulação de gás mais frio e denso, com grãos de poeira que bloqueiam a luz visível das estrelas que se encontram por detrás.

Retirando o seu nome de um extenso catálogo de regiões brilhantes de formação estelar do céu austral, as nuvens mais proeminentes que aqui vemos são a RCW 94, que representa a asa direita do morcego, e a RCW 95, que forma o corpo, enquanto as outras partes do morcego não têm designação oficial.

Esta impressionante maternidade estelar foi obtida com auxílio do telescópio de rastreio VST, que é o telescópio perfeito para captar estas grandes "criaturas assustadoras", já que conta com a OmegaCAM, uma câmara de última geração com 268 milhões de pixels, com a qual consegue captar imagens de enormes áreas do céu. Esta imagem foi montada combinando observações obtidas através de diferentes filtros para diferentes cores ou comprimentos de onda da luz.

A maior parte da forma do morcego, incluindo o brilho vermelho, foi captado no visível no âmbito do rastreio VPHAS+ (VST Photometric Hα Survey of the Southern Galactic Plane and Bulge). Dados adicionais obtidos no infravermelho dão um toque colorido às zonas mais densas da nebulosa e foram obtidos com auxílio do telescópio VISTA (Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy) do ESO, no âmbito do rastreio VVV (VISTA Variables in the Via Láctea). Ambos os rastreios são públicos, disponíveis a todos os que desejem mergulhar profundamente neste poço infinito de fotografias cósmicas.

Atreva-se a olhar mais de perto e deixe a sua curiosidade ser assombrada pelas maravilhas que o esperam na escuridão. Feliz Halloween!

Fonte: ESO

A evolução de um par de fusões distintas de buracos negros

As fusões contribuem para a compreensão científica da natureza da formação dos buracos negros e da física fundamental.

© OzGrav (ilustração de um par de buracos negros)

Um par de fusões de buracos negros cósmicos distantes, medidas com apenas um mês de diferença no final de 2024 pela colaboração LIGO-Virgo-KAGRA, está melhorando a forma como os cientistas compreendem a natureza e a evolução das mais violentas colisões do espaço profundo no nosso Universo.

Os dados recolhidos a partir das fusões também validam, com uma precisão sem precedentes, leis fundamentais da física que foram previstas há mais de 100 anos por Albert Einstein e promovem a procura de novas e ainda desconhecidas partículas elementares com potencial para extrair energia dos buracos negros.

A primeira fusão detectada, GW241011, ocorreu a cerca de 700 milhões de anos-luz de distância e resultou da colisão de dois buracos negros com cerca de 20 e 6 vezes a massa do Sol. O maior dos buracos negros de GW241011 foi avaliado como um dos buracos negros de rotação mais rápida observados até à data. A segunda fusão, GW241110, ocorreu a cerca de 2,4 bilhões de anos-luz de distância e envolveu buracos negros com cerca de 17 e 8 vezes a massa do Sol.

Enquanto a maioria dos buracos negros observados gira na mesma direção que a sua órbita, o buraco negro primário de GW241110 girava na direção oposta à da sua órbita, um caso inédito. Curiosamente, ambas as fusões detectadas apontam para a possibilidade de se tratarem de buracos negros de "segunda geração". 

Com ambos os eventos possuirem um buraco negro significativamente mais massivo do que o outro e girando rapidamente, fornecem evidências tentadoras de que estes buracos negros se formaram a partir de anteriores fusões de buracos negros. Este processo, designado por fusão hierárquica, sugere que estes sistemas se formaram em ambientes densos, em regiões como aglomerados de estrelas, onde é mais provável que os buracos negros se cruzem e se fundam uma e outra vez.

Estas duas fusões de buracos negros binários fornecem alguns dos conhecimentos mais interessantes acerca do início da vida dos buracos negros. Mostra que alguns buracos negros não existem apenas como parceiros isolados, mas provavelmente como membros de uma multidão densa e dinâmica. No futuro, a esperança é que estes eventos e outras observações nos ensinem cada vez mais sobre os ambientes astrofísicos que acolhem estas populações.

A precisão com que GW241011 foi medida também permitiu que as previsões fundamentais da teoria da relatividade geral de Einstein fossem testadas em condições extremas. A equipe encontrou uma excelente concordância com a solução de Kerr e verificou a previsão de Einstein com uma precisão sem precedentes. A solução de Kerr descreve a geometria do espaço-tempo ao redor de um buraco negro massivo e em rotação, sem carga elétrica, sendo uma solução exata para as equações de campo da relatividade geral. Ela introduz a noção de um buraco negro com momento angular (spin), que tem simetria axial e possui uma região chamada ergosfera, onde o espaço-tempo é arrastado pela rotação do buraco negro. 

A descoberta recente teve ainda outra aplicação na física de partículas. A observação de que o buraco negro massivo do sistema binário que produziu GW241011 continua girando rapidamente, mesmo milhões ou bilhões de anos após a sua formação, exclui uma vasta gama de massas de bósons ultraleves previstas por algumas extensões do Modelo Padrão da física de partículas.

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: Max Planck Institute for Gravitational Physics

Três planetas do tamanho da Terra descobertos num sistema binário

Astrônomos revelaram a existência de três planetas do tamanho da Terra no sistema estelar binário TOI-2267, situado a cerca de 190 anos-luz de distância.

© U. Grenoble Alpes (ilustração do sistema TOI-2267)

Esta descoberta é notável porque fornece detalhes sobre a formação e a estabilidade dos planetas em ambientes de estrelas duplas, que há muito são considerados hostis ao desenvolvimento de sistemas planetários complexos. A análise mostra um arranjo planetário único: dois planetas transitam por uma estrela e o terceiro transita pela sua estrela companheira. Isto faz com que TOI-2267 seja o primeiro sistema binário conhecido por abrigar planetas em trânsito em torno de ambas as suas estrelas. TOI-2267 é um binário compacto: duas estrelas orbitam-se uma à outra numa configuração íntima, criando um ambiente gravitacionalmente instável para a formação de planetas. No entanto, os investigadores identificaram três planetas do tamanho da Terra em órbitas curtas, um resultado surpreendente que desafia vários modelos clássicos de formação planetária.

Embora o telescópio espacial TESS da NASA tenha fornecido os dados, a identificação inicial de dois dos três planetas foi conseguida pelos astrônomos da Université de Liège e do IAA-CSIC utilizando o seu próprio software de detecção, o SHERLOCK.

Esta descoberta precoce permitiu à equipe desencadear observações de seguimento a partir do solo com bastante antecedência. A confirmação subsequente da natureza planetária destes sinais exigiu uma campanha intensiva com vários observatórios. Entre eles, os telescópios SPECULOOS e TRAPPIST, liderados pela Université de Liège, desempenharam um papel central. Estas instalações robóticas, otimizadas para estudar pequenos exoplanetas em torno de estrelas fracas e frias, foram cruciais para confirmar os planetas e caracterizar o sistema.

Esta descoberta levanta muitas questões sobre a formação de planetas em sistemas binários e abre caminho a novas observações, nomeadamente com o telescópio espacial James Webb e a próxima geração de telescópios terrestres gigantes. Estes instrumentos permitirão medir com precisão as massas, densidades e talvez até a composição atmosférica destes mundos distantes.

Um artigo foi publicado no periódico Astronomy & Astrophysics.

Fonte: Université de Liège

Uma recém-descoberta "super-Terra" é um alvo privilegiado

A descoberta de uma possível "super-Terra" a menos de 20 anos-luz do nosso planeta oferece uma nova esperança na procura de outros mundos que possam abrigar vida.

© U. Califórnia (ilustração do exoplaneta GJ 251 c)

O exoplaneta, chamado GJ 251 c, é quase quatro vezes mais massivo do que a Terra e que é provável que seja um planeta rochoso. Ele está na zona habitável, a distância certa da sua estrela para que possa existir água líquida na sua superfície, caso tenha uma atmosfera adequada.

Durante décadas, a procura de planetas que possam abrigar água líquida, e talvez vida, levou os astrônomos a conceber e a construir telescópios avançados e modelos computacionais capazes de detectar até os sinais mais tênues da luz das estrelas.

Esta última descoberta foi o resultado de duas décadas de dados observacionais e oferece uma das perspectivas mais promissoras para a procura de sinais de vida em outros planetas. O exoplaneta foi encontrado usando dados do HPF (Habitable-Zone Planet Finder), um espectrógrafo de alta precisão no infravermelho próximo, um prisma complexo que separa os sinais da luz das estrelas, fixado ao Telescópio Hobby-Eberly no Observatório McDonald no Texas.

Os pesquisadores fizeram a descoberta analisando uma vasta coleção de dados, abrangendo mais de 20 anos e recolhidos por telescópios de todo o mundo, centrando-se na oscilação da estrela hospedeira do planeta, GJ 251. Esta oscilação consiste em pequenos desvios Doppler na luz da estrela causados pela gravidade de um planeta em órbita. Usaram as observações de base para melhorar as medições da oscilação de um planeta interior anteriormente conhecido, GJ 251 b, que completa uma órbita em torno da estrela de 14 em 14 dias. Depois combinaram os dados da linha de base com novos dados de alta precisão do HPF para revelar um segundo sinal, mais forte, aos 54 dias, indicando que havia outro planeta, muito mais massivo, no sistema.

Um dos maiores desafios para encontrar mundos distantes é o de separar o sinal planetário da atividade da própria estrela, uma espécie de clima estelar. A atividade estelar, como as manchas estelares, pode imitar o movimento periódico de um planeta, dando a falsa impressão de um planeta onde não existe nenhum. Para distinguir o sinal do ruído, os pesquisadores aplicaram técnicas avançadas de modelação computacional para analisar a forma como os sinais mudam em diferentes comprimentos de onda  da luz. 

A atenuação do ruído da atividade estelar exigiu não só instrumentação de ponta e acesso telescópico, mas também a personalização dos métodos de ciência de dados para as necessidades específicas desta estrela e da combinação de instrumentos. A combinação de dados requintados e métodos estatísticos de ponta permitiu transformar os dados numa descoberta empolgante que abre caminho a futuros observatórios para procurar evidências de vida para além do nosso Sistema Solar. 

Um artigo foi publicado no periódico The Astronomical Journal.

Fonte: The Pennsylvania State University