Descoberto um par de estrelas condenadas próximo da Via Láctea

Astrônomos da Universidade de Warwick descobriram um sistema estelar binário compacto, de massa elevada e extremamente raro, a apenas 150 anos-luz de distância.

© M. Garlick (colisão de duas estrelas anãs brancas)

Estas duas estrelas estão separadas por apenas 1/60 da distância Terra-Sol, e se movem em rota de colisão para explodir como uma supernova do Tipo Ia, aparecendo 10 vezes mais brilhante do que a Lua no céu noturno. 

As supernovas de Tipo Ia são uma classe especial de explosões cósmicas, famosas por serem usadas como "velas padrão" para medir as distâncias entre a Terra e as galáxias que as acolhem. Ocorrem quando uma anã branca (o núcleo denso remanescente de uma estrela) acumula demasiada massa, é incapaz de resistir à sua própria gravidade e explode.

Há muito que se prevê teoricamente que duas anãs brancas em órbita são a causa da maioria das explosões de supernova de Tipo Ia. Quando numa órbita próxima, a anã branca mais massiva do par acumula gradualmente material da sua parceira, o que leva a que essa estrela (ou ambas) exploda. 

Esta descoberta não só encontrou pela primeira vez um sistema deste tipo, como encontrou um par compacto de anãs brancas mesmo à nossa porta cósmica, na Via Láctea. O novo sistema é o mais massivo do seu gênero alguma vez confirmado, com uma massa combinada de 1,56 vezes a do Sol. Com uma massa tão elevada, isto significa que as estrelas estão destinadas a explodir. No entanto, a explosão só ocorrerá daqui a 23 bilhões de anos e, apesar de estar tão perto do nosso Sistema Solar, esta supernova não porá o nosso planeta em perigo. 

Utilizando dados do NOT (Nordic Optical Telescope) e do telescópio William Herschel, ambos localizados no Observatório Roque de Los Muchachos (Garafía, La Palma), a equipe conseguiu compreender os pormenores precisos de como as duas estrelas chegarão ao seu fim. 

Neste momento, as anãs brancas estão girando em torno uma da outra, numa órbita que dura mais de 14 horas. Ao longo de bilhões de anos, a radiação das ondas gravitacionais fará com que as duas estrelas espiralem uma em direção à outra até que, no limiar do evento de supernova, estarão se movendo tão rapidamente que completam uma órbita em apenas 30 a 40 segundos. 

Para o evento de supernova, a massa será transferida de uma anã para a outra, resultando numa rara e complexa explosão de supernova através de uma detonação quádrupla. A superfície da anã que ganha massa detona primeiro onde está acumulando material, fazendo com que o seu núcleo exploda em segundo lugar. Isto ejeta material em todas as direções, colidindo com a outra anã branca, fazendo com que o processo se repita para uma terceira e quarta detonação. 

As explosões destruirão completamente todo o sistema, com níveis de energia de um octilhão de vezes superiores aos da mais poderosa bomba nuclear. Em bilhões de anos no futuro, esta supernova aparecerá como um ponto de luz muito intenso no céu noturno.

Caso a Terra ainda exista, em comparação, fará com que alguns dos objetos mais brilhantes pareçam tênues, aparecendo até dez vezes mais brilhante do que a Lua e 200.000 vezes mais brilhante do que Júpiter.

Um artigo foi publicado na revista Nature Astronomy.

Fonte: Instituto de Astrofísica de Canarias

Fótons "piscantes" iluminam um buraco negro

Um pesquisador Stephen DiKerby, da Universidade do Estado do Michigan, nos EUA, observou raios X provenientes de um buraco negro utilizando o telescópio de raios X Chandra da NASA.

© XMM Newton / Chandra (galáxia de Andrômeda)

Os buracos negros têm uma mística, uma aura. São os monstros invisíveis do Universo, mas os cientistas de todo o mundo não se intimidam perante estes colossos. Aceitam-nos como laboratórios de investigação em física e astronomia. Os buracos negros supermassivos são objetos com milhões ou bilhões de vezes a massa do Sol, comprimidos num espaço tão pequeno que nem a luz consegue escapar. 

O material que cai na gravidade intensa do buraco negro pode aquecer até temperaturas extremas. Os raios X do ambiente próximo de buracos negros supermassivos podem ser observados com telescópios como o observatório de raios X Chandra, que orbita a Terra.

DiKerby, que também é membro do observatório de neutrinos IceCube, e os seus colaboradores examinaram 15 anos de dados recolhidos pelo Chandra. Depois, juntaram um registo dos raios X produzidos por um buraco negro supermassivo na galáxia de Andrômeda chamado M31*. 

A sua pesquisa permite compreender a relação única entre uma galáxia e o seu buraco negro. Este fato é fundamental para entender como o Universo se desenvolveu nos últimos 13,8 bilhões de anos. A história não começa com os buracos negros, mas com os neutrinos,  partículas minúsculas e eletricamente neutras que atravessam o espaço em direção à Terra.

Os neutrinos podem ser produzidos pelos ambientes próximos de buracos negros supermassivos como o de M31*. O Chandra tem uma resolução espacial tão fina que consegue distinguir a emissão de raios X de M31* de três outras fontes de raios X que se aglomeram à sua volta no núcleo de Andrômeda. 

Os pesquisadores determinaram que M31* está num estado elevado desde 2006, quando ejetou um dramático sinal de raios X. Descobriram também que M31* sofreu outra erupção de raios X em 2013. Este achado alinha-se com uma descoberta recente do IceCube que ligou as erupções relacionadas com neutrinos em outra galáxia com o seu supermassivo negro.

Estes resultados mostram como as observações de buracos negros supermassivos próximos podem revelar prováveis janelas temporais para emissões de neutrinos. O seu trabalho utilizou as posições precisas de quatro fontes de raios X no núcleo da galáxia de Andrómeda: S1, SSS, N1 e P2, para identificar a localização do buraco negro supermassivo em P2.

Um artigo foi publicado pelo periódico The Astrophysical Journal.

Fonte: Michigan State University

A atração gravitacional mútua entre duas galáxias

Esta imagem mostra as galáxias NGC 3169 e NGC 3166.

© Rafael Sampaio (NGC 3169 e NGC 3166)

Localizada a aproximadamente 75 milhões de anos-luz de distância na constelação de Sextans, a NGC 3169 é uma impressionante galáxia espiral passando por uma interação gravitacional com sua vizinha, a NGC 3166. 

Este encontro cósmico resultou em distorções dramáticas de sua estrutura espiral, estendendo delicadas correntes de maré e plumas estelares que sugerem as imensas forças em jogo. 

Uma das características mais cativantes da NGC 3169 são suas caudas de maré arrebatadoras, remanescentes de sua interação contínua. Estas estruturas alongadas contam a história de como as galáxias evoluem e se remodelam ao longo do tempo, impulsionadas por sua atração gravitacional mútua. As faixas escuras de poeira, iluminadas pelo brilho suave da luz das estrelas, tecem através do núcleo da galáxia, aumentando sua rica complexidade. 

Outro detalhe intrigante é que a NGC 3169 também hospeda um núcleo galáctico ativo, que se acredita abrigar um buraco negro supermassivo. Esta usina de energia emite radiação em vários comprimentos de onda, de rádio a raios X, tornando-se um objeto fascinante para estudo. 

Esta imagem foi efetuada com aproximadamente 62 horas de exposição, captando a beleza crua da evolução galáctica em ação, mostrando o equilíbrio fino entre estrutura e caos no cosmos. 

Fonte: NASA

Nebulosa Planetária Kohoutek 4-55

As nuvens rodopiantes na escuridão do espaço nesta imagem impressionante parecem surreais, como um portal para outro mundo se abrindo diante de nós.

© Hubble (Kohoutek 4-55)

Na verdade, a imagem obtida pelo telescópio espacial Hubble é muito real. Estamos vendo vastas nuvens de átomos e moléculas ionizados, lançados ao espaço por uma estrela moribunda. 

Esta é uma nebulosa planetária chamada Kohoutek 4-55, um membro da galáxia Via Láctea situada a apenas 4.600 anos-luz de distância na constelação de Cygnus (o Cisne). 

As nebulosas planetárias são o espetáculo final da vida de uma estrela gigante. Uma vez que uma estrela gigante vermelha tenha esgotado seu combustível disponível e eliminado suas últimas camadas de gás, seu núcleo compacto se contrairá ainda mais, permitindo uma explosão final de fusão nuclear. 

O núcleo exposto atinge temperaturas extremamente altas, irradiando luz ultravioleta muito energética que energiza as enormes nuvens de gás descartado. As moléculas no gás são ionizadas e brilham intensamente. Na imagem, vermelho e laranja indicam moléculas de nitrogênio, verde é hidrogênio e azul mostra oxigênio na nebulosa. 

A nebulosa planetária Kohoutek 4-55 tem uma forma incomum e multicamadas: um anel interno brilhante é cercado por uma camada mais tênue de gás, tudo envolto em um amplo halo de nitrogênio ionizado. A breve fase de fusão no núcleo terminará após meras dezenas de milhares de anos, deixando uma anã branca que nunca mais iluminará as nuvens ao seu redor. 

Este foi o trabalho final de um dos instrumentos do Hubble: a Wide Field and Planetary Camera 2 (WFPC2). Instalada em 1993 para substituir a Wide Field and Planetary Camera original, a WFPC2 foi responsável por algumas das imagens mais duradouras e descobertas fascinantes do Hubble. Por sua vez, foi substituída pela Wide Field Camera 3 em 2009, durante a missão de manutenção final do Hubble. Os dados para esta imagem foram tirados apenas dez dias antes do instrumento ser removido do telescópio, como uma despedida adequada para o WFPC2 após 16 anos de trabalho. As mais recentes e avançadas técnicas de processamento foram usadas para dar vida aos dados mais uma vez, produzindo esta bela imagem de Kohoutek 4-55.

Fonte: ESA

Novas informações atmosféricas do planeta Urano

O planeta gigante gelado Urano, que viaja em volta do Sol de lado, é um mundo estranho e misterioso.

© NASA (mudanças na atmosfera do planeta Urano)

Agora, num estudo sem precedentes que se estende por duas décadas, pesquisadores que utilizam o telescópio espacial Hubble descobriram novas informações sobre a composição e dinâmica atmosférica do planeta.

Isto só foi possível graças à alta resolução do Hubble, às suas capacidades espectrais e à sua longevidade. Os resultados da equipe vão ajudar os astrônomos a melhor compreender como a atmosfera de Urano funciona e como reage às mudanças da luz solar.

Estas observações de longo prazo fornecem dados valiosos para a compreensão da dinâmica atmosférica deste distante gigante gelado, que pode servir como um representante para o estudo de exoplanetas de tamanho e composição semelhantes.

Quando a Voyager 2 passou por Urano em 1986, tirou uma fotografia em grande plano do planeta. O que viu assemelhava-se a uma bola de bilhar azul-esverdeada com poucas características. Em comparação, o Hubble registou uma história de 20 anos de mudanças sazonais, de 2002 a 2022. Durante esse período, astrônomos utilizaram o instrumento STIS (Space Telescope Imaging Spectrograph) do Hubble, para traçar um quadro preciso da estrutura atmosférica de Urano.

A atmosfera de Urano é constituída principalmente por hidrogênio e hélio, com uma pequena quantidade de metano e vestígios de água e amoníaco. O metano dá a Urano a sua cor ciano, absorvendo os comprimentos de onda vermelhos da luz solar.

A equipa do Hubble observou Urano quatro vezes no período de 20 anos: em 2002, 2012, 2015 e 2022. Descobriram que, ao contrário do que acontece nos gigantes gasosos Saturno e Júpiter, o metano não está uniformemente distribuído por Urano. Em vez disso, está fortemente empobrecido perto dos polos. Este empobrecimento manteve-se relativamente constante ao longo das duas décadas.

No entanto, a estrutura aerossol e da neblina mudou drasticamente, aumentando significativamente o brilho na região polar norte à medida que o planeta se aproxima do solstício de verão em 2030.

Urano demora um pouco mais de 84 anos terrestres para completar uma única órbita em torno do Sol. Assim, ao longo de duas décadas, a equipa do Hubble só viu sobretudo a primavera setentrional, à medida que o Sol deixa de brilhar diretamente sobre o equador de Urano para brilhar quase diretamente sobre o seu polo norte em 2030.

As observações do Hubble sugerem padrões complexos de circulação atmosférica em Urano durante este período. Os dados mais sensíveis à distribuição do metano indicam uma descida nas regiões polares e uma subida em outras regiões. A equipe analisou os seus resultados de várias formas. As colunas da imagem mostram a mudança de Urano durante os quatro anos em que o STIS observou o planeta ao longo do período de 20 anos. Durante esse período de tempo, os pesquisadores observaram as estações de Urano, à medida que a região polar sul (à esquerda) escurecia ao entrar na sombra do inverno, ao passo que a região polar norte (à direita) aumentava de brilho à medida que começava a ser vista mais diretamente com o aproximar do verão. A linha superior, no visível, mostra como a cor de Urano aparece ao olho humano, mesmo através de um telescópio amador.

Na segunda linha, a imagem do planeta, em cores falsas, é constituída a partir de observações no visível e no infravermelho próximo. A cor e o brilho correspondem às quantidades de metano e de aerossóis. Ambas as quantidades não podiam ser distinguidas antes de o STIS do Hubble ter sido apontado pela primeira vez para Urano em 2002. Geralmente, as áreas verdes indicam menos metano do que as áreas azuis, e as áreas vermelhas não mostram metano. As áreas vermelhas estão no limbo, onde a estratosfera de Urano é quase completamente desprovida de metano. As duas linhas inferiores mostram a estrutura de latitude dos aerossóis e do metano inferida a partir de 1.000 comprimentos de onda (cores) diferentes, do visível ao infravermelho próximo.

Na terceira linha, as áreas claras indicam condições mais nubladas, enquanto as áreas escuras representam condições mais limpas. Na quarta linha, as áreas claras indicam metano empobrecido, enquanto as áreas escuras mostram a quantidade total de metano. Nas latitudes médias e baixas, os aerossóis e o empobrecimento de metano têm a sua própria estrutura latitudinal que, na sua maioria, não se alterou muito ao longo das duas décadas de observação.

No entanto, nas regiões polares, os aerossóis e o empobrecimento de metano comportam-se de forma muito diferente. Na terceira linha, os aerossóis perto do polo norte apresentam um aumento dramático, aparecendo muito escuros durante o início da primavera setentrional, tornando-se muito brilhantes nos últimos anos. Os aerossóis também parecem desaparecer no limbo esquerdo à medida que a radiação solar diminui.

Esta é uma evidência de que a radiação solar altera a névoa de aerossóis na atmosfera de Urano. Por outro lado, o empobrecimento de metano parece manter-se bastante elevado em ambas as regiões polares durante todo o período de observação. Os astrônomos vão continuar observando Urano à medida que o planeta se aproxima do verão setentrional.

Fonte: Space Telescope Science Institute

As galáxias morrem mais cedo do que o previsto

Durante muito tempo, os cientistas pensaram que, no Universo primitivo, apenas se observariam galáxias com formação estelar ativa.

© NASA (espectros da galáxia RUBIES-UDS-QG-z7)

Três espectros obtidos pelo NIRSpec sobrepostos a uma imagem obtida pelo NIRCam, dois instrumentos a bordo do telescópio espacial James Webb. A galáxia analisada é mostrada no meio. Aparece em vermelho na imagem e o seu espectro diminui para a esquerda (comprimentos de onda curtos). Para comparação, os espectros em cima e em baixo, em azul e violeta, mostram galáxias típicas com formação estelar num momento semelhante da história cósmica.

O telescópio espacial James Webb revela agora que as galáxias deixaram de formar estrelas mais cedo do que se esperava. Uma descoberta recente que aprofunda a tensão entre os modelos teóricos da evolução cósmica e as observações reais. 

Entre centenas de espectros obtidos com o programa RUBIES do Webb, foi encontrada uma galáxia recorde que já tinha parado de formar estrelas durante uma época em que as galáxias estão normalmente crescendo muito rapidamente. Nos primórdios do Universo, uma galáxia típica acreta gás do meio intergaláctico circundante e transforma este gás em estrelas. Este processo aumenta a sua massa, levando a uma captura de gás ainda mais eficiente e a uma formação estelar acelerada. 

No entanto, as galáxias não crescem indefinidamente, devido ao processo de "extinção". No Universo local, cerca de metade das galáxias observadas deixaram de formar estrelas, ou seja, extinguiram-se e deixaram de crescer. São referidas como galáxias quiescentes, extintas ou "vermelhas e mortas". Aparecem vermelhas porque já não contêm estrelas azuis jovens e brilhantes, apenas restam estrelas vermelhas mais velhas e menores. Uma fração particularmente elevada de galáxias quiescentes é encontrada entre as galáxias massivas, que são frequentemente observadas como tendo morfologias elípticas. Normalmente, a formação destas galáxias vermelhas e mortas demora muito tempo, porque têm de acumular um grande número de estrelas antes de o processo de formação estelar ser finalmente interrompido. O que realmente causa a extinção nas galáxias é ainda um grande enigma.

A procura de galáxias quiescentes tem sido um objetivo importante dos astrônomos desde há anos. Com o avanço da tecnologia, em particular a espectroscopia no infravermelho próximo, foi confirmada a existência de galáxias massivas quiescentes (GMQs) em épocas cósmicas cada vez mais precoces. A sua abundância inferida tem sido difícil de conciliar com os modelos teóricos de formação galáctica, que preveem que tais sistemas deveriam demorar mais tempo a formar-se. 

Com o telescópio espacial James Webb, esta tensão foi levada até um desvio para o vermelho de 5 (1,2 bilhões de anos após o Big Bang), onde várias GMQs foram confirmadas nos últimos anos. Entre estes novos espectros, os cientistas identificaram a galáxia massiva quiescente mais distante encontrada até à data, com um desvio para o vermelho espectroscópico de 7,29, apenas ~700 milhões de anos após o Big Bang. 

O espectro do NIRSpec/PRISM revela uma população estelar surpreendentemente antiga num Universo tão jovem. A modelação detalhada do espectro e dos dados de imagem mostram que a galáxia formou uma massa de mais de 10 bilhões de sóis nos primeiros 600 milhões de anos após o Big Bang, antes de cessar rapidamente a formação estelar, confirmando assim a sua natureza quiescente. 

A descoberta desta galáxia, designada RUBIES-UDS-QG-z7, implica que as galáxias massivas quiescentes nos primeiros bilhões de anos do Universo são mais de 100 vezes mais abundantes do que o previsto por qualquer modelo até à data. Isto, por sua vez, sugere que fatores primordiais nos modelos teóricos (por exemplo, os efeitos dos ventos estelares e a força dos fluxos alimentados pela formação de estrelas e buracos negros massivos) podem ter de ser revistos. As galáxias morreram muito mais cedo do que estes modelos podem prever. 

Finalmente, a pequena dimensão física de RUBIES-UDS-QG-z7, medida em apenas ~650 anos-luz, implica uma elevada densidade de massa estelar comparável às maiores densidades centrais observadas em galáxias quiescentes com desvios para o vermelho ligeiramente inferiores (z~2-5). Estas galáxias são susceptíveis de evoluir para os núcleos das galáxias elípticas mais antigas e mais massivas do Universo local.

A descoberta de RUBIES-UDS-QG-z7 fornece a primeira forte evidência de que os centros de algumas galáxias elípticas massivas próximas podem já ter existido desde as primeiras centenas de milhões de anos do Universo.

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal.

Fonte: Université de Genève

Hickson 44 na constelação de Leão

Ao escanear os céus em busca de galáxias, o astrônomo canadense Paul Hickson e colegas identificaram cerca de 100 grupos compactos de galáxias, agora apropriadamente chamados de Grupos Compactos Hickson.

© Jiang Wu (Hickson 44)

As quatro galáxias proeminentes vistas nesta intrigante paisagem telescópica são um desses grupos, Hickson 44. O grupo de galáxias está a cerca de 100 milhões de anos-luz de distância, muito além das estrelas pontiagudas da Via Láctea em primeiro plano, em direção à constelação de Leão.

As duas galáxias espirais no centro da imagem são NGC 3190 de perfil com suas faixas de poeira distintas e distorcidas, e NGC 3187 em forma de S. Junto com a brilhante elíptica, NGC 3193 (acima e à esquerda), elas também são conhecidas como Arp 316. A espiral em direção ao canto inferior direito é NGC 3185, o quarto membro do grupo Hickson. 

Como outras galáxias em grupos de Hickson, estas mostram sinais de distorção e formação estelar aprimorada, evidência de um cabo de guerra gravitacional que eventualmente resultará em fusões de galáxias em uma escala de tempo cósmica. O processo de fusão é agora compreendido como uma parte normal da evolução das galáxias, incluindo a nossa própria Via Láctea. 

Para efeito de escala, NGC 3190 tem cerca de 75.000 anos-luz de diâmetro na distância estimada de Hickson 44.

Fonte: NASA