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

Um buraco negro fornecendo a taxa de formação estelar em galáxia

Esta imagem obtida pelo telescópio espacial Hubble apresenta a pitoresca galáxia espiral NGC 4941, que fica a cerca de 67 milhões de anos-luz da Terra na constelação de Virgem.

© Hubble (NGC 4941)

Como esta galáxia está próxima, cosmicamente falando, os instrumentos aguçados do Hubble são capazes de captar detalhes requintados, como aglomerados de estrelas individuais e nuvens filamentosas de gás e poeira. Os dados usados para construir esta imagem foram coletados como parte de um programa de observação que investiga a formação de estrelas e o ciclo de retorno de estrelas em galáxias próximas.

À medida que as estrelas se formam em aglomerados densos e frios de gás, elas começam a influenciar seus arredores. As estrelas aquecem e agitam as nuvens de gás nas quais nascem por meio de ventos, luz estelar e eventualmente, para estrelas massivas explodindo como supernovas.

Esses processos são chamados coletivamente de feedback estelar e afetam a taxa na qual uma galáxia pode formar novas estrelas. Acontece que as estrelas não são as únicas entidades fornecendo feedback em NGC 4941. No coração desta galáxia está um núcleo galáctico ativo: um buraco negro supermassivo se alimentando de gás. À medida que o buraco negro acumula gás de seus arredores, o gás gira em um disco superaquecido que brilha intensamente em comprimentos de onda em todo o espectro eletromagnético.

Semelhante às estrelas, mas em uma escala muito maior, os núcleos galácticos ativos moldam suas proximidades por meio de ventos, radiação e jatos poderosos, alterando não apenas a formação de estrelas, mas também a evolução da galáxia como um todo.

Fonte: ESA

Nova forma de encontrar buracos negros escondidos no Universo primitivo

Uma equipe internacional de investigação liderada pelo professor Ken-ichi Tadaki da Universidade Hokkai-Gakuen, no Japão, fez uma descoberta inovadora utilizando o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array).

© K. Tadaki (intensa radiação proveniente de buraco negro)

A equipe captou sinais de rádio de alta resolução sem precedentes do gás quente que rodeia um buraco negro supermassivo. Esta técnica de observação inovadora promete revelar buracos negros escondidos que se formaram durante os primeiros estágios do Universo. O buraco negro supermassivo está localizado a 12,9 bilhões de anos-luz de distância e tem uma massa superior a um bilhão de vezes a do Sol.

Os quasares estão entre os objetos mais brilhantes do Universo, alimentados por buracos negros supermassivos que geram uma energia intensa à medida que consomem a matéria circundante. A análise das regiões mais internas dos quasares distantes tem sido um desafio, apesar do seu brilho. 

Neste estudo inovador, os pesquisadores concentraram-se nos sinais de rádio emitidos por moléculas de monóxido de carbono (CO) altamente energizadas. As observações de altíssima resolução revelaram, pela primeira vez, os mecanismos de aquecimento que afetam o gás a apenas algumas centenas de anos-luz do buraco negro. A deteção de fortes emissões de CO a altos níveis energéticos indica condições de gás extraordinariamente quentes em torno do buraco negro.

Embora a radiação ultravioleta das estrelas recém-formadas aqueça tipicamente o gás nas regiões de formação estelar, as condições extremas observadas não podem ser explicadas apenas pela atividade estelar. A pesquisa aponta para os poderosos raios X que emanam do disco de acreção e da coroa do buraco negro como a principal fonte de aquecimento. Estes raios X podem elevar as temperaturas do gás muito para além dos níveis observados nas típicas regiões de formação estelar.

Além disso, a equipe encontrou evidências de que os poderosos ventos do quasar e as ondas de choque contribuem ainda mais para este aquecimento extremo, demonstrando que a região central do quasar representa um dos ambientes mais dinâmicos do cosmos. Esta descoberta tem implicações significativas para a nossa compreensão das populações de buracos negros no Universo primitivo.

Os quasares orientados com linhas de visão relativamente claras aparecem excepcionalmente brilhantes no visível e em raios X. No entanto, se o quasar for visto através de uma camada muito mais espessa de poeira cósmica, a luz visível e os raios X podem ser bloqueados, fazendo com que fique "escondido". Muitos buracos negros supermassivos podem estar escondidos em regiões poeirentas do Universo primitivo, simplesmente sem serem detectados. Como as ondas de rádio observadas pelo ALMA não são facilmente absorvidas pela poeira, esta técnica torna-se uma ferramenta poderosa para descobrir estes buracos negros supermassivos escondidos.

Ao aplicar observações semelhantes de alta resolução de emissões energéticas de CO em outros objetos, os astrônomos esperam desenvolver um censo mais abrangente de buracos negros supermassivos primitivos e obter conhecimentos cruciais sobre a sua formação e evolução.

Um artigo foi publicado na revista Nature Astronomy.

Fonte: National Astronomical Observatory of Japan