Uma galáxia poderosa e solitária

Quando o Universo tinha apenas um terço de sua idade atual, a maioria dos aglomerados de galáxias ainda estava se formando. Agora, as observações revelam que um deles já estava no jogo final: a galáxia 3C 297.

© Chandra / VLA / Gemini (galáxia 3C 297)

Os dados de raios X do Chandra são coloridos em roxo nesta imagem, mostrando o halo de gás quente que envolve 3C 297. Os dados de rádio do Very Large Array são vermelhos e destacam os jatos movidos de buracos negros. Os dados de luz visível do telescópio Gemini são verdes e vêm principalmente da própria galáxia. Dados de luz visível e infravermelho do telescópio espacial Hubble (azul e laranja, respectivamente) também foram incluídos. O campo de visão desta imagem é muito pequeno para mostrar qualquer uma das galáxias circundantes, nenhuma das quais está à mesma distância de 3C 297. 

Este chamado grupo fóssil consiste em apenas uma galáxia, porque já comeu todas as suas companheiras. Os astrônomos há muito estudam 3C 297, uma galáxia elíptica gigante que hospeda um buraco negro supermassivo e um poderoso jato alimentado por um buraco negro que se estende por cerca de 140.000 anos-luz no espaço intergaláctico. Sua luz viajou 9,2 bilhões de anos-luz até a Terra. 

O poder de tais galáxias, gravitacional ou não, é conhecido por influenciar seu ambiente. Então, Valentina Missaglia (Universidade de Torino, Itália) e seus colegas começaram a explorar seus arredores em detalhes. As imagens do observatório de raios X Chandra revelaram gás de milhões de graus ao redor da galáxia, o tipo de halo de gás típico de grupos com muitos membros. As características do jato de dois lóbulos saindo do centro da galáxia também indicam a largura do halo de gás. Um lóbulo está dobrado, como visto anteriormente em observações de rádio, e o outro colidiu com o gás circundante, iluminando-se em raios X. Ambas as características apontam para um halo de gás gigante e com muitas companheiras.

Mas medições espectroscópicas com o Observatório Gemini no Havaí mostram que nenhuma das galáxias que cerca de 3C 297 está perto dela, elas estão alinhadas apenas por acaso. Quaisquer companheiras que as observações possam ter perdido teriam que ser 10 vezes mais fracas que a nossa, colocando-as na ordem das galáxias anãs.

O cenário mais provável que explicaria todas as observações é que 3C 297 era um grupo de galáxias, mas em apenas alguns bilhões de anos conseguiu assimilar todas elas. Se este grupo for um fóssil, é um recordista, residindo em um Universo de apenas 4,5 bilhões de anos. O recordista anterior existia 5,8 bilhões de anos após o Big Bang. Isto começa a ultrapassar os limites da rapidez com que as galáxias e os aglomerados de galáxias devem ter se formado. 

Para confirmar a descoberta, a pesquisadora gostaria de ver um censo mais completo das galáxias ao seu redor. Pode ser que estejamos vendo um grupo fóssil em um estágio anterior de evolução. Ao contrário de outros grupos de fósseis, cujos halos de raios X não são notáveis, o halo em torno de 3C 297 “parece um tanto perturbado”. Isso pode ser devido a uma fusão recente, o que significa que a galáxia acabou de absorver suas companheiras.

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal. 

Fonte: Sky & Telescope

A primeira bolha do meio intergaláctico

Recorrendo ao Observatório W. M. Keck em Maunakea, Havaí, astrofísicos descobriram um protoaglomerado de galáxias, no Universo primitivo, rodeado de gás que é surpreendentemente quente.

© Three Hundred Collaboration (vista simulada de um protoaglomerado de galáxias)

A área amarela no centro da imagem representa uma enorme bolha de gás quente que abrange vários milhões de anos-luz. A cor azul indica gás mais frio localizado nas regiões exteriores do protoaglomerado e os filamentos que ligam o gás quente a outras estruturas. Os pontos brancos embutidos na distribuição de gás representa a luz emitida pelas estrelas.

Este gás escaldante engloba uma região que consiste numa coleção gigantesca de galáxias chamada COSTCO-I. Observado quando o Universo era 11 bilhões de anos mais jovem, COSTCO-I data de uma época em que o gás que preenchia a maior parte do espaço fora das galáxias visíveis, chamado meio intergaláctico, era significativamente mais frio. Durante esta era, conhecida como "Meio-Dia Cósmico", as galáxias no Universo encontravam-se no auge da formação estelar; o seu ambiente estável estava repleto do gás frio de que precisavam para se formar e crescer, com temperaturas de cerca de 10.000º C.

Em contraste, o "caldeirão" de gás associado com COSTCO-I parece estar à frente do seu tempo, "cozinhando" num estado quente e complexo; as suas temperaturas assemelham-se ao atual meio intergaláctico, que vai de 100.000 a mais de 10 milhões de graus Celsius, frequentemente chamado "Meio Intergaláctico Morno-Quente" (em inglês, WHIM - Warm-Hot Intergalactic Medium). 

Esta descoberta marca a primeira vez que os astrofísicos identificaram uma área de gás antigo mostrando características do meio intergaláctico dos tempos modernos; é de longe a mais antiga parte conhecida do Universo que ferveu até às temperaturas do atual WHIM. A pesquisa foi liderada por uma equipe do Instituto Kavli para Física e Matemática do Universo (parte da Universidade de Tóquio).

A equipe observou COSTCO-I quando o Universo tinha apenas um-quarto da sua idade atual. O protoaglomerado de galáxias tem uma massa total de mais de 400 trilhões de vezes a massa do nosso Sol e abrange vários milhões de anos-luz. 

Apesar dos astrónomos estarem agora descobrindo regularmente protoaglomerado de galáxias tão distantes, foi encontrado algo estranho quando foram verificados os espectros ultravioletas que cobrem a região de COSTCO-I utilizando o instrumento LRIS (Low Resolution Imaging Spectrometer) do Observatório Keck. 

Normalmente, a grande massa e o tamanho dos protoaglomerado de galáxias lançariam uma sombra quando vistos nos comprimentos de onda específicos do hidrogênio neutro associado ao gás do protoaglomerado. Não foi encontrada tal sombra de absorção na posição de COSTCO-I. 

A ausência de hidrogênio neutro rastreando o protoaglomerado implica que o gás deve estar aquecido a temperaturas de possivelmente milhões de graus, muito acima do estado frio esperado para o meio intergaláctico naquela época distante.

As propriedades e a origem do WHIM continua a ser uma das maiores questões da astrofísica atual. Ser capaz de vislumbrar um dos primeiros locais de aquecimento do WHIM ajudará a revelar os mecanismos que fizeram o gás intergaláctico ferver na espuma atual. Existem algumas possibilidades de como isto pode acontecer, mas pode ser ou devido ao aquecimento do gás quando colide durante o colapso gravitacional, ou devido a gigantescos jatos de rádio que podem estar bombeando energia de buracos negros supermassivos dentro do protoaglomerado. 

O meio intergaláctico serve como reservatório de gás que alimenta matéria-prima às galáxias. O gás quente comporta-se de forma diferente do gás frio, o que determina a facilidade com que podem fluir para as galáxias e assim formar estrelas. Como tal, ter a capacidade de estudar diretamente o crescimento do WHIM no Universo primitivo permite aos astrônomos construir uma imagem coerente da formação das galáxias e do ciclo de vida do gás que as alimenta. 

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal Letters. 

Fonte: W. M. Keck Observatory

O aglomerado estelar jovem NGC 346

O aglomerado estelar jovem mais massivo na Pequena Nuvem de Magalhães é o NGC 346, embutido na maior região de formação estelar da nossa pequena galáxia satélite, a cerca de 210.000 anos-luz de distância.

© James Webb (NGC 346)

É claro que as estrelas massivas de NGC 346 têm vida curta, mas são muito energéticas. Seus ventos e radiação esculpem as bordas da nuvem molecular empoeirada da região, desencadeando a formação de estrelas dentro. 

A região de formação estelar também parece conter uma grande população de estrelas récem-formadas. Com apenas 3 a 5 milhões de anos e ainda não queimando hidrogênio em seus núcleos, estas estrelas estão espalhadas pelo aglomerado estelar incorporado. 

Esta imagem infravermelha espetacular da NGC 346 foi obtida pela NIRcam do telescópio espacial James Webb. A emissão de hidrogênio atômico ionizado pela radiação energética das estrelas massivas, bem como hidrogênio molecular e poeira na nuvem molecular de formação estelar é detalhada em tons de rosa e laranja. A imagem nítida do Webb da jovem região de formação estelar abrange 240 anos-luz em relação à distância da Pequena Nuvem de Magalhães. 

Fonte: NASA

A Cascata de Estrelas de Kemble

Esta linha de estrelas é real.

© Tommy Lease (Cascata de Kemble)

Um pouco fraca demais para ser vista a olho nu, a cascata de estrelas de Kemble inspira admiração quando vista com binóculos. Porém, como o Big Dipper na Ursa Maior, a Cascata de Kemble é um asterismo, não uma constelação. O asterismo é visível no céu do norte em direção à constelação do pescoço comprido da Girafa (Camelopardalis). 

Esta cadeia de cerca de 20 estrelas não relacionadas, cada uma com brilho semelhante, abrange mais de cinco vezes a largura angular da Lua cheia. Estendendo-se diagonalmente do canto superior esquerdo ao canto inferior direito, a Cascata de Kemble foi popularizada no século passado pelo entusiasta da astronomia Lucian Kemble. 

O objeto brilhante próximo ao canto superior esquerdo da imagem é o relativamente compacto aglomerado aberto de estrelas Jolly Roger, oficialmente designado como NGC 1502, que foi descoberto pelo astrônomo William Herschel em 1787. 

Fonte: NASA

Descoberto um denso nó cósmico no Universo primitivo

Os astrônomos que olham para o início do Universo fizeram uma descoberta surpreendente utilizando o telescópio espacial James Webb.

© Webb (quasar SDSS J165202.64)

As capacidades espectroscópicas do Webb, combinadas com a sua sensibilidade infravermelha, revelaram um aglomerado de galáxias massivas em processo de formação ao redor de um quasar extremamente vermelho.

O resultado vai expandir a nossa compreensão de como as galáxias no início do Universo se fundiram na teia cósmica que vemos hoje. O quasar em questão, SDSS J165202.64+172852.3, é um quasar "extremamente vermelho" que existe nos primórdios do Universo, há 11,5 bilhões de anos.

Os quasares são um tipo raro e incrivelmente luminoso de núcleo galáctico ativo. Este quasar é um dos mais poderosos núcleos galácticos ativos conhecidos que foi visto a uma distância tão extrema. Os astrônomos tinham especulado que a emissão extrema do quasar poderia causar um "vento galáctico", empurrando gás livre para fora da sua galáxia hospedeira e possivelmente influenciando em muito a sua futura formação estelar.

Um núcleo galáctico ativo é uma região compacta no centro de uma galáxia que emite radiação eletromagnética suficiente para brilhar mais do que todas as estrelas da galáxia. Os núcleos galácticos ativos, incluindo os quasares, são alimentados por gás que cai num buraco negro supermassivo no centro da sua galáxia. Normalmente emitem grandes quantidades de luz em todos os comprimentos de onda, mas este núcleo galáctico é um membro de uma classe invulgarmente vermelha. Para além da sua cor vermelha intrínseca, a luz da galáxia foi desviada ainda mais para o vermelho devido à sua grande distância. Isto fez com que o Webb, tendo uma sensibilidade inigualável em comprimentos de onda infravermelhos, fosse perfeitamente adequado para examinar a galáxia em detalhe.

Para analisar o movimento do gás, da poeira e do material estelar na galáxia, foi utilizado o NIRSpec (Near Infrared Spectrograph) do telescópio. Este poderoso instrumento pode simultaneamente reunir espectros em todo o campo de visão do telescópio, em vez de apenas um ponto de cada vez, uma técnica conhecida como espectroscopia de campo integral. Isto permitiu-lhes examinar simultaneamente o quasar, a sua galáxia e o ambiente mais amplo. 

A espectroscopia foi fundamental para compreender o movimento dos vários fluxos e ventos que rodeavam o quasar. Os movimentos destes gases afetam a luz que emitem e refletem, fazendo com que esta seja desviada para o vermelho ou desviada para o azul em proporção à sua velocidade e direção. 

A equipe foi capaz de ver e caracterizar este movimento ao rastrear o oxigênio ionizado nos espectros do NIRSpec. Estudos anteriores realizados, entre outros, pelo telescópio espacial Hubble e pelo NIFS (Near-Infrared Integral Field Spectrometer) montado no telescópio Gemini North, chamaram a atenção para os poderosos fluxos do quasar e os astrônomos tinham especulado que a sua galáxia hospedeira poderia estar se fundindo com algum parceiro invisível. Além disso, os dados NIRSpec do Webb indicaram claramente que não estavam apenas olhando para uma galáxia, mas para pelo menos mais três girando à sua volta. 

Graças aos espectros de campo integral, os movimentos de todo este material circundante puderam ser mapeados, resultando na conclusão de que SDSS J165202.64+172852.3 fazia parte de um nó denso de formação galáctica.

Usando as observações de campo integral do NIRSpec, a equipe foi capaz de confirmar três companheiras galácticas deste quasar e mostrar como estão ligadas. Os dados de arquivo do Hubble sugerem que podem haver ainda mais. As imagens do WFC3 (Wide Field Camera 3) do Hubble tinham mostrado material alargado em torno do quasar e da sua galáxia, levando à sua seleção para este estudo sobre o fluxo e os efeitos na sua galáxia hospedeira. 

As três galáxias confirmadas orbitam-se umas às outras a velocidades incrivelmente elevadas, uma indicação de que está presente uma grande quantidade de massa. Quando combinadas com a proximidade a que se encontram na região ao redor deste quasar, a equipe pensa que isto marca uma das áreas de formação galáctica mais densa conhecidas no início do Universo.

 Há muito que se suspeita que os quasares são os responsáveis pela redução da formação estelar nas suas galáxias hospedeiras. As presentes observações são apenas as primeiras de um conjunto que irá estudar três quasares com o Webb, cada um em momentos diferentes no passado do Universo. "Separar a luz incrivelmente brilhante de um quasar distante da hospedeira muito mais fraca e das suas companheiras é quase impossível a partir do solo.

Fonte: Johns Hopkins University

Estrelas fornecem uma janela para o Universo primitivo

Os astrônomos têm ficado perplexos ao encontrar estrelas jovens em espiral no centro de um enorme aglomerado de estrelas na Pequena Nuvem de Magalhães, uma galáxia satélite da Via Láctea.

© STScI (NGC 346)

O braço exterior da espiral neste enorme berçário estelar de forma estranha, chamado NGC 346, pode estar alimentando a formação de estrelas num movimento de gás e estrelas em forma de rio. 

A Pequena Nuvem de Magalhães tem uma composição química mais simples do que a Via Láctea, tornando-a semelhante às galáxias encontradas no Universo mais jovem, quando os elementos mais pesados eram mais escassos. Devido a isto, as estrelas na Pequena Nuvem de Magalhães são mais quentes e esgotam o seu combustível mais depressa do que as estrelas na nossa Via Láctea. 

Embora seja homóloga do Universo primitivo, a 200.00 anos-luz de distância, a Pequena Nuvem de Magalhães é também uma das nossas vizinhas galácticas mais próximas. Aprender como as estrelas se formam na Pequena Nuvem de Magalhães fornece uma nova reviravolta na forma como uma tempestade de formação estelar pode ter ocorrido no início da história do Universo, cerca de dois a três bilhões de anos após o Big Bang. 

Os novos resultados mostram que o processo de formação estelar na NGC 346, é semelhante ao da Via Láctea. Com apenas 150 anos-luz em diâmetro, a NGC 346 contém a massa de 50.000 sóis. A sua forma intrigante e o seu rápido ritmo de formação estelar têm intrigado os astrônomos. 

Foi necessário o poder combinado do telescópio espacial Hubble e do VLT (Very Large Telescope) do ESO para desvendar o comportamento deste misterioso local de nidificação estelar. 

As estrelas são as máquinas que esculpem o Universo. Não teríamos vida sem estrelas e, no entanto, não compreendemos totalmente como se formam. Existem vários modelos que fazem previsões, e algumas destas previsões são contraditórias. 

Os pesquisadores determinaram o movimento das estrelas na NGC 346 de duas maneiras diferentes. Usando o Hubble, uma equipe mediu as mudanças nas posições das estrelas ao longo de 11 anos. As estrelas nesta região movimentam-se a uma velocidade média de 3.200 km/h, o que significa que em 11 anos se movem mais de 300 milhões de quilômetros. Isto é cerca do dobro da distância entre a Terra e o Sol. 

Mas este aglomerado está relativamente distante, dentro de uma galáxia vizinha. Isto significa que o movimento observado é muito pequeno e, portanto, difícil de medir. Estas observações extraordinariamente precisas só foram possíveis graças à resolução requintada e à alta sensibilidade do Hubble. Além disso, a história de três décadas de observações do Hubble fornece uma base para os astrônomos seguirem movimentos celestes minuciosos ao longo do tempo. 

Outra equipe usou o instrumento MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer) do VLT (Very Large Telescope) para medir a velocidade radial, que determina se um objeto se aproxima ou se afasta do observador. 

Metade dos dados do Hubble para este estudo da NGC 346 são de arquivo. As primeiras observações foram feitas há 11 anos. Foram repetidas recentemente para rastrear o movimento das estrelas ao longo do tempo. Dada a longevidade do telescópio, o arquivo de dados do Hubble contém agora mais de 32 anos de dados astronômicos, alimentando estudos a longo prazo sem precedentes.

As observações com o telescópio espacial Webb devem ser capazes de resolver estrelas de massa inferior no aglomerado, dando uma visão mais holística da região. Ao longo da vida do Webb, os astrônomos poderão repetir esta experiência e medir o movimento das estrelas de baixa massa. Serão então capazes de comparar as estrelas de massa alta e as estrelas de massa baixa para finalmente aprenderem toda a extensão da dinâmica deste berçário.

Um artigo foi publicado no periódico Astrophysical Journal.

Fonte: ESA

Qual é a massa deste aglomerado de galáxias?

Já passou quase um século desde que o astrônomo Fritz Zwicky calculou pela primeira vez a massa do Aglomerado de Cabeleira de Berenice, uma densa coleção de quase 1.000 galáxias localizadas no Universo próximo.

© Hubble (NGC 4911)

Mas estimar a massa de algo tão grande e denso, que está a 320 milhões de anos-luz de distância, não é fácil. As medições iniciais de Zwicky, e as muitas feitas desde então, têm fontes de erros que enviesam a massa para cima ou para baixo. 

Agora, utilizando ferramentas de aprendizagem de máquina, uma equipe liderada por físicos da Universidade Carnegie Mellon desenvolveu um método de aprendizagem profunda que estima com precisão a massa do Aglomerado de Cabeleira de Berenice e atenua eficazmente as fontes de erro. 

Os métodos de aprendizagem de máquina são utilizados com sucesso numa variedade de campos para encontrar padrões em dados complexos, mas só na última década é que ganharam uma posição de destaque na investigação cosmológica. Para alguns pesquisadores na área, estes métodos vêm com uma grande preocupação: uma vez que é difícil compreender o funcionamento interno de um modelo complexo de aprendizagem de máquina, será que podemos confiar neles para fazer aquilo para que foram concebidos?

Para calcular a massa do Aglomerado de Cabeleira de Berenice, Zwicky e outros utilizaram uma medição dinâmica da massa, na qual estudaram o movimento ou velocidade de objetos em órbita dentro e ao redor do aglomerado de galáxias e depois utilizaram a sua compreensão da gravidade para inferir a massa do aglomerado. Mas esta medição é susceptível a uma variedade de erros. 

Os aglomerados de galáxias existem como nós numa enorme teia de matéria distribuída pelo Universo, e estão constantemente colidindo e se fundindo uns com os outros, o que distorce o perfil de velocidade das galáxias constituintes. E considerando que o aglomerado é observado a uma grande distância, há elementos que pode distorcer a medição da massa.

Pesquisas recentes fizeram progressos no sentido de quantificar e contabilizar o efeito destes erros, mas os métodos baseados na aprendizagem de máquina fornecem uma abordagem inovadora baseada em dados. Uma das maiores falhas com as abordagens de aprendizagem de máquina padrão é que normalmente produzem resultados sem quaisquer incertezas. Este método inclui estatísticas Bayesianas robustas, que permitem quantificar a incerteza nos resultados. Foi desenvolvido um método inovador através da personalização de uma conhecida ferramenta de aprendizagem de máquina chamada rede neuronal convolucional, que é um tipo de algoritmo de aprendizagem profunda utilizado no reconhecimento de imagens. 

Os pesquisadores treinaram o seu modelo, alimentando-o com dados provenientes de simulações cosmológicas do Universo. O modelo aprendeu através da observação das características observáveis de milhares de aglomerados de galáxias, cuja massa já é conhecida. Após uma análise aprofundada da manipulação dos dados de simulação pelo modelo, foi aplicado a um sistema real, o Aglomerado de Cabeleira de Berenice, cuja verdadeira massa não é conhecida. 

O método calculou uma estimativa de massa que é consistente com a maioria das estimativas de massa feitas desde os anos 80. Isto marca a primeira vez que esta metodologia específica de aprendizagem de máquina foi aplicada a um sistema observacional.

Modelos como estes vão ser críticos daqui para a frente, especialmente quando levantamentos espectroscópicos em grande escala, como o DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument), o Observatório Vera C. Rubin e Euclides, começarem a divulgar a vasta quantidade de dados que estão recolhendo do céu. Em breve haverá um fluxo de dados à escala dos pentabytes. 

Um artigo sobre a pesquisa foi publicado na revista Nature Astronomy. 

Fonte: Carnegie Mellon University

Em busca da matéria escura

A matéria escura é um dos maiores mistérios da ciência moderna.

© Chandra/Hubble/Magellan (aglomerado de galáxias Bala)

Detecções do observatório de raios X Chandra mostram a separação da matéria comum (rosa) e da maioria da massa (azul) em uma colisão de galáxias do Aglomerado Bala, uma evidência convincente da existência de matéria escura.

Segundo a física teórica Chanda Prescod-Weinstein, toda a matéria observável que os instrumentos atuais conseguem apreender corresponde a cerca de 20% do Universo (e somente a 4%, se levarmos em conta a equivalência massa e energia): o resto deve ser populado por uma substância misteriosa, que contribui para a gravidade que observamos afetar os astros, mas não parece interagir de nenhuma forma com nossos detectores. 

Apesar de já ter sido sugerida desde os anos 1920, a primeira evidência conclusiva da existência da matéria escura veio nos anos 1960. A responsável foi a astrônoma Vera C. Rubin que observou que as estrelas na periferia da galáxia estavam se movendo rápido demais, se levarmos em consideração apenas a gravidade da matéria comum que compõe o Modelo Padrão. A partir daí, Rubin e o astrônomo Kent Ford publicaram extensas pesquisas sobre a substância nos anos 1970, e no início da década de 1980, os cientistas já concordavam sobre a matéria escura ser um problema da física. 

A separação dos campos abriu espaço para os físicos tentarem detectá-la em três categorias de experimentos. A detecção direta procura pela interação da matéria escura com a matéria comum dentro da força atômica fraca ou de outras forças hipotéticas. A abordagem oposta é a usada nos colisores de partículas, como o LHD (Grande Colisor de Hádrons), na França e Suíça, que busca colidir a matéria comum para tentar produzir matéria escura. E, a última delas é a detecção indireta, que procura por interações dessa substância consigo mesma, esperando gerar efeitos (como partículas ou colisões) detectáveis. 

Ainda que nenhuma das categorias tenha encontrado o que a matéria escura é, elas ajudaram a diminuir as possibilidades do que a substância pode ser. Atualmente, o modelo mais aceito é o da “matéria escura fria”, que a associa a partículas se movendo a velocidades muito inferiores a velocidade da luz. Dentro deste modelo, uma das linhas de explicação clássica são as WIMPs, que são partículas massivas que interagem fracamente.

Presumidamente, elas se formaram no Universo primitivo e podem interagir com a matéria comum através da força fraca. Um dos candidatos mais populares para a matéria escura estão na classe dos férmions, da qual também fazem parte elétrons e quarks. Porém, com o passar dos anos e a ausência da sua presença nos experimentos, os cientistas passaram a favorecer outra explicação: áxions, que são muito mais leves que as WIMPs e que possuem propriedades quânticas diferentes. 

Notavelmente, alguns teóricos afirmam que elas poderiam formar condensados de Bose-Einstein, um estado da matéria em que todas as partículas agem de forma coletiva, como uma espécie de “superpartícula”. 

A parte mais intrigante dessa teoria é que, se a matéria escura escura realmente corresponder a essas partículas, poderia formar este condensado naturalmente, no espaço, em diferentes estruturas de acordo com seus parâmetros e propriedades quânticas. Podem ser aglomerados semelhantes a asteroides, como defende Chanda Prescod-Weinstein, ou enormes halos ao redor de galáxias, em diferentes formatos, como defendem outros teóricos.

Se isso for verdadeiro, detectar a matéria escura pode ser uma questão de sondar o espaço e analisar o formato dessas estruturas; é aí que a astronomia se torna importante para os avanços da física de partículas. e o problema retorna para o campo no qual se originou, com as descobertas de Rubin. 

Ainda sabemos pouco sobre essa substância, e as chances de simplesmente detectá-la no espaço são mínimas. Ainda assim, o recente aumento de relevância nas pesquisas de matéria escura abre espaço para uma união entre físicos e astrônomos em busca de solucionar esse mistério. Com os achados da física, astrônomos podem vasculhar os céus por laboratórios já prontos, mais extremos do que qualquer um que possamos construir aqui na Terra, e talvez seja apenas nessas condições que a matéria escura se revele para nós. 

Fonte: Scientific American

Um aglomerado globular eclético

Os tons vermelhos suaves do aglomerado globular Liller 1 são parcialmente obscurecidos nessa imagem por uma densa dispersão de estrelas azuis penetrantes.

© Hubble (Liller 1)

Na verdade, é graças à Wide Field Camera 3 (WFC3) do telescópio espacial Hubble que podemos ver Liller 1 tão claramente nesta imagem, porque a câmera é sensível a comprimentos de onda de luz que o olho humano não consegue detectar. Liller 1 está a apenas 30.000 anos-luz da Terra, mas fica dentro da “protuberância” da Via Láctea, a região densa e empoeirada no centro da nossa galáxia. 

Por causa disso, Liller 1 é fortemente obscurecido pela poeira interestelar, que espalha a luz visível (particularmente a luz azul) de forma muito eficaz. Felizmente, alguma luz visível infravermelha e vermelha é capaz de passar por essas regiões empoeiradas. 

A WFC3 é sensível aos comprimentos de onda do visível e do infravermelho próximo, permitindo-nos ver através das nuvens escuras de poeira e fornecendo esta vista espetacular deste aglomerado. 

Liller 1 é um aglomerado globular particularmente interessante porque, ao contrário da maioria de seu tipo, contém uma mistura de estrelas muito jovens e muito velhas. Aglomerados globulares normalmente abrigam apenas estrelas antigas, algumas quase tão antigas quanto o próprio Universo. 

Em vez disso, Liller1 contém pelo menos duas populações estelares distintas com idades notavelmente diferentes: a mais antiga tem 12 bilhões de anos e o componente mais jovem tem apenas de 1 a 2 bilhões de anos. Isso levou os astrônomos a concluir que esse sistema estelar foi capaz de formar estrelas durante um período de tempo extraordinariamente longo. 

Fonte: ESA

Buracos negros aniquilam milhares de estrelas para estimular crescimento

Um novo levantamento de mais de 100 galáxias pelo observatório de raios X Chandra da NASA revelou sinais de que buracos negros estão demolindo milhares de estrelas numa tentativa de ganhar massa.

© Chandra/Hubble (galáxias NGC 1385, NGC 1566, NGC 3344 e NGC 6503)

As quatro galáxias vistas na imagem estão entre as 29 galáxias da amostra que mostraram evidências do crescimento de buracos negros perto dos seus centros. Os raios X do Chandra (em azul) foram sobrepostos em imagens ópticas, pelo telescópio espacial Hubble, das galáxias NGC 1385, NGC 1566, NGC 3344 e NGC 6503. Os quadros destacam a localização dos buracos negros em crescimento.

Estes novos resultados sugerem um percurso algo violento para que pelo menos alguns destes buracos negros atinjam o seu tamanho atual, destruição estelar numa escala que raramente ou nunca foi vista antes. 

Os astrônomos fizeram estudos detalhados de duas classes distintas de buracos negros. A variedade menor são os buracos negros de "massa estelar", que tipicamente têm massas de 5 a 30 vezes a massa do Sol. No outro lado do espectro estão os buracos negros supermassivos que vivem no meio da maioria das grandes galáxias, que têm milhões ou mesmo bilhões de massas solares.

Nos últimos anos, também foram encontradas evidências de que existe uma classe chamada "buracos negros de massa intermediária". O novo estudo do Chandra poderia explicar como tais buracos negros de massa intermediária são produzidos através do crescimento violento de buracos negros de massa estelar. A chave para fazer buracos negros de massa intermediária pode ser o seu ambiente.

Esta última pesquisa analisou aglomerados estelares muito densos nos centros de galáxias. Com estrelas tão próximas umas das outras, muitas passarão dentro da atração gravitacional de buracos negros nos centros dos aglomerados. 

O trabalho teórico da equipe implica que se a densidade de estrelas num aglomerado, ou seja, o número comprimido num determinado volume, estiver acima de um valor limiar, um buraco negro de massa estelar no centro do aglomerado sofrerá um crescimento rápido à medida que puxa, desfaz e ingere as abundantes estrelas vizinhas em íntima proximidade.

Dos aglomerados estelares do novo estudo do Chandra, os que tinham densidade acima deste limiar tinham cerca do dobro de buracos negros em crescimento do que os que estavam abaixo deste limiar de densidade. O limiar de densidade depende também da rapidez com que as estrelas nos aglomerados estão se movendo. 

O processo sugerido pelo estudo do Chandra mais recente pode ocorrer em qualquer momento da história do Universo, implicando que os buracos negros de massa intermediária podem formar-se bilhões de anos após o Big Bang, até nos dias de hoje.

O artigo que descreve estes resultados foi aceito para publicação no periódico The Astrophysical Journal. Também está disponível online. 

Fonte: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics

Um "triângulo espacial" gerado por uma colisão de galáxias

Uma colisão frontal espetacular entre duas galáxias, conhecida como Arp 143, alimentou a exaltação incomum de formação de estrelas em forma triangular, conforme captado pelo telescópio espacial Hubble.

© Hubble (Arp 143)

A dupla de galáxias interativas Arp 143 contém a galáxia espiral distorcida e formadora de estrelas NGC 2445, à direita, junto com sua companheira menos chamativa, NGC 2444, à esquerda. Sua colisão frenética ocorre contra a tapeçaria de galáxias distantes, das quais algumas podem ser vistas através do par em interação. 

Os astrônomos sugerem que as duas galáxias passaram uma pela outra, iniciando a tempestade de forma única de formação de estrelas em NGC 2445, onde milhares de estrelas estão ganhando vida. Esta galáxia está repleta de novas estrelas porque é rica em gás, a matéria-prima da qual as estrelas são feitas. 

No entanto, ainda não escapou das garras gravitacionais de sua parceira à esquerda. A dupla está travando um cabo de guerra cósmico, que NGC 2444 parece estar vencendo. Essa galáxia extraiu gás da NGC 2445, formando o triângulo excêntrico de estrelas recém-criadas.

A NGC 2444 também é responsável por arrancar filamentos de gás de sua parceira, alimentando as correntes de estrelas jovens e azuis que parecem formar uma ponte entre as duas galáxias. Esses fluxos estão entre os primeiros no que parece ser uma onda de formação estelar que começou nos arredores da galáxia e continuou para dentro. Os pesquisadores estimam que as estrelas nasceram entre 50 milhões e 100 milhões de anos atrás. Mas essas estrelas infantis estão sendo deixadas para trás enquanto a NGC 2445 continua se afastando lentamente da NGC 2444. Estrelas com não mais de um milhão a dois milhões de anos estão se formando mais perto do centro da NGC 2445.

A visão aguçada do Hubble revela algumas estrelas individuais, as mais brilhantes e massivas da galáxia. A maioria dos aglomerados azuis brilhantes são agrupamentos de estrelas e as bolhas rosa são nuvens de gás brilhantes que envolvem aglomerados de estrelas jovens e massivos. Embora a maior parte da ação esteja acontecendo na NGC 2445, isso não significa que o outro membro do par de interação escapou ileso.

A disputa gravitacional esticou a NGC 2444 em uma forma estranha, puxando o gás para longe da galáxia. A NGC 2444 contém estrelas antigas e nenhum novo nascimento estelar ocorre porque perdeu seu gás há muito tempo, bem antes desse encontro galáctico. 

Além da formação estelar em NGC 2445, outra característica interessante que o Hubble descobriu são os filamentos escuros de gás no núcleo brilhante da galáxia com formação estelar. Essas feições podem ter sido formadas por explosões de material. Observações de rádio revelam uma fonte poderosa no núcleo que pode estar liderando as explosões. A fonte de rádio pode ter sido produzida por intensa formação de estrelas ou por um buraco negro engolindo material que flui para o centro. 

Não é incomum que a formação de estrelas ocorra nos núcleos das galáxias, impulsionada por interações. Muito gás dos encontros galácticos flui para o centro, o que pode desencadear o nascimento de novas estrelas. Os fluxos dessas estrelas podem expulsar material, mas a poeira criada por essas explosões cobre o núcleo e outras regiões ao longo da NGC 2445, dificultando o estudo do Hubble em luz visível. 

No entanto, o telescópio espacial James Webb terá a visão infravermelha para espiar através da poeira que cobre essas regiões para revelar os jovens aglomerados de estrelas que estão escondidos da vista em imagens de luz visível. Desta forma, Hubble e Webb fornecerão o censo completo de estrelas na NGC 2445. O censo ajudará os astrônomos a responder a perguntas como qual é a taxa de formação de estrelas, quanto tempo leva para as estrelas se formarem e se a explosão de estrelas em NGC 2445 está desaparecendo ou apenas esquentando. 

Estudar aglomerados de estrelas jovens e massivos ainda embutidos em seus casulos de poeira e gás é importante para entender como a formação de estrelas afeta a evolução das galáxias. Estrelas massivas que explodem como supernovas enriquecem seu ambiente com elementos químicos mais pesados ​​que hidrogênio e hélio. 

O sistema Arp 143 está listado em um compêndio de 338 galáxias interativas de aparência incomum chamado “Atlas de Galáxias Peculiares” publicado em 1966 pelo astrônomo Halton Arp. 

Fonte: ESA

Uma pitada de estrelas

O aglomerado de estrelas aberto NGC 1755 se assemelha a uma pitada de sal espalhada em uma toalha de mesa preta nesta imagem do telescópio espacial Hubble.

© Hubble (NGC 1755)

Esta coleção de estrelas reside em um dos vizinhos próximos da Via Láctea, a Grande Nuvem de Magalhães, e mede 120 anos-luz de diâmetro. Apesar de sua amplitude impressionante, o NGC 1755 é um membro da classe menor de aglomerados de estrelas.

Aglomerados de estrelas são coleções de estrelas ligadas gravitacionalmente e possuem duas variedades principais: aglomerados abertos menores como NGC 1755, que hospeda estrelas mais jovens, e aglomerados globulares gigantescos, que podem conter milhões de estrelas mais velhas. 

O telescópio espacial Hubble olhou para o coração do NGC 1755 para entender melhor como diferentes populações de estrelas podem coexistir em um único aglomerado. Uma população de estrelas é um grupo de estrelas com propriedades semelhantes, como idade ou composição química, e estas populações fornecem aos astrônomos informações valiosas sobre o nascimento, a vida e a morte de estrelas.

Os aglomerados nas Nuvens de Magalhães são laboratórios naturais particularmente úteis graças à proximidade das Nuvens com a Via Láctea. A visão de olho de águia do Hubble foi um recurso vital ao observar o aglomerado NGC 1755, com tantas estrelas compactadas em uma pequena área do céu, a Advanced Camera for Surveys e a Wide Field Camera 3 do Hubble permitiram que estrelas individuais no aglomerado fossem distinguidas. 

Fonte: NASA

Buraco negro encontrado escondido em aglomerado estelar

Com o auxílio do Very Large Telescope (VLT) do Observatório Europeu do Sul (ESO), os astrônomos descobriram um pequeno buraco negro fora da Via Láctea ao observar a maneira como este objeto influencia o movimento de uma estrela na sua vizinhança.

© Hubble/VLT (NGC 1850)

Trata-se da primeira vez que este método de detecção é utilizado para revelar a presença de um buraco negro fora da nossa Galáxia. Este método pode ser crucial para descobrir buracos negros escondidos na Via Láctea e em galáxias próximas e fornecer pistas sobre como é que estes objetos misteriosos se formam e evoluem.

O buraco negro recém descoberto localiza-se no NGC 1850, um aglomerado com milhares de estrelas situado a cerca de 160 mil anos-luz de distância na Grande Nuvem de Magalhães, uma galáxia vizinha da Via Láctea.

O primeiro buraco negro descoberto pela equipe tem cerca de 11 vezes a massa do nosso Sol. A pista concreta que colocou os astrônomos na trilha deste buraco negro foi a sua influência gravitacional numa estrela com cinco massas solares que o orbita.

Os astrônomos tinham já descoberto pequenos buracos negros de várias massas estelares em outras galáxias ao observar os raios X emitidos por estes objetos à medida que engolem matéria ou as ondas gravitacionais que são geradas quando os buracos negros colidem uns com os outros ou com estrelas de nêutrons. No entanto, a maioria dos buracos negros com massas estelares não mostram a sua presença através de raios X ou ondas gravitacionais.

A maioria destes objetos só pode ser descoberta dinamicamente. Quando formam um sistema com uma estrela, os buracos negros afetam o movimento estelar de modo sutil, mas detectável. Este método dinâmico poderá ajudar os astrônomos a descobrir muito mais buracos negros. 

Esta detecção em NGC 1850 marca a primeira vez que um buraco negro foi descoberto num aglomerado estelar jovem (este aglomerado tem apenas cerca de 100 milhões de anos de idade). Utilizando este método dinâmico em aglomerados estelares semelhantes será possível descobrir buracos negros ainda mais jovens e entender mais sobre como é que estes objetos evoluem. Ao compará-los com buracos negros maiores e mais velhos, situados em aglomerados estelares mais velhos, os astrônomos poderão compreender como é que estes objetos crescem, “alimentando-se” de estrelas ou se fundindo com outros buracos negros. Além disso, mapear a demografia de buracos negros em aglomerados estelares melhorará a compreensão da origem de fontes de ondas gravitacionais.

Para realizar a busca, a equipe utilizou dados obtidos durante dois anos com o instrumento MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer) montado no VLT do ESO, no deserto chileno do Atacama. O MUSE nos permitiu observar áreas muito populosas, tais como as regiões mais internas dos agomerados estelares, e analisar cada estrela individual na vizinhança. O resultado final é a obtenção de informação sobre milhares de estrelas de uma só vez, pelo menos 10 vezes mais do que com outro instrumento qualquer. Isto permitiu que a equipe localizasse a estranha estrela cujo movimento peculiar sinalizava a presença de um buraco negro. 

Com dados da Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE), da Universidade de Varsóvia, e do telescópio espacial Hubble da NASA/ESA, a equipe conseguiu ainda medir a massa do buraco negro e confirmar os resultados. O Extremely Large Telescope (ELT) do ESO, que deverá começar a operar no Chile no final desta década, permitirá aos astrônomos descobrir ainda mais buracos negros escondidos. O ELT irá revolucionar definitivamente esta área de estudo, já que será possível observar estrelas consideravelmente mais tênues no mesmo campo de visão, assim como procurar buracos negros em aglomerados globulares muito mais distantes. 

Esta pesquisa foi apresentada em um artigo publicado no periódico Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 

Fonte: ESO

Uma forma estranha no centro de Andrômeda

Quando duas galáxias colidem, os buracos negros supermassivos nos seus núcleos liberam um devastador "recuo" gravitacional, semelhante ao de uma arma quando disparada.

© NASA/WISE (galáxia de Andrômeda)

Um novo estudo sugere que este recuo pode ser tão poderoso que pode lançar milhões de estrelas para órbitas instáveis. A pesquisa ajuda a resolver um mistério de décadas em torno de um aglomerado estelar com uma forma estranha no núcleo da galáxia de Andrômeda.

Também pode ajudar os pesquisadores a melhor entender o processo de como as galáxias crescem alimentando-se umas das outras. Quando os cientistas olharam pela primeira vez para Andrômeda, esperavam ver um buraco negro supermassivo rodeado por um aglomerado de estrelas relativamente simétrico. Ao invés, encontraram esta massa enorme e alongada.

Na década de 1970, os cientistas lançaram balões para o alto da atmosfera da Terra a fim de observar Andrômeda no ultravioleta, a grande galáxia mais próxima da Via Láctea. O telescópio espacial Hubble avançou estas observações iniciais na década de 1990 e forneceu uma descoberta surpreendente: tal como a nossa própria Galáxia, Andrômeda tem a forma de uma espiral gigante. 

Mas a área rica em estrelas, perto do centro desta galáxia espiral, não tem o aspeto que devia ter, as órbitas destas estrelas assumem uma estranha forma oval, como se alguém as tivesse esticado. Os cientistas chamam ao padrão "disco nuclear excêntrico". 

No novo estudo, a equipe usou simulações de computador para rastrear o que acontece quando dois buracos negros supermassivos colidem; Andrômeda provavelmente foi formada durante uma fusão semelhante há bilhões de anos. Com base nos cálculos, a força gerada por tal fusão poderia curvar e puxar as órbitas das estrelas perto de um centro galáctico, criando aquele padrão alongado e revelador.

© JILA/S. Burrows (órbita de estrelas em torno de buraco negro supermassivo)

Gráfico que mostra a órbita de estrelas em torno de um buraco negro supermassivo antes (esquerda) e depois (direita) de um "recuo" gravitacional.

Quando as galáxias se fundem, os seus buracos negros supermassivos juntam-se e eventualmente tornam-se num único buraco negro. A descoberta ajuda a revelar algumas das forças que podem estar impulsionando a diversidade de dois trilhões de galáxias no Universo atual. As fusões podem desempenhar um papel importante na formação destas massas de estrelas: quando as galáxias colidem, os buracos negros nos centros podem começar a girar uns em torno dos outros, movendo-se cada vez mais rápido até que finalmente chocam. No processo, liberam enormes pulsos de "ondas gravitacionais", ou ondulações literais na estrutura do espaço e do tempo. Estas ondas gravitacionais transportam momento para longe do buraco negro remanescente e obtemos um recuo. 

Os pesquisadores queriam saber o que tal recuo poderia fazer às estrelas até 1 parsec, cerca de 3,26 anos-luz, do centro de uma galáxia. Andrômeda, que pode ser vista da Terra a olho nu, estende-se por dezenas de milhares de parsecs de ponta a ponta.

Na simulação foram construídos modelos de centros galácticos falsos contendo centenas de estrelas, efetuando o recuo das ondas gravitacionais provenientes da formação do novo buraco negro. As ondas gravitacionais produzidas por este tipo de colisão desastrosa não afetam as estrelas de uma galáxia diretamente. Mas o recuo impulsiona o buraco negro supermassivo remanescente através do espaço com velocidades que podem chegar a milhões de quilômetros por hora, mesmo para um corpo com uma massa milhões ou bilhões de vezes a massa do nosso Sol.

Um buraco negro que se move com tal velocidade pode efetivamente escapar da galáxia onde vive. No entanto, quando os buracos negros não escapam, descobriu-se que podem puxar as órbitas das estrelas nas proximidades, fazendo com que sejam esticadas.

Os cientistas realçaram que esta descoberta também podem ajudar a entender os acontecimentos incomuns em torno de outros objetos no Universo, como planetas em órbita de estrelas de nêutrons.

A pesquisa foi publicada no periódico The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: University of Colorado