Detectado tipo raro de buraco negro devorando uma estrela

O telescópio espacial Hubble e o observatório de raios X Chandra uniram-se para identificar um novo possível exemplo de uma classe rara de buracos negros. Com o nome NGC 6099 HLX-1, esta fonte brilhante de raios X parece residir num aglomerado estelar compacto situado numa galáxia elíptica gigante.

© NASA (NGC 6098, NGC 6099 e HLX-1)

Imagem, obtida pelo telescópio espacial Hubble, de um par de galáxias: NGC 6099 (em baixo à esquerda) e NGC 6098 (em cima, para a direita do centro). A mancha roxa representa a emissão de raios X de um aglomerado estelar compacto. Os raios X são produzidos por um buraco negro de massa intermediária que está destruindo uma estrela.

Apenas alguns anos após o seu lançamento em 1990, o Hubble descobriu que as galáxias em todo o Universo podem abrigar buracos negros supermassivos nos seus centros, contendo milhões ou bilhões de vezes a massa do nosso Sol. Além disso, as galáxias também contêm milhões de pequenos buracos negros com menos de 100 vezes a massa do Sol. Estes formam-se quando estrelas massivas chegam ao fim das suas vidas.

Muito mais elusivos são os buracos negros de massa intermediária, contendo algumas centenas a algumas centenas de milhares de vezes a massa do nosso Sol. Esta categoria de buracos negros, nem muito grandes nem muito pequenos, é muitas vezes invisível porque não devoram tanto gás e estrelas como os supermassivos, que emitem radiação poderosa.

Para serem encontrados, os buracos negros de massa intermediária precisam ser captados quando estiverem se alimentando. Quando ocasionalmente devoram uma infeliz estrela passageira, gerando um evento de perturbação de marés, emitem uma grande quantidade de radiação. O mais recente e provável buraco negro de massa intermediária, apanhado se alimentando, está localizado nos arredores da galáxia NGC 6099, a aproximadamente 40.000 anos-luz do centro da galáxia. A galáxia está localizada a cerca de 450 milhões de anos-luz de distância, na direção da constelação de Hércules.

Os astrônomos viram pela primeira vez uma fonte incomum de raios X numa imagem captada pelo Chandra em 2009. Em seguida, acompanharam a sua evolução com o observatório espacial XMM-Newton da ESA. Fontes de raios X com luminosidade tão extrema são raras fora dos núcleos galácticos e podem servir como uma sonda fundamental para identificar buracos negros elusivos de massa intermediária. Representam um elo crucial que faltava na evolução dos buracos negros entre os de massa estelar e os supermassivos. 

A emissão de raios X proveniente de NGC 6099 HLX-1 tem uma temperatura de 3 milhões Kelvin, consistente com um evento de perturbação de marés. O Hubble encontrou evidências de um pequeno aglomerado de estrelas em torno do buraco negro. Esse aglomerado daria ao buraco negro muito que devorar, porque as estrelas estão tão próximas umas das outras que apenas alguns meses-luz de distância as separa (cerca de 800 bilhões de quilômetros). O suspeito buraco negro de massa intermediária atingiu o brilho máximo em 2012 e depois continuou diminuindo até 2023. As observações ópticas e de raios X durante esse período não se sobrepõem, o que complica a interpretação.

O buraco negro pode ter dilacerado uma estrela capturada, criando um disco de plasma que exibe variabilidade, ou pode ter formado um disco que cintila à medida que o gás cai em direção ao buraco negro. Se o buraco negro de massa intermediária está devorando uma estrela, quanto tempo leva para engolir o seu gás?

Em 2009, HLX-1 era razoavelmente brilhante. Em 2012, ficou cerca de 100 vezes mais brilhante. E depois diminuiu novamente. Portanto, agora é necessário esperar para ver se está brilhando várias vezes, ou se houve um início, um pico e se vai diminuir até desaparecer.

Presume-se que exista um buraco negro supermassivo no núcleo da galáxia, que atualmente está inativo e não está devorando nenhuma estrela. A equipe enfatiza que fazer um levantamento dos buracos negros de massa intermediária pode revelar como os maiores buracos negros supermassivos se formam.

Existem duas teorias alternativas. Uma é que os buracos negros de massa intermediária são as sementes da formação de buracos negros ainda maiores, ao se fundirem, já que as grandes galáxias crescem ao absorver galáxias menores. O buraco negro no centro de uma galáxia também cresce durante essas fusões. As observações do Hubble revelaram uma relação proporcional: quanto mais massiva a galáxia, maior o buraco negro.

O quadro emergente com esta nova descoberta é que as galáxias podem ter "buracos negros de massa intermediária satélites" que orbitam no halo de uma galáxia, mas nem sempre caem para o centro. Outra teoria é que as nuvens de gás no meio dos halos de matéria escura no início do Universo não formam estrelas primeiro, mas simplesmente colapsam diretamente num buraco negro supermassivo.

A descoberta do telescópio espacial James Webb da NASA, de buracos negros muito distantes que são desproporcionalmente mais massivos em relação à sua galáxia hospedeira, tende a apoiar esta ideia. No entanto, pode haver um viés observacional referente à detecção de buracos negros extremamente massivos no Universo distante, porque os de tamanho menor são demasiado fracos para serem vistos. Na realidade, pode haver mais variedade na forma como o nosso Universo dinâmico constrói buracos negros.

Os buracos negros supermassivos que colapsam dentro de halos de matéria escura podem simplesmente crescer de uma forma diferente daqueles que vivem em galáxias anãs, onde a acreção dos buracos negros pode ser o mecanismo preferido de crescimento.

O desafio é que o Chandra e o XMM-Newton observam apenas uma pequena fração do céu, por isso não encontram frequentemente novos eventos de perturbação de marés nos quais os buracos negros consomem estrelas. O Observatório Vera C. Rubin, no Chile, um telescópio de observação de todo o céu, pode detectar esses eventos no visível a centenas de milhões de anos-luz de distância. Observações de acompanhamento com o Hubble e com o Webb podem revelar o aglomerado de estrelas em torno do buraco negro.

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal.

Fonte: Harvard–Smithsonian Center for Astrophysics

A evolução da vida pode ter tido as suas origens no espaço sideral

Usando o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), uma equipe de astrônomos liderada por Abubakar Fadul, do Instituto Max Planck de Astronomia, descobriu moléculas orgânicas complexas no disco protoplanetário de uma protoestrela.

© ESO (disco de formação planetária em torno da estrela V883 Orionis)

Esta descoberta inclui a primeira detecção preliminar de etilenoglicol e glicolonitrilo, no disco protoplanetário da protoestrela V883 Orionis. Estas substâncias são consideradas precursoras dos blocos de construção da vida.

A comparação de diferentes ambientes cósmicos revela que a abundância e a complexidade de moléculas deste gênero aumentam desde regiões de formação estelar até aos sistemas planetários totalmente evoluídos. Isto sugere que as sementes da vida são "montadas" no espaço e que estão bem espalhadas.

Os astrônomos já haviam descoberto moléculas orgânicas complexas em vários locais associados à formação de planetas e estrelas. As moléculas orgânicas complexas têm mais de cinco átomos, dos quais pelo menos um é carbono. Muitas delas são consideradas blocos de construção da vida, como aminoácidos e ácidos nucleicos ou os seus precursores.

A descoberta de 17 moléculas orgânicas complexas no disco protoplanetário de V883 Orionis, incluindo etilenoglicol e glicolonitrilo, fornece uma peça do quebra-cabeças há muito procurada na evolução destas moléculas entre os estágios que precedem e seguem a formação de estrelas e dos seus discos de formação planetária. O gliconitrilo é um precursor dos aminoácidos glicina e alanina, bem como da base nucleica adenina.

A transição de uma protoestrela fria para uma estrela jovem rodeada por um disco de poeira e gás é acompanhada por uma fase violenta de gás em choque, radiação intensa e ejeção rápida de gás. Tais processos energéticos podem destruir a maior parte da química complexa "montada" durante as fases anteriores. Por isso, os cientistas elaboraram um cenário chamado de "reinicialização", no qual a maioria dos compostos químicos necessários para a evolução da vida teria de ser reproduzida em discos circunestelares durante a formação de cometas, asteroides e planetas.

Os resultados sugerem que os discos protoplanetários herdam moléculas complexas de fases anteriores e que a formação de moléculas complexas pode continuar durante a fase do disco protoplanetário. O período entre a fase protoestelar energética e o estabelecimento de um disco protoplanetário seria, por si só, demasiado curto para que as moléculas orgânicas complexas se formassem em quantidades detectáveis. Como resultado, as condições que predefinem os processos biológicos podem ser generalizadas, em vez de restritas a sistemas planetários individuais.

Os astrônomos encontraram as moléculas orgânicas mais simples, como o metanol, em regiões densas de poeira e gás que antecedem a formação das estrelas. Em condições favoráveis, elas podem até conter compostos complexos que incluem o etilenoglicol, uma das espécies agora descobertas em V883 Orionis. Foi descoberto que o etilenoglicol pode ser formado pela irradiação UV da etanolamina, uma molécula que foi recentemente descoberta no espaço. Esta descoberta apoia a ideia de que o etilenoglicol pode ser formado nesses ambientes, mas também em estágios posteriores da evolução molecular, onde a irradiação UV é dominante. 

Agentes mais evoluídos cruciais para a biologia, como aminoácidos, açúcares e bases nucleicas que compõem o DNA e o RNA, estão presentes em asteroides, meteoritos e cometas dentro do Sistema Solar. As reações químicas que sintetizam essas moléculas orgânicas complexas ocorrem em condições frias, de preferência em grãos de poeira gelados que mais tarde coagulam para formar objetos maiores. Escondidos nessas misturas de rocha, poeira e gelo, elas geralmente permanecem indetectáveis.

O acesso a essas moléculas só é possível através da perfuração com sondas espaciais ou aquecimento externo, que evapora o gelo. No Sistema Solar, o Sol aquece os cometas, resultando em caudas impressionantes de gás e poeira, ou cabeleiras, essencialmente invólucros gasosos que rodeiam os núcleos cometários. Dessa forma, a espetroscopia, a dissecação da luz semelhante a um arco-íris, pode captar as emissões das moléculas liberadas. Essas impressões digitais espectrais ajudam a identificar as moléculas anteriormente enterradas no gelo.

Um processo de aquecimento semelhante está ocorrerendo no sistema V883 Orionis. A estrela central ainda está crescendo, acumulando gás do disco circundante até que, eventualmente, acenda a fusão nuclear no seu núcleo. Durante esses períodos de crescimento, o gás que cai aquece e produz intensas explosões de radiação. Moléculas complexas, incluindo etilenoglicol e glicolonitrilo, irradiam em frequências de rádio. O ALMA é perfeitamente adequado para detectar esses sinais. 

Os astrônomos do Instituto Max Planck de Astronomia obtiveram acesso a este interferômetro de rádio através do ESO, que o opera no deserto chileno de Atacama, a uma altitude de 5.000 metros. O ALMA permitiu aos astrônomos localizar o sistema V883 Orionis e procurar sinais espectrais fracos, o que acabou por levar às detecções.

Foram publicados artigos sobre a descoberta nos periódicos The Astronomical Journal e The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: Max Planck Institute for Astronomy

Descoberta a estrela companheira de Betelgeuse!

Os astrônomos descobriram uma estrela companheira numa órbita incrivelmente íntima em torno de Betelgeuse.

© Gemini (Betelgeuse e sua companheira)

Esta descoberta resolve o mistério de longa data da variação de brilho da estrela e fornece informações sobre os mecanismos físicos subjacentes a outras supergigantes vermelhas variáveis.

Betelgeuse é uma das estrelas mais brilhantes do céu noturno e a supergigante vermelha mais próxima da Terra. Tem um volume enorme, com um raio cerca de 700 vezes superior ao do Sol. Apesar de ter apenas dez milhões de anos, o que é considerado jovem para os padrões da astronomia, já está no final da sua vida.

Localizada no ombro da constelação de Órion, há milênios que as pessoas observam Betelgeuse a olho nu, notando que a estrela muda de brilho ao longo do tempo. Os astrônomos estabeleceram que Betelgeuse tem um período principal de variabilidade de cerca de 400 dias e um período secundário mais alargado de cerca de seis anos. Em 2019 e 2020, registrou-se uma diminuição acentuada no brilho de Betelgeuse, um evento referido como o "Grande Escurecimento".

O evento levou algumas pessoas a pensar que a morte da estrela, por supernova, estava chegando, mas foi possível determinar que a diminuição de brilho foi efetivamente provocada por uma grande nuvem de poeira ejetada de Betelgeuse. O mistério do Grande Escurecimento foi resolvido, mas o evento despertou um interesse renovado no estudo de Betelgeuse, o que suscitou novas análises de dados de arquivo.

Uma investigação levou os cientistas a propor que a causa da variabilidade de seis anos de Betelgeuse era a presença de uma estrela companheira. Mas quando o telescópio espacial Hubble e o Observatório de raios X Chandra procuraram essa companheira, nenhuma foi detectada. A estrela companheira foi agora detectada pela primeira vez por uma equipe de astrofísicos liderada por Steve Howell, pesquisador sênior do Ames Research Center da NASA.

Observaram Betelgeuse utilizando um instrumento chamado 'Alopeke, que significa "raposa" em havaiano, e está acoplado ao telescópio Gemini North, uma metade do Observatório Internacional Gemini. O instrumento utiliza tempos de exposição muito curtos para "congelar" as distorções nas imagens causadas pela atmosfera da Terra. Esta técnica permite uma alta resolução que, quando combinada com o poder de recolhimento de luz do espelho de 8,1 metros do Gemini North, permitiu a detecção direta da tênue companheira de Betelgeuse.

A análise da luz da estrela companheira permitiu aos astrônomos determinarem as características da estrela companheira. Descobriram que é seis magnitudes mais fraca do que Betelgeuse no visível, tem uma massa estimada em cerca de 1,5 vezes a do Sol e parece ser uma estrela de pré-sequência principal do tipo A ou B, ou seja, uma estrela quente, jovem e azul-esbranquiçada que ainda não iniciou a combustão de hidrogênio no seu núcleo. A companheira está a uma distância relativamente curta da superfície de Betelgeuse, cerca de quatro vezes a distância entre a Terra e o Sol.

Esta descoberta marca a primeira vez que se detecta uma companheira estelar próxima em órbita de uma estrela supergigante. Ainda mais impressionante, a companheira orbita bem dentro da atmosfera exterior alargada de Betelgeuse, comprovando as incríveis capacidades de resolução do 'Alopeke. 

Esta descoberta fornece uma imagem mais clara da vida e da futura morte desta supergigante vermelha. Betelgeuse e a sua estrela companheira nasceram provavelmente ao mesmo tempo. No entanto, a estrela companheira terá um tempo de vida reduzido, uma vez que as fortes forças de maré farão com que espirale em direção a Betelgeuse e encontre aí a sua morte, que os cientistas estimam que ocorrerá nos próximos 10.000 anos. A descoberta também ajuda a explicar porque é que estrelas supergigantes vermelhas semelhantes podem sofrer alterações periódicas no seu brilho em escala de muitos anos.

Em novembro de 2027 ocorrerá outra oportunidade para estudar a companheira estelar de Betelgeuse, quando esta voltar à sua maior separação da supergigante vermelha e, portanto, quando for mais fácil de ser detectada. Nesta ocasião as observações de Betelgeuse antes e durante este evento será possível melhor determinar a natureza da companheira.

Fonte: Gemini Observatory

Exoplaneta recém-nascido esculpindo a poeira ao seu redor

Os astrônomos podem ter descoberto um planeta ainda em formação esculpindo um padrão intrincado no gás e poeira que rodeia a sua jovem estrela hospedeira.

© VLT (planeta nascendo em torno da estrela jovem HD 135344B)

A imagem da esquerda, obtida com um novo instrumento Enhanced Resolution Imager and Spectrograph (ERIS) montado no Very Large Telescope (VLT) do ESO, que mostra um possível planeta nascendo em torno da estrela jovem HD 135344B. O círculo preto central corresponde a um coronógrafo, um dispositivo que bloqueia a luz da estrela para revelar detalhes tênues ao seu redor. O círculo branco indica a localização do planeta. A imagem da direita combina observações anteriores realizadas com o instrumento Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch (SPHERE), também montado no VLT, (em vermelho) e com o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA, em laranja e azul).

Com o auxílio do VLT, os cientistas observaram um disco planetário com braços espirais proeminentes, sinais claros de que existe um planeta aninhado nas suas regiões mais interiores. Trata-se da primeira vez que os astrônomos detectam um candidato a planeta no interior de um disco espiral.

O potencial planeta em formação foi detectado em torno da estrela HD 135344B, no interior de um disco de gás e poeira que a rodeia, chamado disco protoplanetário. Estima-se que o planeta em formação tenha o dobro do tamanho de Júpiter e esteja tão longe da sua estrela hospedeira como Netuno está do Sol. Foi observado moldando o material que o rodeia no interior do disco protoplanetário, à medida que cresce para se transformar num planeta completamente formado.

Os discos protoplanetários são estruturas que observamos em torno de estrelas jovens e que apresentam frequentemente padrões intrincados, como anéis, espaços vazios ou espirais. Há muito que os astrônomos previram que estes padrões são causados por planetas formação, que varrem o material à medida que orbitam em torno da sua estrela progenitora. No entanto, e até agora, ainda não tinha sido observado um destes "escultores planetários" em construção.

Particularmente e no caso do disco da HD 135344B, tinham já sido previamente detectados por outra equipa braços espirais rodopiantes com o instrumento SPHERE. Contudo, em nenhuma das observações anteriores tinham sido encontrados sinais da existência dum planeta se formando no interior do disco; veja detalhes em: O ALMA revela locais de construção planetária.

Agora, nas observações obtidas com o novo instrumento ERIS, os pesquisadores acreditam ter encontrado um planeta em formação. A equipe detectou o candidato a planeta mesmo na base de um dos braços espirais do disco, exatamente onde a teoria prevê que se poderá encontrar o planeta responsável por esculpir o padrão observado. Um artigo foi publicado ontem no periódico Astronomy & Astrophysics.

Outra equipe de astrônomos utilizou também recentemente o instrumento ERIS para observar a estrela V960 Mon, a qual se encontra ainda na fase inicial da sua vida. Num estudo publicado em 18 de Julho no peródico The Astrophysical Journal Letters, os cientistas relataram a descoberta de um objeto companheiro desta estrela jovem, embora a natureza exata desse objeto permaneça ainda um mistério.

© VLT (companheiro orbitando a estrela V960 Mon)

O novo estudo vem no seguimento de observações da estrela V960 Mon realizadas há alguns anos atrás; veja detalhes em: Novas imagens revela segredos sobre o nascimento de planetas.

Estas observações, obtidas com o SPHERE e o ALMA, revelaram que o material que orbita a V960 Mon se apresenta sob a forma de uma série de braços em espiral intrincados e que se está se fragmentando, num processo conhecido por “instabilidade gravitacional”. Este processo ocorre quando grandes aglomerados de material em torno de uma estrela se contraem e colapsam, cada um com o potencial de formar um planeta ou um objeto maior.

O trabalho anterior tinha revelado a presença de material instável, mas a questão do que aconteceria a seguir tinha ficado em aberto. Assim, com o auxílio do ERIS, foi possível procurar fragmentos compactos e luminosos que assinalassem a presença de uma companheira no disco. A equipe descobriu um potencial objeto companheiro muito próximo de um dos braços espirais observados com o SPHERE e o ALMA, e afirma que se pode tratar ou de um planeta em formação ou de uma anã marrom, um objeto maior do que um planeta que não tem massa suficiente para brilhar como uma estrela.

A ser confirmada a sua existência, trata-se da primeira detecção clara de um planeta ou anã marrom se formando por instabilidade gravitacional.

Fonte: ESO

Aglomerado da Borboleta

O sexto objeto no famoso catálogo de Charles Messier de coisas que não são cometas, Messier 6 (M6) é um aglomerado estelar aberto.

© Xinran Li (M6)

Este aglomerado estelar é constituído por um conjunto de cerca de 100 estrelas, todas com aproximadamente 100 milhões de anos de idade. 

Ele situa-se a cerca de 1.600 anos-luz de distância, em direção à Via Láctea central, na constelação de Escorpião. Também catalogado como NGC 6405, o belo contorno do aglomerado estelar sugere seu apelido popular, Aglomerado da Borboleta.

O primeiro astrônomo a registrar a existência do aglomerado foi o italiano Giovanni Battista Hodierna em 1654. Entretanto, o astrônomo americano Robert Burnham, Jr. argumenta que o astrônomo Ptolomeu, no século I, observou o aglomerado enquanto observava outro objeto vizinho, o Aglomerado de Ptolomeu. O astrônomo francês Charles Messier catalogou o aglomerado M6 em 1764.

Cercado pela emissão avermelhada difusa do gás hidrogênio da região, as estrelas do aglomerado, em sua maioria quentes e, portanto, azuis, estão próximas ao centro deste instantâneo cósmico colorido.

Mas o membro mais brilhante do aglomerado é uma estrela gigante fria do tipo K. Designada BM Scorpii, ela brilha com uma tonalidade amarelo-alaranjada, vista perto da extremidade de uma das antenas da borboleta.

Este campo de visão telescópico abrange quase duas Luas Cheias no céu, ou seja, são 25 anos-luz à distância estimada de M6.

Fonte: NASA