Uma explicação alternativa para os Pequenos Pontos Vermelhos

Astrônomos apresentam uma explicação alternativa para os Pequenos Pontos Vermelhos.

© M. Weiss (ilustração de invólucro numa estrela supermassiva)

Esta ilustração mostra uma estrela supermassiva ligeiramente envolvida por um invólucro exterior e "cortada" para revelar a estrutura do seu núcleo denso. Tal como as suas congêneres massivas, as estrelas extremamente massivas apresentam um núcleo convectivo onde ocorrem reações nucleares, produzindo enormes quantidades de energia transportada para a superfície por fótons. Apesar disso, as camadas exteriores são extremamente extensas e difusas, de modo que a energia do núcleo é espalhado por um enorme volume antes de atingir a superfície. Isto, por sua vez, baixa a temperatura da superfície da estrela, dando-lhe uma aparência vermelha distinta.

Utilizando dados do telescópio espacial James Webb da NASA, astrônomos do Centro de Astrofísica da Harvard & Smithsonian revelaram que os objetos distantes mais misteriosos do Universo, conhecidos como Pequenos Pontos Vermelhos (ou LRDs, sigla inglesa para "Little Red Dots"), podem na realidade ser estrelas gigantescas e de vida curta. As descobertas oferecem um vislumbre direto de como os primeiros buracos negros supermassivos do Universo podem ter sido formados, marcando um avanço na compreensão sobre o cosmos primitivo.

À medida que o Universo se expande, a luz de objetos muito distantes adquire cores mais vermelhas. Os primeiros telescópios espaciais, como o Hubble, foram construídos para detectar comprimentos de onda mais curtos da luz e, embora vissem alvos interessantes que mais tarde se revelaram LRDs, os cientistas não conseguiam dizer exatamente o que eram.

Em 2022, as primeiras imagens profundas do Webb, um telescópio concebido para ver comprimentos de onda mais longos, revelaram Pequenos Pontos Vermelhos no Universo distante. Os novos resultados deram aos cientistas mais contexto sobre o que poderiam ser estes objetos misteriosos, compactos e muito antigos. As teorias anteriores para explicar os Pequenos Pontos Vermelhos exigiam explicações complicadas envolvendo buracos negros, discos de acreção e nuvens de poeira, mas o novo modelo mostra que uma única estrela massiva também pode produzir naturalmente todas as assinaturas chave dos LRDs: brilho extremo, um espectro distinto em forma de V e a rara combinação de uma emissão brilhante de hidrogênio.

Agora, pela primeira vez, os astrônomos criaram um modelo físico detalhado de uma estrela supermassiva rara, sem metais e de crescimento rápido, com cerca de um milhão de vezes a massa do Sol, e mostraram que as suas características únicas são uma combinação perfeita para os Pequenos Pontos Vermelhos.

Enquanto as estrelas de uma vasta gama de massas se alinham com ambas as medidas espectrais para os LRDs, apenas as mais massivas têm a luminosidade correta. Os pesquisadores pensam que se conseguirem encontrar mais Pequenos Pontos Vermelhos que sejam menos luminosos e massivos do que os do estudo, serão capazes de descobrir a verdade sobre o porquê e como isto acontece. Os novos resultados estão ajudando os cientistas a dar um passo em frente na compreensão dos Pequenos Pontos Vermelhos, fornecendo evidências diretas dos momentos finais e brilhantes que ocorrem imediatamente antes de uma estrela gigante colapsar num buraco negro.

Fonte: Harvard–Smithsonian Center for Astrophysics

Onda de choque misteriosa em torno de estrela morta

Astrônomos foram surpreendidos por onda de choque misteriosa em torno de estrela morta.

© ESO / VLT (estrela morta criando uma onda de choque)

O gás e a poeira ejetados pelas estrelas podem, nas condições certas, colidir com o meio circundante e criar uma onda de choque. Com o auxílio do Very Large Telescope (VLT) do Observatório Europeu do Sul (ESO), os astrônomos captaram imagens de uma onda de choque em torno de uma estrela morta, uma descoberta que os deixou intrigados. Segundo todos os mecanismos conhecidos, a pequena estrela morta RXJ0528+2838 não deveria ter este tipo de estrutura em seu redor. A descoberta, tão enigmática quanto impressionante, desafia a nossa compreensão de como as estrelas já mortas interagem com o meio que as rodeia. As observações revelaram um poderoso jato que, de acordo com o nosso conhecimento atual, não deveria existir.

A estrela RXJ0528+2838 situa-se a 730 anos-luz de distância de nós e, tal como o Sol e outras estrelas, orbita em torno do centro da nossa Galáxia. À medida que se move, a estrela vai interagindo com o gás do meio interestelar (o espaço que existe entre as estrelas), criando um tipo de onda de choque que pode ser descrita como um arco curvo de material, semelhante à onda que se forma na frente de um navio em movimento. Estas ondas de choques são geralmente criadas por material ejetado pela estrela central mas, no caso da RXJ0528+2838, nenhum dos mecanismos conhecido consegue explicar totalmente as observações agora obtidas.

A RXJ0528+2838 é uma anã branca, ou seja, o núcleo que resta de uma estrela de pequena massa na fase final da sua vida, e tem em sua órbita uma estrela companheira semelhante ao Sol. Em sistemas binários deste tipo, o material da companheira é transferido para a anã branca, dando frequentemente origem a um disco em seu redor. Este disco vai alimentando a anã branca, mas uma parte da matéria é também ejetada para o espaço, o que produz jatos poderosos. No entanto, a RXJ0528+2838 não mostra sinais de possuir um disco, o que torna a origem do jato e da nebulosa resultante um mistério.

A equipe detectou pela primeira vez uma estranha nebulosidade em torno da RXJ0528+2838 em imagens obtidas pelo telescópio Isaac Newton, na Espanha. Notando a sua forma incomum, os pesquisadores observaram-na com mais detalhe com o auxílio do instrumento MUSE montado no VLT. As observações do MUSE permitiram mapear a onda de choque com todo o detalhe e analisar a sua composição, o que foi crucial para confirmar que esta estrutura tem realmente origem no sistema binário e não numa nebulosa ou nuvem interestelar não relacionadas.

A forma e o tamanho da onda de choque observada sugerem que a anã branca está expelindo um poderoso jato há, pelo menos, um milhar de anos. Os cientistas não sabem exatamente como é que uma estrela morta sem disco é capaz de alimentar um jato tão duradouro, mas têm algumas ideias. Sabe-se que a RXJ0528+2838 possui um forte campo magnético, agora confirmado pelos dados do MUSE. Este campo magnético transfere o material transferido à estrela companheira diretamente para a anã branca, sem que haja a formação de um disco em seu redor.

Os resultados sugerem a existência de uma fonte de energia oculta, provavelmente o forte campo magnético. Os dados mostram que o campo magnético atual é suficientemente forte para alimentar uma onda de choque deste tipo com duração de algumas centenas de anos, ou seja, apenas explica parcialmente o que está sendo observado. Para melhor compreender a natureza destes jatos sem disco, é necessário estudar muito mais sistemas binários. O futuro Extremely Large Telescope (ELT) do ESO ajudará os astrônomos a detectar e a mapear com todo o detalhe muitos destes sistemas, e também outros mais tênues, o que, eventualmente, ajudará na compreesão da misteriosa fonte de energia que permanece inexplicada.

Este trabalho foi publicado na revista Nature Astronomy.

Fonte: ESO

Detectado o rastro da estrela companheira de Betelgeuse

Astrônomos rastrearam a influência de uma estrela companheira recentemente descoberta, Siwarha, no gás em torno de Betelgeuse.

© STScI (Betelgeuse e estrela companheira em órbita)

As observações efetuadas por cientistas do Centro de Astrofísica da Harvard & Smithsonian, revelam um rastro de gás denso que gira através da vasta e extensa atmosfera de Betelgeuse, esclarecendo por que razão o brilho e a atmosfera da estrela gigante mudaram de forma estranha e incomum. Os resultados do novo estudo foram apresentados numa conferência de imprensa na 247.ª reunião da Sociedade Astronômica Americana em Phoenix.

A equipe detectou o rastro de Siwarha seguindo cuidadosamente as alterações na luz da estrela ao longo de quase oito anos. Estas alterações mostram os efeitos da companheira, anteriormente não confirmada, à medida que atravessa a atmosfera exterior de Betelgeuse. Esta descoberta resolve um dos maiores mistérios sobre a estrela gigante, ajudando os cientistas a explicar como se comporta e evolui, enquanto abre novas portas para a compreensão de outras estrelas massivas que estão chegando ao fim das suas vidas.

Localizada a cerca de 650 anos-luz de distância da Terra, na direção da constelação de Oríon, Betelgeuse é uma estrela supergigante vermelha tão grande que mais de 400 milhões de sóis poderiam caber no seu interior (em termos de volume, não de massa). Devido ao seu enorme tamanho e proximidade, Betelgeuse é uma das poucas estrelas cuja superfície e atmosfera circundante podem ser diretamente observadas, o que a torna um importante e acessível laboratório para estudar a forma como as estrelas gigantes envelhecem, perdem massa e eventualmente explodem como supernovas.

Utilizando o Hubble da NASA e os telescópios terrestres do Observatório Fred Lawrence Whipple e do Observatório Roque de Los Muchachos, a equipe conseguiu observar um padrão de alterações em Betelgeuse, que forneceu evidências claras de uma estrela companheira há muito prevista e do seu impacto na atmosfera exterior da supergigante vermelha. Essas alterações incluem mudanças no espectro da estrela, ou nas cores específicas da luz emitida por diferentes elementos, e na velocidade e direção dos gases na atmosfera exterior devido a um rastro de material mais denso, ou trilha. Este rastro aparece logo após a companheira passar em frente de Betelgeuse de seis em seis anos, ou cerca de 2.100 dias, confirmando os modelos teóricos.

Durante décadas, os astrônomos seguiram as mudanças no brilho e nas características da superfície de Betelgeuse, na esperança de descobrir porque é que a estrela se comporta desta maneira. A curiosidade intensificou-se depois de a estrela gigante parecer ejetar gás e tornar-se inesperadamente tênue em 2020. Dois períodos distintos de variação na estrela foram especialmente intrigantes para os cientistas: um ciclo curto de 400 dias, recentemente atribuído a pulsações dentro da própria estrela, e o longo período secundário de 2.100 dias.

Até agora, os cientistas consideraram tudo, desde grandes células de convecção e nuvens de poeira até à atividade magnética e à possibilidade de uma estrela companheira oculta. Estudos recentes concluíram que o longo período secundário era mais bem explicado pela presença de uma companheira de baixa massa orbitando nas profundezas da atmosfera de Betelgeuse, e outra equipe de cientistas relatou uma possível detecção, mas até agora, os astrônomos não tinham evidências para provar o que pensavam estar acontecendo.

Agora, pela primeira vez, têm evidências concretas de que uma companheira está perturbando a atmosfera desta estrela supergigante. Com Betelgeuse agora eclipsando a sua companheira, do ponto de vista da Terra, os astrônomos estão planejando novas observações para o seu próximo reaparecimento em 2027. Esta descoberta pode também ajudar a explicar mistérios semelhantes em outras estrelas gigantes e supergigantes.

Um artigo foi aceito para publicação no periódico The Astrophysical Journal.

Fonte: Harvard–Smithsonian Center for Astrophysics

Uma estrela tão incrível que explode duas vezes

Uma equipe de astrônomos, utilizando diversos telescópios, incluindo o Observatório W. M. Keck em Maunakea, na Ilha Havaí, descobriu uma possível "superkilonova" que explodiu não uma, mas duas vezes.

© Caltech (ilustração de uma superkilonova)

A ilustração retrata um evento hipotético conhecido como superquilonova. Inicialmente, uma estrela massiva explode em uma supernova, gerando elementos como carbono e ferro (esquerda). Em seguida, duas estrelas de nêutrons nascem, sendo que pelo menos uma delas acredita-se ser menos massiva que o nosso Sol (centro). As estrelas de nêutrons espiralam em direção uma à outra, enviando ondas gravitacionais que se propagam pelo cosmos, antes de se fundirem em uma dramática kilonova (direita). As kilonovas semeiam o Universo com os elementos mais pesados que brilham em luz vermelha.

Essa descoberta sugere que o evento incomum pode ser a primeira superkilonova desse tipo, ou seja, uma kilonova desencadeada por uma supernova. Tal evento nunca havia sido observado. Quando as estrelas mais massivas chegam ao fim de suas vidas, elas explodem em espetaculares explosões de supernova, que semeiam o Universo com elementos mais pesados, como carbono e ferro. Outro tipo de explosão, a kilonova ocorre quando um par de estrelas densas e mortas, chamadas estrelas de nêutrons, colidem, forjando elementos ainda mais pesados, como ouro, platina e urânio. Os elementos pesados criados por ambas as explosões estão entre os blocos de construção básicos das estrelas e dos planetas.

Até o momento, apenas uma kilonova foi confirmada de forma inequívoca: um evento histórico conhecido como GW170817, ocorrido em 2017. Nesse caso, duas estrelas de nêutrons colidiram, enviando ondulações no espaço-tempo, conhecidas como ondas gravitacionais, bem como ondas de luz, através do cosmos. A explosão cósmica foi detectada em ondas gravitacionais pelo Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) e seu parceiro europeu, o detector de ondas gravitacionais Virgo, na Itália, e em ondas de luz por dezenas de telescópios terrestres e espaciais ao redor do mundo.

O curioso caso da candidata a kilonova, AT2025ulz, é complexo e acredita-se que tenha se originado de uma explosão de supernova ocorrida horas antes, obscurecendo a visão dos astrônomos naquela ocasião e tornando o caso ainda mais complicado. Em agosto de 2025, um novo sinal de onda gravitacional foi captado pelo LIGO e pelo Virgo. Em poucos minutos, um alerta foi emitido para a comunidade astronômica contendo um mapa aproximado da fonte, sinalizando aos pesquisadores que ondas gravitacionais haviam sido registradas a partir do que parecia ser uma fusão entre dois objetos, sendo pelo menos um deles excepcionalmente pequeno.

As observações confirmaram que a erupção de luz havia se dissipado rapidamente e brilhado em comprimentos de onda vermelhos, assim como a GW170817 oito anos antes. No caso da kilonova GW170817, as cores vermelhas provinham de elementos pesados como o ouro; esses átomos possuem mais níveis de energia eletrônica do que elementos mais leves, bloqueando a luz azul, mas permitindo a passagem da luz vermelha. Então, dias após a explosão, a AT2025ulz começou a brilhar novamente, adquirir uma tonalidade azul e apresentar hidrogênio em seu espectro, todos sinais de uma supernova, e não de uma kilonova (especificamente uma supernova de colapso de núcleo e envelope despojado).

Geralmente, não se espera que supernovas de galáxias distantes gerem ondas gravitacionais suficientes para serem detectadas pelo LIGO e Virgo, enquanto as kilonovas são. Isso levou alguns astrônomos a concluir que a AT2025ulz foi desencadeada por uma supernova típica e comum, e não relacionada ao sinal de ondas gravitacionais. 

Embora AT2025ulz não se assemelhasse à kilonova clássica GW170817, também não parecia uma supernova comum. Além disso, os dados de ondas gravitacionais do LIGO e Virgo revelaram que pelo menos uma das estrelas de nêutrons na fusão era menos massiva que o nosso Sol, um indício de que uma ou duas pequenas estrelas de nêutrons poderiam ter se fundido para produzir uma kilonova.

Estrelas de nêutrons são os restos de estrelas massivas que explodem como supernovas. Acredita-se que elas tenham aproximadamente o tamanho de cerca de 22 a 30 quilômetros de diâmetro, com massas que variam de 1,2 a cerca de 3 vezes a massa do nosso Sol. Alguns teóricos propuseram maneiras pelas quais as estrelas de nêutrons poderiam ser ainda menores, com massas inferiores à do Sol, mas nenhuma foi observada até o momento.

Os teóricos invocam dois cenários para explicar como uma estrela de nêutrons poderia ser tão pequena. Num cenário, uma estrela massiva em rápida rotação explode em supernova e se divide em duas minúsculas estrelas de nêutrons subsolares num processo chamado fissão. No segundo cenário, chamado fragmentação, a estrela em rápida rotação explode novamente em supernova, mas desta vez um disco de material se forma ao redor da estrela em colapso. O material irregular do disco se coalesce em uma minúscula estrela de nêutrons, de maneira semelhante à formação de planetas. 

A única maneira que os teóricos encontraram para o nascimento de estrelas de nêutrons subsolares é durante o colapso de uma estrela com rotação muito rápida. Se essas estrelas se emparelharem e se fundirem emitindo ondas gravitacionais, é possível que tal evento seja acompanhado por uma supernova, em vez de ser visto como uma kilonova pura. Mas, embora essa teoria seja instigante e interessante de se considerar, a equipe de pesquisa ressalta que não há evidências suficientes para fazer afirmações definitivas. A única maneira de testar a teoria das superkilonovas é encontrar mais eventos desse tipo.

O estudo, liderado pelo Instituto de Tecnologia da Califórnia, foi publicado no periódico The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: W. M. Keck Observatory

Nascimento de estrelas num deslumbrante jato cósmico

Uma equipe internacional de astrônomos descobriu a evidência mais inequívoca de que os poderosos jatos lançados por estrelas recém-nascidas registram de forma confiável os mais violentos episódios de crescimento de uma estrela, confirmando um modelo de longa data sobre a forma como estes jatos se propagam através do seu ambiente.

© ALMA / Hubble (SVS 13)

Uma vista "tomográfica", pelo ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), revelando como o jato protoestelar supersônico de SVS 13 interage com o meio ambiente circundante. No fundo, uma imagem do telescópio espacial Hubble mostra a cavidade esculpida pelo fluxo, juntamente com os impressionantes nós de Herbig-Haro visíveis em comprimentos de onda ópticos. A caixa na imagem do Hubble indica a região mostrada nas imagens do ALMA. A cor dos fotogramas nestas imagens indica a velocidade, que varia entre 35 km/s (vermelho) e 97 km/s (azul).

As primeiras observações com o VLA (Very Large Array) identificaram SVS 13 como um notável sistema protoestelar binário que conduz uma cadeia de "balas moleculares" de alta velocidade e choques Herbig-Haro na região de formação estelar NGC 1333, a cerca de 1.000 anos-luz da Terra.

Estas imagens contínuas do VLA identificaram as duas protoestrelas no rádio, VLA 4A e VLA 4B. Revelaram o fluxo em grande escala, o que fez deste sistema um alvo privilegiado para uma exploração mais profunda sobre a forma como as estrelas jovens lançam e colimam jatos. Este trabalho do VLA, que durou décadas, permitiu a identificação da protoestrela que alimenta o jato, agora visto com um detalhe sem precedentes.

Com base nesse legado, novas observações com o ALMA revelaram uma sequência impressionante de anéis moleculares aninhados. À medida que a velocidade observada muda, cada anel encolhe suavemente e muda de posição, traçando conchas ultrafinas, em forma de arco, com apenas algumas dezenas de unidades astronômicas de espessura e movendo-se a velocidades de até cerca de 100 km/s. Cada sequência de anéis no jato tem uma marca temporal de um surto passado, permitindo ler a história de como o material caiu sobre a jovem estrela e foi depois violentamente ejetado de volta para o seu ambiente.

Ao ajustar mais de 400 anéis individuais, foi demonstrado que que cada concha corresponde a um choque em arco de conservação de momento, conduzido por um jato estreito cuja velocidade muda com o tempo. A idade da concha mais jovem está alinhada com um poderoso surto óptico e infravermelho de SVS 13 VLA 4B no início da década de 1990, fornecendo a primeira ligação direta entre surtos de material que cai sobre uma estrela jovem e mudanças na velocidade do seu jato.

Estes resultados mostram que os jatos protoestelares preservam um registo temporal de erupções passadas, oferecendo uma nova perspectiva sobre a forma como as explosões episódicas moldam os discos que eventualmente dão origem a planetas como a Terra.

Um artigo foi publicado na revista Nature Astronomy.

Fonte: National Radio Astronomy Observatory