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

Revelados novos pormenores das erupções de Proxima Centauri

A pouco mais de quatro anos-luz, Proxima Centauri é a estrela que está mais perto do nosso Sol, conhecida por ser uma anã M muito ativa.

© NRAO (ilustração de uma erupção estelar na estrela Proxima Centauri)

As suas erupções são bem conhecidas dos astrônomos que utilizam comprimentos de onda visíveis da luz. No entanto, um novo estudo utilizando observações com o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) realça a atividade extrema desta estrela em comprimentos de onda rádio e no milimétrico, oferecendo informações excitantes sobre a natureza destas erupções, bem como sobre os potenciais impactos na habitabilidade dos seus planetas terrestres da zona habitável.

Conhecida por abrigar um planeta potencialmente habitável, a estrela exibe uma grande atividade no visível. Tal como as erupções do nosso Sol, estes surtos liberam energia em todo o espectro eletromagnético e partículas energéticas estelares. Dependendo da energia e da frequência destas erupções, os planetas na zona habitável podem tornar-se inabitáveis, uma vez que as erupções retiram às atmosferas planetárias ingredientes necessários, como o ozônio e a água.

Os astrônomos utilizaram dados de arquivo e novas observações do ALMA para estudar a atividade dos surtos nos comprimentos de onda milimétricos de Proxima Centauri. O pequeno tamanho da estrela e o seu forte campo magnético indicam que toda a sua estrutura interna é convectiva (ao contrário do Sol, que tem camadas convectivas e não convectivas), o que torna a estrela muito mais ativa. Os seus campos magnéticos ficam torcidos, desenvolvem tensão e acabam por se romper, enviando fluxos energéticos e partículas para o exterior naquilo que é observado como erupções.

A atividade do nosso Sol não remove a atmosfera da Terra e, em vez disso, provoca belas auroras porque temos uma atmosfera espessa e um forte campo magnético para proteger o nosso planeta. Mas as erupções de Proxima Centauri são muito mais poderosas e sabemos que tem planetas rochosos na zona habitável.

O que é que estas erupções estão fazendo às suas atmosferas? Haverá um fluxo tão grande de radiação e partículas que a atmosfera está sendo quimicamente modificada, ou talvez completamente destruída?

Esta pesquisa representa o primeiro estudo multicomprimento de onda que utiliza observações milimétricas para desvendar um novo olhar sobre a física das erupções. Combinando 50 horas de observações do ALMA, utilizando tanto o conjunto completo de 12 metros como o ACA (Atacama Compact Array) de 7 metros, foi registado um total de 463 eventos eruptivos com energias entre 1.024 e 1.027 erg, e com uma duração breve entre 3 e 16 segundos.

A equipe caracterizou a chamada distribuição de frequência das erupções da estrela para mapear o número de surtos em função da sua energia. Tipicamente, a inclinação desta distribuição tende a seguir uma função de lei de potência: as erupções menores (menos energéticas) ocorrem com mais frequência, enquanto as maiores e mais energéticas ocorrem com menos regularidade.

A Proxima Centauri tem tantas erupções que foram detectadas muitas dentro de cada intervalo de energia. Além disso, foi quantificada a assimetria das erupções mais energéticas da estrela, descrevendo como a fase de decaimento dos surtos era muito mais longa do que a fase inicial da explosão. As observações no rádio e nos comprimentos de onda milimétricos ajudam a determinar as energias associadas a estas explosões e às partículas.

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal.

Fonte: National Radio Astronomy Observatory

Uma anã branca e uma companheira anã vermelha

Astrônomos demonstraram que uma anã branca e uma anã vermelha, que se orbitam uma à outra de duas em duas horas, emitem pulsos de rádio.

© D. Futselaar (pulsos de rádio emitidos por interação de duas estrelas)

Graças a observações efetuadas com vários telescópios, os pesquisadores puderam, pela primeira vez, determinar com certeza a origem destes sinais. Nos últimos anos, devido a melhores técnicas de análise, foram detectados pulsos de rádio que duram entre segundos e minutos e que parecem ser originários de estrelas da Via Láctea.

Existem muitas hipóteses acerca do que desencadeia estes pulsos, mas até agora não havia evidências concretas. Um estudo descobriu pulsos provenientes de uma fonte chamada ILTJ1101. Observações com o MMT (Multiple Mirror Telescope) de 6,5 m, no estado norte-americano do Arizona, e com o Telescópio Hobby-Eberly, no Texas, mostraram que não é uma estrela que pisca, mas duas estrelas que, em conjunto, são a causa do pulso.

As duas estrelas, uma anã vermelha e uma anã branca, orbitam um centro de gravidade comum a cada 125 minutos. Estão localizadas a cerca de 1.600 anos-luz de distância na direção da constelação da Ursa Maior.

Os astrônomos pensam que a emissão de rádio é provocada pela interação da anã vermelha com o campo magnético da anã branca. No futuro, são planejados estudos para analisar a emissão ultravioleta de ILTJ1101. Isto ajudará a determinar a temperatura da anã branca e a aprender mais sobre a história das anãs brancas e vermelhas.

Por intermédio desta descoberta, sabe-se agora que as estrelas de nêutrons não têm o monopólio dos pulsos brilhantes de rádio. Nos últimos anos, cerca de dez sistemas emissores de rádio, deste tipo, foram descobertos por outros grupos de pesquisa. No entanto, estes grupos ainda não conseguiram provar se estes pulsos provêm de uma anã branca ou de uma estrela de nêutrons. Os pesquisadores estão agora verificando todos os dados do LOFAR (Low-Frequency Array) para encontrar mais pulsos de longo período.

Um artigo foi publicado na revista Nature Astronomy.

Fonte: Leiden University

Encontrado sistema planetário de estrela individual mais próxima

Usando em parte o telescópio Gemini North, os astrônomos descobriram quatro exoplanetas subterrestres em órbita da Estrela de Barnard, o sistema mais próximo da Terra composto por apenas uma estrela.

© Gemini Observatory (ilustração dos exoplanetas em torno da Estrela de Barnard)

Um dos planetas é o menos massivo alguma vez descoberto usando a técnica da velocidade radial, indicando um novo ponto de referência para a descoberta de planetas menores em torno de estrelas próximas. 

Há já um século que os astrônomos estudam a Estrela de Barnard na esperança de encontrar planetas em órbita. Descoberta pela primeira vez por Edward Emerson Barnard no Observatório Yerkes em 1916, é o sistema, com apenas uma estrela, mais próximo da Terra (o sistema Alpha Centauri é o mais próximo, mas tem três estrelas). 

A Estrela de Barnard está classificada como uma anã vermelha, que são estrelas de baixa massa que frequentemente abrigam sistemas planetários íntimos, muitas vezes com múltiplos planetas rochosos. As anãs vermelhas são extremamente numerosas no Universo. 

A equipe liderada por Jacob Bean, da Universidade de Chicago, criou o instrumento MAROON-X, concebido especificamente para procurar planetas distantes em torno de estrelas anãs vermelhas. O MAROON-X está montado no telescópio Gemini North, metade do Observatório Internacional Gemini, que é operado pelo NOIRLab (National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory). O MAROON-X procura exoplanetas usando a técnica da velocidade radial, o que significa que detecta a sutil oscilação para a frente e para trás de uma estrela, à medida que os seus exoplanetas a puxam gravitacionalmente, o que faz com que a luz emitida pela estrela se desloque ligeiramente em termos de comprimento de onda. O potente instrumento mede estas pequenas oscilações da luz com tanta precisão que até consegue determinar o número e a massa dos planetas que devem estar orbitando a estrela para produzir o efeito observado. 

Depois de calibrar e analisar rigorosamente os dados recolhidos durante 112 noites ao longo de um período de três anos, a equipe encontrou evidências sólidas da existência de três exoplanetas em torno da Estrela de Barnard, dois dos quais já tinham sido classificados como candidatos. Foram combinados também dados do MAROON-X com dados de um estudo de 2024 feito com o instrumento ESPRESSO no VLT (Very Large Telescope) do ESO, no Chile, para confirmar a existência de um quarto planeta, elevando-o também de candidato a genuíno. 

Os planetas recém-descobertos são, muito provavelmente, planetas rochosos e não planetas gasosos como Júpiter. No entanto, será difícil determinar com certeza este aspecto, uma vez que, devido ao ângulo em que os observamos da Terra, os planetas não se cruzam em frente da sua estrela, que é o método habitual para determinar a composição de um planeta. Mas com informações de planetas semelhantes em torno de outras estrelas, será possível fazer melhores estimativas da sua composição. No entanto, conseguiram excluir, com um grau de certeza razoável, a existência de outros exoplanetas com massas comparáveis à da Terra na zona habitável da Estrela de Barnard.

Os quatro planetas, cada um com apenas cerca de 20 a 30% da massa da Terra, estão tão perto da sua estrela natal que completam uma órbita numa questão de dias. O quarto planeta é o planeta menos massivo descoberto até à data usando a técnica da velocidade radial. A maioria dos planetas rochosos encontrados até agora são muito maiores do que a Terra e parecem ser bastante semelhantes em toda a Galáxia. Mas há razões para pensar que os exoplanetas menores têm composições mais variadas. À medida que os cientistas forem encontrando mais deles, poderão começar a obter mais informações sobre o modo como estes exoplanetas se formam e o que os torna suscetíveis de terem condições habitáveis.

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: Gemini Observatory

IA encontra estrelas de nêutrons em fusão em tempo real

Quando duas estrelas de nêutrons se fundem, as ondas gravitacionais propagam-se no espaço. Pouco depois desta perturbação do espaço-tempo, segue-se uma explosão brilhante, uma quilonova, na qual surgem átomos pesados que as estrelas não conseguem formar.

© A. Posada (ondas gravitacionais geradas por duas estrelas de nêutrons em fusão)

As quilonovas expressam-se em muitas facetas diferentes, o que proporciona uma excelente oportunidade para estudar a gravidade e a matéria sob condições extremas. Mas são raras e de curta duração. Para que os detectores de ondas gravitacionais e os telescópios tenham a possibilidade de encontrar esses sinais, é necessário rapidez e precisão. 

Astrônomos estão utilizando a aprendizagem de máquina para analisar dados de detectores de ondas gravitacionais em alta velocidade para encontrar uma colisão de estrelas de nêutrons antes da explosão subsequente estar em pleno andamento. 

As estrelas de nêutrons são remanescentes estelares exóticos e extremamente compactos. Apenas os buracos negros têm uma densidade superior. Ao passo que os buracos negros que colidem uns com os outros só podem ser detectados pelas ondas gravitacionais emitidas, as fusões de estrelas de nêutrons emitem um breve clarão de luz em todo o espectro eletromagnético logo após o sinal da onda gravitacional. 

Estas quilonovas ocorrem a milhões de anos-luz da Terra. O objetivo é localizá-las antes que os telescópios as possam ver: o seu sinal de onda gravitacional deve ser encontrado o mais rapidamente possível no fluxo de dados dos instrumentos correspondentes. Este é um grande desafio para os métodos tradicionais de análise de dados. Estes sinais correspondem a minutos de dados dos detectores atuais e, potencialmente, a horas ou dias de dados de futuros observatórios. A análise de conjuntos de dados tão massivos é computacionalmente dispendiosa e morosa. 

Uma equipe internacional de cientistas desenvolveu um algoritmo de aprendizagem de máquina, denominado DINGO-BNS (Deep INference for Gravitational-wave Observations from Binary Neutron Stars), que permite poupar tempo precioso na interpretação das ondas gravitacionais emitidas por fusões binárias de estrelas de nêutrons. Treinaram uma rede neural para caracterizar completamente os sistemas de estrelas de nêutrons em fusão em cerca de um segundo, em comparação com cerca de uma hora para os métodos tradicionais mais rápidos. As fusões de estrelas de nêutrons emitem luz visível (na subsequente explosão de quilonova) e outras radiações eletromagnéticas, para além das ondas gravitacionais.

O método em tempo real poderá estabelecer um novo padrão para a análise de dados de fusões de estrelas de nêutrons, dando à comunidade astronômica em geral mais tempo para apontar os seus telescópios para as estrelas de nêutrons em fusão assim que os grandes detectores da colaboração LVK (LIGO-Virgo-KAGRA) as identifiquem.

O DINGO-BNS poderá um dia ajudar a observar sinais eletromagnéticos antes e no momento da colisão das duas estrelas de nêutrons. Estas observações precoces poderão fornecer novos conhecimentos sobre o processo de fusão e a subsequente quilonova, que ainda são misteriosos.

Os resultados foram publicados na revista Nature.

Fonte: Max Planck Institute for Gravitational Physics

As protoestrelas dentro de Lynds 483

Duas protoestrelas estão escondidas em um único pixel perto do centro de uma impressionante nebulosa em forma de ampulheta nesta imagem infravermelha próxima do telescópio espacial James Webb (JWST).

© JWST (nebulosa escura Lynds 483)

O sistema estelar em formação ativa fica em uma nuvem molecular empoeirada catalogada como Lynds 483, a cerca de 650 anos-luz de distância em direção à constelação de Serpens Cauda.

Responsáveis ​​pelos impressionantes fluxos bipolares, as protoestrelas em colapso têm lançado jatos energéticos colimados de material ao longo de dezenas de milhares de anos. A visão de alta resolução de Webb mostra a violência da formação estelar em detalhes dramáticos à medida que as frentes de choque torcidas se expandem e colidem com material mais lento e denso.

A primeira fotografia ampla da região de formação estelar abrange menos de 1/2 ano-luz dentro da nebulosa escura Lynds 483.

Fonte: NASA

Estrelas oscilantes revelam companheiros ocultos

Uma nova pesquisa utiliza dados recolhidos pela sonda espacial Gaia da ESA para confirmar a existência de dois misteriosos objetos celestes.

© ESA (ilustração do exoplaneta Gaia-4b em torno de sua estrela)

Os objetos são: Gaia-4b é um exoplaneta "super-Júpiter" e Gaia-5b uma anã marrom. Estes objetos massivos orbitam, inesperadamente, estrelas de baixa massa. Gaia-4b é um planeta que orbita a estrela Gaia-4, anteriormente pouco notável, a cerca de 244 anos-luz de distância. Gaia-5b orbita a estrela Gaia-5, a cerca de 134 anos-luz de distância da Terra.

Estes dois objetos recém-descobertos estão perto, na vizinhança da Via Láctea. A sua existência desafia as teorias atuais da formação planetária e a missão do Gaia irá fornecer dados valiosos para ajudar a compreender estes objetos intrigantes.

Gaia-4b é cerca de doze vezes mais massivo do que Júpiter. Com um período orbital de 570 dias, é um planeta gigante gasoso relativamente frio. Com uma massa de cerca de 21 Júpiteres, Gaia-5b é uma anã marrom, mais massiva do que um planeta, mas demasiado leve para sustentar fusão nuclear e ser uma estrela.

Desde o seu lançamento em 2013, a sonda espacial Gaia tem vindo a construir o maior e mais preciso mapa tridimensional da nossa Galáxia. Girando lentamente, percorreu o céu com dois telescópios ópticos, determinando repetidamente as posições de dois bilhões de objetos com uma precisão sem precedentes, até ao final das suas observações científicas no passado dia 15 de janeiro.

Uma vez que o Gaia rastreou com precisão o movimento das estrelas, uma técnica conhecida como astrometria, espera-se que sejam descobertos milhares de novos objetos nos seus dados. Um planeta em órbita de uma estrela cria uma atração gravitacional que faz com que a estrela "oscile" em torno do seu centro de massa e se desloque num movimento de saca-rolhas pelo céu. Os objetos mais fáceis de descobrir usando a astrometria são enormes e estão em órbitas distantes em torno da sua estrela progenitora.

Anteriormente, a existência de algumas anãs marrons massivas foi confirmada por outros telescópios que observaram o seu brilho tênue ao lado de estrelas brilhantes para as quais o Gaia tinha detectado esta oscilação. Isto contrasta com o método de trânsito, que detecta planetas quando passam em frente da sua estrela e é mais provável que encontre planetas numa órbita próxima. E embora a detecção de uma oscilação sugira que uma estrela pode ter um planeta, há outras causas potenciais (como sistemas estelares binários), pelo que as descobertas astrométricas têm de ser confirmadas por outros métodos.

Em 2022, o Gaia DR3 (Data Release 3) incluiu uma lista de estrelas que parecem estar se movendo como se fossem puxadas por um exoplaneta. Utilizando dados espectroscópicos terrestres e a técnica de velocidade radial para investigar estas estrelas foi confirmada a existência destes objetos. A combinação de dados astrométricos e de velocidade radial permite aos astrônomos encontrar todos os detalhes orbitais e a massa do objeto em órbita, fornecendo uma oportunidade única para criar visualizações tridimensionais.

Cerca de 75% das estrelas da Via Láctea são estrelas de baixa massa, com massas entre cerca de 10% e 65% da massa do Sol. Por serem tão numerosas, são também as nossas estrelas vizinhas mais próximas. Sabe-se que os planetas massivos em torno de estrelas de baixa massa são relativamente raros, mas quando ocorrem, causam uma oscilação maior e, portanto, uma assinatura astrométrica mais forte que é mais fácil de detectar.

Ao passo que um exoplaneta anterior foi encontrado pelas missões Gaia e Hipparcos em conjunto, a presença de Gaia-4b foi revelada apenas pelos dados do Gaia. Quando o próximo lote de dados do Gaia for lançado em 2026, este vai conter 5,5 anos de dados da missão que poderão revelar centenas de planetas e anãs marrons em torno de estrelas próximas. O quarto lançamento de dados do Gaia será um tesouro para os caçadores de planetas.

Um artigo foi publicado no periódico The Astronomical Journal.

Fonte: ESA