Galáxias sendo moldadas pelo local onde residem

Um grande protoaglomerado de galáxias, descoberto pela primeira vez com o telescópio Subaru, foi analisado em pormenor utilizando o telescópio espacial James Webb.

© NAOJ (protoaglomerado Loktak)

O estudo revelou que as galáxias em regiões densamente povoadas são mais extensas do que galáxias semelhantes em ambientes menos densos. O resultado mostra que, mesmo quando o Universo tinha apenas 1,2 bilhões de anos, o ambiente já influenciava a forma como as galáxias cresciam.

Como se formaram as maiores estruturas do Universo? No Universo atual, as galáxias não estão distribuídas uniformemente pelo espaço. Elas agruparam-se, e esses grupos formam enormes aglomerados de galáxias contendo centenas ou mesmo milhares de galáxias. Mas estas estruturas gigantes não existiam no início do Universo. No Universo primitivo, regiões ligeiramente mais densas de matéria cresceram gradualmente sob a ação da gravidade e acabaram por se desenvolver em aglomerados de galáxias.

Estas "sementes" de aglomerados de galáxias são conhecidas como protoaglomerados. Uma das questões fundamentais para os astrônomos é quando é que os ambientes densos começaram a influenciar a forma como as galáxias evoluem. No Universo moderno, as galáxias em agloemrados apresentam frequentemente um aspecto muito diferente das galáxias isoladas. Tendem a ser mais massivas, têm dificuldade em formar novas estrelas e apresentam formas mais arredondadas.

Este fenômeno, em que o crescimento de uma galáxia depende do seu ambiente, é conhecido como efeito ambiental. No entanto, ainda não é claro se tais efeitos já estavam presentes no Universo primitivo, ou se só surgiram depois de os aglomerados de galáxias terem atingido a maturidade total.

Pesquisadores do NAOJ (National Astronomical Observatory of Japan), utilizaram a câmara de campo amplo do telescópio Subaru, a HSC (Hyper Suprime-Cam), para realizar um grande levantamento do céu e descobriram um protoaglomerado massivo que existiu há 12,6 bilhões de anos.

As galáxias jovens com formação estelar ativa emitem frequentemente um tipo especial de luz chamado emissão Lyman-alfa. Esta emissão é produzida quando a radiação de estrelas jovens e quentes excita o gás hidrogênio circundante. As galáxias encontradas através deste sinal são chamadas emissoras Lyman-alfa e são marcadores úteis para rastrear a estrutura do Universo primitivo. Utilizando um filtro especial concebido para detectar esta luz, a equipe mapeou uma vasta área do céu e identificou uma região onde as galáxias se encontravam fortemente concentradas.

A estrutura recém-descoberta foi batizada de "Protoaglomerado Loktak", em homenagem ao Lago Loktak, em Manipur, na Índia. O nome reflete a forma como quatro concentrações de galáxias distintas estão interligadas numa estrutura maior, assemelhando-se às ilhas flutuantes do lago.

A equipe utilizou então imagens infravermelhas do telescópio espacial James Webb para comparar galáxias no interior do protoaglomerado com galáxias em ambientes mais típicos da mesma época cósmica. Quando observadas na luz ultravioleta, que revela as regiões onde as estrelas estão se formando, as duas populações de galáxias apresentaram poucas diferenças em termos de tamanho. No entanto, na luz óptica (que, devido à expansão do Universo, se esticou para comprimentos de onda infravermelhos), que revela a distribuição global das estrelas formadas anteriormente, as galáxias do protoaglomerado eram, em média, cerca de 1,4 vezes maiores do que as galáxias em ambientes normais. 

Embora os núcleos de formação estelar parecessem semelhantes, as galáxias no seu conjunto tinham crescido de forma diferente. Isto sugere que a formação estelar nos centros das galáxias decorreu de forma semelhante, mas as galáxias em ambientes densos construíram as suas estruturas estelares externas mais cedo e mais rapidamente.

A evolução das galáxias é determinada não só pela sua própria massa e propriedades internas, mas também pelo seu ambiente circundante desde uma fase inicial. O estudo sugere que a aparência das galáxias é moldado não só pelo que elas têm desde o nascimento, mas também pelo local onde crescem, e que este processo teve início nos capítulos mais antigos da história cósmica.

Futuras observações utilizando o PFS (Prime Focus Spectrograph) do Telescópio Subaru, bem como o seu sistema de óptica adaptativa de campo amplo de próxima geração, ULTIMATE, combinadas com o acompanhamento contínuo do telescópio espacial James Webb, ajudarão a determinar se este tipo de efeito ambiental era comum no Universo primitivo ou exclusivo do protoaglomerado Loktak.

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: National Astronomical Observatory of Japan

Um buraco negro que se formou antes da sua galáxia

Recorrendo ao poder de imagem e espetroscopia sem precedentes do telescópio espacial James Webb, os pesquisadores mapearam o movimento e a composição do gás que orbita um buraco negro no centro da pequena galáxia Abell 2744-QSO1.

© NASA (Abell 2744-QSO1)

Os resultados sugerem que o buraco negro com 50 milhões de massas solares é anterior à sua galáxia hospedeira, tendo-se possivelmente formado no primeiro segundo do Big Bang, e deve ter sido imenso desde o início. O que surge primeiro, a galáxia ou o buraco negro?

Os cientistas há muito que pensam que poderia ser a galáxia: grandes estrelas dentro de uma galáxia existente consomem o seu combustível e colapsam para formar buracos negros, que podem devorar o material circundante e fundir-se ao longo do tempo para formar entidades mais massivas. Mas é difícil perceber como é que buracos negros com milhões a bilhões de vezes a massa do Sol, milhares dos quais foram agora detectados no Universo primitivo, puderam ter crescido tão rapidamente a partir de sementes tão pequenas.

Agora, pesquisadores que utilizam o Webb detectaram evidências claras de que alguns buracos negros supermassivos eram enormes desde o início, formando-se sem uma fase de colapso estelar e sem uma galáxia hospedeira significativamente mais massiva para os alimentar.

A conclusão da equipe baseia-se em observações detalhadas de Abell 2744-QSO1 (QSO1), um Pequeno Ponto Vermelho prototípico que existia apenas 700 milhões de anos após o Big Bang. Embora QSO1 tenha apenas 1.300 anos-luz de diâmetro e a sua luz tenha viajado por mais de 13 bilhões de anos, é mais fácil de estudar do que a maioria dos outros Pequenos Pontos Vermelhos porque sofre o efeito de lente gravitacional do aglomerado de galáxias Abell 2744 (Aglomerado de Pandora). QSO1 é tanto ampliado como triplicado, aparecendo em três locais diferentes no céu.

Estudos iniciais de QSO1 revelaram evidências convincentes de que pode ser pouco mais do que uma nuvem de gás brilhante de hidrogênio e hélio orbitando um buraco negro supermassivo estimado em 40 milhões de vezes a massa do Sol. Mas, tal como aconteceu com outros buracos negros primitivos descobertos pelo Webb, havia incerteza sobre se ele era realmente tão massivo.

Os pesquisadores utilizaram a ferramenta IFU (Integral Field Unit) do NIRSpec (Near Infrared Spectrograph) do Webb para rastrear os efeitos da sua gravidade no gás que gira ao redor do buraco negro de QSO1. Quando representaram graficamente a velocidade de rotação em função da distância ao centro, descobriram que o gás tem um movimento kepleriano: orbita um ponto central da mesma forma que os planetas do nosso Sistema Solar orbitam o Sol. Isto é importante porque indica que a maior parte da massa de QSO1 está concentrada no buraco negro no centro. Se a massa estivesse mais distribuída, como seria o caso se houvesse muitas estrelas, o gás não apresentaria esta rotação kepleriana perfeita.

Uma vez que o movimento kepleriano é regido por leis simples da gravidade, ao medir a velocidade do gás foi possível calcular diretamente a massa do buraco negro, um feito que anteriormente não tinha sido possível. Foi descoberto que o buraco negro não só é imenso, com cerca de 50 milhões de massas solares, como representa uns surpreendentes dois terços da massa total de QSO1.

Esta proporção é milhares de vezes superior à das nossas galáxias vizinhas, onde os buracos negros supermassivos representam apenas uma fração minúscula da massa total da galáxia hospedeira. Os mapas de composição da IFU corroboraram estes resultados, mostrando que o gás em toda a galáxia QSO1 é quase inteiramente composto por hidrogênio e hélio, com muito poucos elementos mais pesados, como o oxigênio, que seriam de esperar numa galáxia rica em estrelas e detritos estelares. Com uma metalicidade inferior a 0,5% da do Sol, QSO1 é um dos ambientes galácticos mais primitivos alguma vez medidos.

A equipe considera que isto é um bom sinal de que os pressupostos utilizados para as medições indiretas de massa são válidos e de que as massas de outros buracos negros no Universo primitivo não foram sobrestimadas. A massa desproporcional do buraco negro de QSO1 em relação à sua galáxia hospedeira sugere que não se pode ter formado gradualmente a partir da fusão e alimentação de buracos negros de massa estelar muito menores. Os Pequenos Pontos Vermelhos como QSO1 não devem ter sido raros no Universo primitivo.

Os estudos foram publicados na revista Nature e no periódico Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Fonte: University of Cambridge

Descoberta galáxia quimicamente mais primitiva do Universo jovem

Uma equipe internacional de astrônomos utilizou o telescópio espacial James Webb (JWST) e um fenômeno natural conhecido como lente gravitacional para obter uma caracterização definitiva de LAP1-B, uma galáxia ultrafraca com 13 bilhões de anos.

© JWST (galáxia LAP1-B)

Uma imagem em três cores criada a partir de dados obtidos com o instrumento NIRCam (Near-Infrared Camera) do Webb. Como as estrelas desta galáxia são extremamente fracas e poucas em número, a galáxia é invisível na imagem de fundo captada pelo NIRCam, mas outro instrumento, o NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph), conseguiu detectar assinaturas químicas. Uma visualização (não uma imagem real) dos dados de velocidade e distribuição do NIRSpec é apresentada na inserção para o oxigênio (verde) e dois estados de excitação diferentes do hidrogênio (azul e vermelho).

Aprofundando as detecções iniciais, este novo estudo revelou uma abundância extremamente baixa de oxigênio, apenas 1/240 da do Sol, um recorde. Este estado quimicamente primitivo, aliado a uma elevada proporção carbono-oxigênio e a um halo dominante de matéria escura, sugere que LAP1-B é a tão procurada "antecessora" das misteriosas galáxias fósseis encontradas hoje perto da Via Láctea.

Logo após o Big Bang, o Universo continha apenas elementos leves, como hidrogênio e hélio. Os elementos mais pesados, como o oxigênio e o carbono, foram forjados muito mais tarde no interior das primeiras estrelas. Durante décadas, os astrônomos tentaram encontrar o momento em que estas "estrelas de primeira geração" começaram a espalhar elementos mais pesados pelo cosmos. No entanto, as galáxias mais antigas que abrigam essas estrelas jovens e primordiais são tão pequenas e tênues que observar a sua composição química era praticamente impossível, até agora.

Pesquisadores da Universidade de Kanazawa, do NAOJ (National Astronomical Observatory of Japan) e da Universidade de Tóquio, centraram-se na minúscula galáxia ultrafraca LAP1-B. A sua luz foi ampliada 100 vezes por lente gravitacional, em que a gravidade de um enorme aglomerado de galáxias atua como uma gigante e natural lente de telescópio no espaço. 

Para além da sua natureza primitiva, a galáxia apresenta uma elevada proporção da abundância carbono-oxigênio. Esta relação única de elementos está em estreita conformidade com as previsões teóricas do material disperso pelas explosões das primeiras estrelas do Universo.

A equipe também descobriu que LAP1-B é incrivelmente leve, menos de 3.300 vezes a massa do Sol, o que sugere que a maior parte da galáxia consiste de matéria escura invisível. Esta característica, juntamente com a sua composição química única, torna-a uma correspondência quase perfeita para as "galáxias anãs ultrafracas" encontradas hoje perto da Via Láctea, que são extremamente tênues, pequenas e contêm muito poucas estrelas.

As galáxias anãs ultrafracas não são apenas as galáxias mais tênues; são compostas por estrelas antigas com mais de 12 bilhões de anos e são frequentemente descritas como "fósseis do Universo". Os astrônomos suspeitavam que pudessem ser os vestígios das primeiras galáxias do Universo devido à ausência de elementos pesados, mas nunca tiveram uma ligação direta, até encontrarem LAP1-B. 

Esta descoberta estabelece uma nova forma de mapear o nascimento dos elementos e a formação das estruturas mais antigas do Universo. No futuro, a equipe planeja utilizar o Webb para procurar objetos ainda mais primitivos, com o objetivo de encontrar as primeiras galáxias alguma vez formadas.

Um artigo foi publicado na revista Nature.

Fonte: National Astronomical Observatory of Japan

Aglomerado de galáxias esconde um passado muito mais violento

O aglomerado de galáxias Abell 2029 é por vezes descrito como "o aglomerado mais tranquilo do Universo". Esta designação não se deve a uma "aura" particularmente serena, mas sim ao fato de o gás superaquecido que permeia o aglomerado parecer extremamente calmo.

© Chandra (aglomerado de galáxias Abell 2029)

Esta nova imagem composta mostra evidências da atividade passada do aglomerado na forma semelhante a um náutilo observada nos dados do Chandra (azul). A luz óptica proveniente de estrelas e galáxias no mesmo campo de visão aparece principalmente branca numa imagem do telescópio Pan-STARRS, localizado no Havaí.

Novas observações do observatório de raios X Chandra mostram claramente que Abell 2029 teve uma história muito mais conturbada do que a sua aparência atual sugere. O estudo mais recente conclui que Abell 2029 ainda está se estabilizando após uma colisão violenta com outro aglomerado menor, há cerca de quatro bilhões de anos.

Os aglomerados de galáxias são as maiores estruturas do Universo mantidas unidas pela gravidade. São compostos por centenas ou até milhares de galáxias, matéria escura invisível e uma enorme quantidade de gás que preenche o espaço entre as galáxias. Este gás é normalmente aquecido a milhões de graus, o que o faz brilhar em raios X.

Uma equipe liderada por astrônomos da Universidade de Boston e do Centro de Astrofísica do Harvard & Smithsonian obteve a observação de raios X mais profunda de sempre deste aglomerado utilizando o Chandra. Os dados do Chandra revelam sinais claros de que este aglomerado não teve uma história monótona.

A equipe pensa que a forma espiral no gás quente foi formada quando o gás no aglomerado se espalhou para os lados devido aos efeitos gravitacionais da colisão. A espiral espalhada em Abell 2029 é uma das mais longas já observadas, estendendo-se por cerca de dois milhões de anos-luz a partir do centro do aglomerado. Existem várias outras evidências da colisão passada, nunca vistas em conjunto num aglomerado, permitindo o rastreamento da história da sua colisão com um detalhe sem precedentes. 

Por fim, existe uma característica em forma de "baía" no gás quente, que os pesquisadores pensam poder ter sido causada por uma sobreposição entre as partes exteriores da espiral e o gás arrancado do aglomerado menor à medida que este passava pelo aglomerado maior. Embora pensa-se que se trata de uma relíquia da colisão, também são possíveis outras explicações para esta estrutura.

Simulações computacionais da colisão sugerem que o aglomerado menor tinha uma massa cerca de dez vezes inferior à do aglomerado maior. A espiral formou-se quando o aglomerado menor fez a sua primeira passagem pelo aglomerado maior, empurrando o seu gás para os lados. A gravidade do aglomerado maior fez então com que o outro aglomerado abrandasse e fosse atraído de volta para uma segunda colisão. Isto gerou uma frente de choque e deixou para trás um rastro de material, formando a região de "respingo". A frente de choque é demasiado fraca para ser vista nesta imagem.

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal.

Fonte: Harvard–Smithsonian Center for Astrophysics

As galáxias satélites da Via Láctea contêm pistas do Universo primitivo

As galáxias anãs ultrafracas, minúsculas galáxias satélite que orbitam a Via Láctea, há muito que são consideradas fósseis cósmicos. Agora, um novo estudo utiliza um conjunto sem precedentes de simulações para mostrar até que ponto estes sistemas tênues podem refletir as condições do Universo primitivo e explicar-nos por que razão algumas galáxias cresceram e outras não.

© RAS (distribuição da matéria escura na nossa vizinhança no Universo)

Na imagem: (A) Distribuição da matéria escura na nossa vizinhança no Universo, o chamado Grupo Local de galáxias. Os dois grandes halos de matéria escura correspondem aos da Via Láctea e da galáxia de Andrômeda; (B) ampliação da matéria escura dentro e em torno de um pequeno halo, cerca de 700 milhões de anos após o Big Bang; (C) estrelas e gás no centro do pequeno halo de matéria escura numa das simulações. As simulações podem também revelar o nível de radiação e como isso influenciou a formação de estrelas e os locais onde estas se formaram.

As galáxias anãs são frequentemente descritas como primas pequenas da Via Láctea. Formam-se em pequenos halos de matéria escura, previstos pelo modelo padrão da cosmologia. Os exemplos mais tênues desses sistemas são extremos tanto em tamanho como em fragilidade, e situam-se na fronteira do nosso conhecimento acerca da formação de galáxias e da matéria escura.

As galáxias menores são designadas por galáxias anãs ultrafracas, cuja massa é um milhão de vezes inferior à da Via Láctea ou ainda menos. Devido ao seu pequeno tamanho, estas galáxias têm-se revelado muito difíceis de modelar e simular. O que torna estes resultados especialmente oportunos é o fato de as simulações não se limitarem a reproduzir galáxias anãs pouco luminosas, sugerem que estes objetos locais podem servir como uma sonda para o "clima" mais primitivo do Universo.

A equipe explorou de que forma diferentes pressupostos sobre o ambiente de radiação primitivo influenciam quais os pequenos halos de matéria escura que conseguem, de todo, formar estrelas. Foi descoberto que estas pequenas galáxias ultrafracas são muito sensíveis a estas alterações, enquanto galáxias mais massivas, como a nossa Via Láctea, não são realmente afetadas.  

O resultado é particularmente relevante à luz das recentes descobertas, pelo telescópio espacial James Webb, de galáxias no Universo primitivo, algumas das quais são inesperadamente massivas e brilhantes. Se o Universo primitivo está revelando surpresas a grandes distâncias, então as relíquias locais da mesma época, as anãs ultrafracas podem constituir uma via adicional para compreender o que aconteceu. 

A simulação também produz quantidades muito grandes de dados (no total, cerca de 300 terabytes). Isto significou que muitos dos algoritmos antigos, concebidos para quantidades  menores de dados, precisaram de ser atualizados e melhorados para lidar eficazmente com esta nova e grande quantidade de dados.

Um artigo foi publicado no periódico Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Fonte: Royal Astronomical Society

Medindo o vento quente da Galáxia do Charuto

Pela primeira vez, os astrônomos mediram diretamente a velocidade do gás superaquecido que se expande a partir de um "caldeirão" de atividade estelar no coração da Galáxia do Charuto (M82), que está passando por um extraordinário surto de formação estelar.

© Chandra / Hubble / Spitzer (galáxia M82)

O material move-se a mais de 3 milhões de quilômetros por hora e parece ser a principal força motriz de um vento mais frio, bem estudado e à escala da galáxia. Os pesquisadores fizeram os cálculos utilizando dados do instrumento Resolve a bordo da nave espacial XRISM (X-ray Imaging and Spectroscopy Mission).

O modelo clássico de galáxias com surtos de formação estelar, como M82, sugere que as ondas de choque provenientes da formação estelar e das supernovas perto do centro aquecem o gás, dando início a um vento poderoso. Antes do XRISM, não havia a capacidade de medir as velocidades necessárias para testar essa hipótese. Agora, nota-se o gás se move ainda mais depressa do que alguns modelos preveem, mais do que o suficiente para impulsionar o vento até à orla da galáxia.

A missão XRISM é liderada pela JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency) em colaboração com a NASA, com contribuições da ESA. A NASA e a JAXA também desenvolveram em conjunto o instrumento Resolve.

A galáxia M82 está localizada a 12 milhões de anos-luz de distância, na direção da constelação setentrional da Ursa Maior. Os astrônomos classificam-na como uma galáxia "starburst", pois está formando estrelas a um ritmo muito superior ao habitual para o seu tamanho, cerca de 10 vezes mais depressa do que a Via Láctea. A galáxia M82 é bem conhecida pelo seu vento extenso e frio, que se estende por 40.000 anos-luz e impulsiona enormes quantidades de gás e poeira.

Os cientistas têm-na estudado através de várias missões, incluindo os telescópios espaciais Chandra, Webb, Hubble e o já aposentado Spitzer, tentando estabelecer uma ligação entre a atividade estelar e o fluxo em grande escala. Os pesquisadores pretendem, em particular, compreender o papel dos raios cósmicos. Estas partículas carregadas e velozes encontram-se por todo o cosmos e são aceleradas por alguns dos mesmos eventos que os cientistas acreditam produzirem ventos como os de M82. Existe a possibilidade de serem a principal fonte de pressão exterior sobre o gás. 

A alta resolução e sensibilidade do instrumento Resolve do XRISM permitiram medir com precisão a velocidade do vento quente, observando um sinal de raios X proveniente de ferro superaquecido no centro da galáxia. A intensidade dos raios X provenientes do ferro e de outros elementos revelou-lhes a temperatura, exatamente dentro das previsões, a 25 milhões de graus Celsius. O calor exerce pressão sobre o gás e empurra-o para fora. Esta fuga da alta pressão para baixa pressão forma o vento, a mesma razão pela qual os ventos sopram na atmosfera terrestre. A largura das linhas espectrais do ferro revelou a velocidade do vento quente. Isto funciona através do efeito Doppler, o mesmo fenômeno que faz com que um som, como o de uma sirene, aumente ou diminua de tom devido ao movimento da fonte em direção a nós ou para longe de nós. No caso de M82, o material quente perto do centro move-se rapidamente em ambas as direções, alongando a linha espectral do ferro. A extensão do alongamento revela a velocidade do ferro. 

Os pesquisadores descobriram que o vento é um pouco mais rápido do que o esperado. Combinado com a alta temperatura, é potente o suficiente para produzir o vento frio sem raios cósmicos, embora estes possam ainda estar contribuindo. Foi calculado que o centro de M82 expele gás suficiente todos os anos para formar sete estrelas com a massa do nosso Sol. Isto representa outro enigma. Se o vento soprar de forma constante à velocidade que foi medida, pensa-se que pode alimentar o vento maior e mais frio, expelindo quatro massas solares de gás por ano.

Mas o XRISM indica que há muito mais gás se movendo para fora. Para onde vão as três massas solares adicionais? Será que escapam da galáxia como gás quente por alguma outra via? As observações da galáxia M82 pelo satélite XRISM ajudarão a melhorar os modelos das galáxias "starburst", o que poderá ajudar os cientistas a responder a este tipo de perguntas no futuro. As contribuições da NASA para projetos internacionais como o XRISM fazem parte dos esforços da agência para inovar com missões científicas ambiciosas que nos ajudarão a compreender melhor como funciona o nosso cosmos.

Um artigo foi publicado na revista Nature.

Fonte: NASA

Estranha explosão cósmica

De acordo com uma equipe internacional de astrônomos liderada por cientistas da Universidade do Estado da Pensilvânia, EUA, um flash de energia recentemente detectado parece ter sido emanado dos destroços de galáxias em colisão.

© NASA (ilustração da colisão de dois grupos de galáxias)

A explosão, conhecida como GRB 230906A, foi provavelmente causada pela colisão de duas estrelas de nêutrons há centenas de milhões de anos e agora está evidenciando como o Universo cria alguns dos seus elementos mais pesados.

O sinal, detectado pela primeira vez pelo satélite Fermi da NASA em setembro de 2023, pertencia a uma classe peculiar de explosões curtas de raios gama, explosões tão poderosas que ofuscam brevemente galáxias inteiras. Estas explosões ocorrem quando duas estrelas de nêutrons, remanescentes mortos de estrelas massivas, espiralam uma em direção à outra e colidem, liberando uma grande quantidade de energia e forjando elementos pesados como ouro e platina.

Usando o observatório de raios X Chandra e o telescópio espacial Hubble, os pesquisadores localizaram a explosão numa galáxia fraca que parece fazer parte de um grupo maior a cerca de 8,5 bilhões de anos-luz de distância. Este grupo está passando por uma fusão cósmica, galáxias colidindo e interagindo, estimulando a formação estelar. A explosão ocorreu no campo de detritos desta colisão galáctica, um longo e fino fluxo de estrelas e gás que se estende pelo espaço.

Quando as galáxias interagem, a gravidade faz com que se atraiam mutuamente com tanta força que material como estrelas, poeira e gás são esticados para o espaço, formando uma estrutura semelhante a uma cauda, denominada "cauda de maré". Isto pode ser uma indicação de que a interação de marés entre galáxias pode desencadear a formação estelar e duas estrelas de nêutrons que evoluem a partir das novas estrelas podem acabar por se fundir, desencadeando estas grandes explosões e emissões energéticas que observamos.

Estas explosões, também chamadas fusões de estrelas binárias compactas, geram emissões de quilonovas: halos brilhantes de luz que são um dos principais locais de produção de elementos pesados no Universo. Isto pode fornecer uma explicação natural para o motivo pelo qual vemos uma taxa superior de produção de elementos pesados no halo das galáxias em interação. 

A equipe afirma suspeitar que as estrelas de nêutrons que colidiram nasceram durante uma onda de formação estelar desencadeada pela fusão galáctica há cerca de 700 milhões de anos. A sua eventual colisão não só produziu a poderosa explosão de raios gama detectada, como também espalhou elementos pesados recém-formados para o espaço circundante. 

O ouro que temos na Terra foi produzido num evento explosivo desta natureza. Os elementos pesados no nosso corpo, como o ferro, por exemplo, vêm de cerca de 10.000 estrelas da nossa Galáxia que morreram. Demorou bilhões de anos, mas esse ferro persistiu na Terra e, à medida que os nossos corpos se formaram e evoluíram, utilizaram esse material. Charlton disse que os resultados da equipe sublinham como as interações violentas entre galáxias podem preparar o terreno para eventos cósmicos poderosos que podem alterar a composição dos elementos no Universo.

Sem o observatório de raios X do Chandra, a tênue galáxia hospedeira poderia ter sido totalmente ignorada. Por agora, a distância exata da explosão permanece incerta. Pode estar ainda mais distante, tornando-se uma das explosões curtas de raios gama mais distantes já registadas.

Observações futuras com telescópios de próxima geração podem resolver a questão. A nossa própria Galáxia, a Via Láctea, tem uma vizinha, a galáxia de Andrômeda, e daqui a quatro ou cinco bilhões de anos vai fundir-se com a Via Láctea. Estas colisões entre estrelas de nêutrons poderão acontecer, e poderão formar-se caudas de maré, espalhando elementos pesados e enriquecendo o Universo".

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: NASA

Uma galáxia medusa distante

Astrofísicos da Universidade de Waterloo observaram uma nova galáxia medusa, a mais distante do seu gênero alguma vez captada.

© Webb (galáxia ESO 137-001)

As galáxias medusas têm este nome devido às longas correntes, semelhantes a tentáculos, que seguem atrás delas. Movem-se rapidamente através do seu aglomerado de galáxias quente e denso, e o gás no interior do aglomerado atua como um vento forte que empurra o gás da própria galáxia medusa para trás, formando rastos. O termo técnico para este processo é "despojamento por pressão dinâmica".

Os cientistas de Waterloo encontraram esta galáxia em dados do espaço profundo captados pelo telescópio espacial James Webb. Encontra-se a z = 1,156, o que significa que a estamos vendo como era há 8,5 bilhões de anos, quando o Universo era muito mais jovem. Os dados fornecem uma visão rara sobre a forma como as galáxias se transformaram no Universo primitivo e desafiam as ideias de como o Universo teria sido nesta época.

A equipe fez a descoberta enquanto examinava o campo COSMOS (Cosmic Evolution Survey Deep field), uma zona particular do céu que muitos telescópios têm observado para estudar galáxias distantes. Os astrônomos escolheram esta zona porque está longe do plano da Via Láctea e, por isso, há pouca contaminação de estrelas e poeiras de nossa galáxia. Situa-se numa região do céu visível tanto do hemisfério norte como do hemisfério sul e não tem objetos brilhantes em primeiro plano, fornecendo uma visão desobstruída do Universo distante.

Esta galáxia medusa descoberta tem um disco galáctico de aspecto normal e nós azuis brilhantes nos seus rastros, que são estrelas muito jovens. A idade das estrelas sugere que foram formadas fora da galáxia principal, nos trechos de gás despojado, o que é de esperar numa galáxia desta natureza.

A informação recolhida através do estudo desta galáxia desafiou algumas crenças anteriores sobre o que estava acontecendo no espaço profundo naquele momento. Os cientistas acreditavam que os aglomerados de galáxias ainda estavam se formando e que o despojamento por pressão dinâmica era incomum.

Os pesquisadores fizeram três descobertas adicionais que podem mudar a forma como compreendemos o Universo. A primeira é que os ambientes dos aglomerados já eram suficientemente severos para despojar as galáxias, e a segunda é que os aglomerados de galáxias podem alterar fortemente as propriedades das galáxias mais cedo do que o esperado. Outra é que todos os desafios enumerados podem ter contribuído para criar a grande população de galáxias mortas que vemos atualmente nos aglomerados de galáxias. Estes dados fornecem uma visão rara sobre a forma como as galáxias se transformaram no Universo primitivo.

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal.

Fonte: University of Waterloo

Revelada uma riqueza excepcional de moléculas orgânicas em galáxia

Um estudo recente revelou uma riqueza sem precedentes de pequenas moléculas orgânicas no núcleo profundamente obscurecido de uma galáxia próxima, graças a observações efetuadas com o telescópio espacial James Webb.

© Webb (galáxia IRAS07251-0248)

O trabalho, conduzido pelo CAB (Centro de Astrobiología), CSIC-INTA (Consejo Superior de Investigaciones Científicas - Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial), Espanha, e utilizando técnicas de modelação desenvolvidas na Universidade de Oxford, fornece novos conhecimentos sobre a forma como as moléculas orgânicas complexas e o carbono são processados em alguns dos ambientes mais extremos do Universo.

O estudo centra-se em IRAS 07251-0248, uma galáxia ultraluminosa no infravermelho cujo núcleo está escondido atrás de grandes quantidades de gás e poeira. Este material absorve a maior parte da radiação emitida pelo buraco negro supermassivo central, tornando-o extremamente difícil de estudar com telescópios convencionais. No entanto, a gama de comprimentos de onda do infravermelho penetra na poeira e fornece informações únicas sobre estas regiões, revelando os processos químicos dominantes neste núcleo extremamente poeirento.

A equipe utilizou observações espectroscópicas do telescópio espacial James Webb que cobrem comprimentos de onda de 3 a 28 micrômetros. Estas observações permitem a detecção de assinaturas químicas de moléculas em fase gasosa, bem como de características de gelo e grãos de poeira. Graças a estes dados, os pesquisadores conseguiram caracterizar a abundância e a temperatura de numerosas espécies químicas no núcleo desta galáxia "enterrada".

As observações revelam um inventário extraordinariamente rico de pequenas moléculas orgânicas, incluindo benzeno (C6H6), metano (CH4), acetileno (C2H2), diacetileno (C4H2), e triacetileno (C6H2) e, detectado pela primeira vez fora da Via Láctea, o radical metila (CH3). Para além das moléculas em fase gasosa, foi encontrada uma grande abundância de materiais moleculares sólidos, tais como grãos de carbono e gelo de água.

Estas moléculas poderão desempenhar um papel fundamental como blocos de construção fundamentais para a química orgânica complexa, de interesse para processos relevantes para a vida. A análise, que envolveu técnicas e modelos teóricos de HAPs (hidrocarbonetos aromáticos policíclicos) desenvolvidos pelo grupo de Oxford, sugere que a química observada não pode ser explicada apenas por temperaturas elevadas ou movimentos turbulentos dos gases. Em vez disso, os resultados apontam para os raios cósmicos, abundantes nestes núcleos extremos, como fragmentadores de HAPs e grãos de poeira ricos em carbono, liberando pequenas moléculas orgânicas para a fase gasosa.

O estudo também encontra uma correlação clara entre a abundância de hidrocarbonetos e a intensidade da ionização por raios cósmicos em galáxias semelhantes, apoiando este cenário. Estes resultados sugerem que os núcleos galácticos profundamente obscurecidos podem atuar como fábricas de moléculas orgânicas, desempenhando um papel fundamental na evolução química das galáxias. Este trabalho abre novos caminhos para o estudo da formação e processamento de moléculas orgânicas em ambientes espaciais extremos e demonstra o enorme potencial do Webb para explorar regiões do Universo que até agora permaneceram ocultas.

Um artigo foi publicado na revista Nature Astronomy.

Fonte: University of Oxford

Uma uma colisão de galáxias no início do Universo

Utilizando observações do telescópio espacial James Webb (JWST), pesquisadores identificaram um evento de fusão em curso com pelo menos cinco galáxias cerca de 800 milhões de anos após o Big Bang, juntamente com evidências de que a colisão estava redistribuindo elementos pesados para além das próprias galáxias.

© Texas A&M University (cinco galáxias do Quinteto do JWST)

Imagens obtidas pelo instrumento NIRCam do Webb, com diferentes filtros, que mostram as cinco galáxias do Quinteto do JWST (aqui com os rótulos ELG1 a ELG5).

Antes do Webb, os astrônomos esperavam que as complexas fusões de galáxias e o enriquecimento generalizado do oxigênio e outros produtos da fusão estelar se tornassem comuns muito mais de bilhões de anos após o Big Bang. Esta descoberta mostra que esses processos já estavam em curso muito antes do que os modelos previam.

Nessa fase inicial da história cósmica, espera-se geralmente que as galáxias sejam relativamente pequenas e isoladas. Em vez disso, o sistema recentemente descoberto, apelidado de "Quinteto do JWST", mostra múltiplas galáxias interagindo numa região compacta do espaço e rodeadas por um halo de gás rico em oxigênio.

O sistema foi identificado nos dados do levantamento JADES (JWST Advanced Deep Extragalactic Survey), uma das campanhas de imagem mais profundas realizadas com o Webb. Embora as galáxias estejam separadas por dezenas de milhares de anos-luz, ocupam uma região incomumente compacta do espaço e formaram estrelas a um ritmo de cerca de 250 vezes a massa do Sol por ano, muito superior à das galáxias típicas da época.

Os pesquisadores também detectaram um extenso halo de gás incandescente que liga várias das galáxias. O gás emite luz a partir de oxigênio e hidrogênio ionizados. O resultado surpreendente é que este gás se encontra fora das galáxias. Os elementos, como o oxigênio, só são produzidos no interior das estrelas e posteriormente removidos das galáxias durante a colisão. 

A análise da equipe sugere que o enriquecimento foi impulsionado principalmente por interações gravitacionais durante a fusão, e não apenas por ventos galácticos, fornecendo evidências diretas de que as colisões de galáxias estavam moldando os seus ambientes circundantes no Universo jovem.

Esta descoberta é importante porque ajuda a explicar um crescente desfasamento entre o que os modelos astronômicos preveem e o que o JWST está realmente observando. E ainda ela pode ajudar a explicar porque é que o Webb identificou um número crescente de galáxias massivas que parecem em grande parte inativas apenas alguns bilhões de anos mais tarde. Se sistemas como o Quinteto do JWST se fundiram rapidamente e esgotaram o seu gás cedo, poderiam evoluir para as galáxias massivas observadas mais tarde. Futuras observações do Webb vão examinar o movimento do gás e das galáxias no interior do sistema, oferecendo uma visão adicional sobre como as primeiras estruturas cósmicas se formaram.

Um artigo foi publicado na revista Nature Astronomy.

Fonte: Texas A&M University

Milhares de objetos peculiares encontrados no arquivo do Hubble

Uma equipe de astrônomos utilizou um novo método assistido por IA (inteligência artificial) para procurar objetos astronômicos raros no Hubble Legacy Archive.

© Hubble (seis objetos astrofísicos estranhos e fascinantes)

Seis objetos astrofísicos estranhos e fascinantes, nunca antes descobertos, apresentados nesta nova imagem do telescópio espacial Hubble. Esta coleção apresenta seis galáxias, mostrando uma secção transversal das descobertas, com alguns dos exemplos mais impressionantes: três lentes com arcos distorcidos pela gravidade, uma fusão galáctica, uma galáxia em anel e uma galáxia que desafia a classificação.

A equipe analisou quase 100 milhões de excertos de imagens em apenas dois dias e meio, descobrindo cerca de 1.400 objetos anômalos, mais de 800 dos quais nunca tinham sido documentados. Objetos raros, como galáxias em colisão, lentes gravitacionais e galáxias em anel, têm um enorme interesse científico, mas são difíceis de encontrar nas massas crescentes de dados de telescópios.

Recentemente, os pesquisadores David O'Ryan e Pablo Gómez da Agência Espacial Europeia (ESA) desenvolveram uma ferramenta de IA que lhes permite inspecionar milhões de imagens astronômicas numa fração do tempo que um humano levaria. A sua ferramenta foi treinada e demonstrou as suas capacidades utilizando o Hubble Legacy Archive, que contém dezenas de milhares de conjuntos de dados que abrangem o longo período de vida do Hubble.

As anomalias astrofísicas são normalmente descobertas quando os cientistas procuram manualmente objetos que estão fora da norma ou quando os encontram por acaso. Embora os cientistas treinados sejam excelentes na detecção de anomalias cósmicas, há simplesmente demasiados dados do Hubble para que os especialistas os consigam selecionar manualmente e com o nível de detalhe necessário. Os projetos de ciência cidadã, que recrutam não-cientistas para colaborarem em tarefas como a classificação de galáxias, são outra forma de explorar as montanhas de dados disponíveis. Embora os grupos de ciência cidadã aumentem consideravelmente a quantidade de dados que podem ser analisados, mesmo assim não estão à altura de arquivos extensos como o do Hubble, ou de conjuntos de dados de telescópios que sondam o céu, como o telescópio espacial Euclid da ESA. 

Foi desenvolvida a rede neural denominada AnomalyMatch, que foi treinada para procurar e reconhecer objetos raros como galáxias medusas e arcos gravitacionais. A maior parte das anomalias encontradas eram galáxias em processo de fusão ou em interação, assumindo formas incomuns ou contendo longas caudas de estrelas e gás. Muitas outras eram lentes gravitacionais, nas quais a gravidade de uma galáxia em primeiro plano curva o espaço-tempo e distorce a luz de uma galáxia distante em forma de círculo ou arco. Foram também descobertos exemplos de vários outros objetos raros, tais como galáxias com enormes aglomerados de estrelas, galáxias medusas com "tentáculos" gasosos e discos de formação planetária vistos de lado, dando-lhes um aspecto de hambúrguer ou de borboleta. Talvez o mais intrigante de tudo seja o fato de existirem várias dúzias de objetos que desafiam completamente a classificação.

O Hubble gerou apenas um dos muitos grandes arquivos de dados em astronomia, e outros estão no horizonte. Entre as novas instalações que vão fornecer uma enorme quantidade de dados contam-se o Euclid, que iniciou o seu estudo de bilhões de galáxias num terço do céu noturno em 2023, o Observatório Vera C. Rubin, que iniciará em breve o seu levantamento LSST (Legacy Survey of Space and Time) de 10 anos e recolherá mais de 50 petabytes de imagens, e o telescópio espacial Nancy Grace Roman da NASA, para o qual a ESA contribui como a Mission of Opportunity, cujo lançamento está previsto para maio de 2027, o mais tardar. Os dados recebidos possibilitará descobrir novos exemplos de objetos raros e talvez nunca antes vistos no Universo.

Um artigo foi publicado no periódico Astronomy & Astrophysics.

Fonte: ESA

O núcleo da Galáxia do Compasso

A Galáxia do Compasso, uma galáxia a cerca de 13 milhões de anos-luz de distância, contém um buraco negro supermassivo ativo que continua influenciando a sua evolução.

© STScI (núcleo da Galáxia do Compasso)

Pensava-se que a maior fonte de luz infravermelha da região mais próxima do buraco negro eram os fluxos de matéria superaquecida que eram projetados para fora. Agora, novas observações do telescópio espacial James Webb, vistas aqui com uma nova imagem do telescópio espacial Hubble, fornecem evidências que invertem esta ideia, sugerindo que a maior parte do material quente e poeirento está alimentando o buraco negro central. A técnica usada para recolher estes dados também tem potencial para analisar os componentes de fluxo e acreção de outros buracos negros próximos.

Os buracos negros supermassivos, como o da Galáxia do Compasso, mantêm-se ativos consumindo a matéria circundante. O gás e a poeira em queda acumulam-se num anel em forma de rosquinha em torno do buraco negro, conhecido como toro. À medida que os buracos negros supermassivos recolhem matéria das paredes interiores do toro, formam um disco de acreção, semelhante a um remoinho de água em volta de um ralo. Este disco aquece por atrito, acabando por ficar suficientemente quente para emitir luz. Esta matéria incandescente pode tornar-se tão brilhante que a resolução de pormenores no centro da galáxia, com telescópios terrestres, é difícil. É ainda mais difícil devido à luz brilhante e oculta das estrelas no interior da Galáxia do Compasso. Além disso, como o toro é incrivelmente denso, a região interior do material em queda, aquecido pelo buraco negro, é obscurecida do nosso ponto de vista.

Desde a década de 1990 que não é possível explicar o excesso de emissões infravermelhas que provêm da poeira quente nos núcleos das galáxias ativas, o que significa que os modelos têm a maior parte da emissão perto do centro proveniente dos fluxos. Para testar esta teoria, os astrônomos precisavam de duas coisas: a capacidade de filtrar a luz das estrelas, que anteriormente impedia uma análise mais profunda, e a capacidade de distinguir as emissões infravermelhas do toro das dos fluxos.

Para olhar para o centro da Galáxia do Compasso, foi utilizada a ferramenta AMI (Aperture Masking Interferometer) do instrumento NIRISS (Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph) do Webb. Na Terra, os interferômetros assumem normalmente a forma de conjuntos de telescópios: espelhos ou antenas que funcionam em conjunto como se fossem um único telescópio, que possibilta reconstruir o tamanho, a forma e as características de objetos distantes com muito mais pormenor do que as técnicas não interferométricas. A ferramenta AMI permite que o Webb se transforme num conjunto de telescópios menores que trabalham em conjunto como um interferômetro, criando por si só estes padrões de interferência. Para tal, utiliza uma abertura especial composta por sete pequenos orifícios hexagonais que, tal como em fotografia, controlam a quantidade e a direção da luz que entra nos detectores do telescópio, duplicando a sua resolução numa área menor do céu.

Os dados mostraram que, contrariamente aos modelos que previam que o excesso de infravermelhos provinha dos fluxos, cerca de 87% das emissões infravermelhas da poeira quente na Galáxia do Compasso provêm das áreas mais próximas do buraco negro, enquanto menos de 1% das emissões provêm dos fluxos de poeira quente. Os restantes 12% provêm de distâncias mais afastadas que não podiam ser distinguidas anteriormente.

Embora o mistério do excesso de emissões da Galáxia do Compasso tenha sido resolvido, existem bilhões de buracos negros no nosso Universo. A equipe salienta que a existência de buracos negros com luminosidades diferentes pode influenciar o fato de a maior parte das emissões ser proveniente do toro de um buraco negro ou dos seus fluxos.

O estudo de outros alvos será essencial para a construção de um catálogo de dados de emissões que permita descobrir se os resultados da Galáxia do Compasso são únicos ou característicos de um padrão.

Um artigo foi publicado na revista Nature Communications.

Fonte: Space Telescope Science Institute

Relacionamento à distância entre galáxias

Essas galáxias parecem ser companheiras próximas, uma pequena e brilhante galáxia espiral orbitando a borda de uma espiral muito maior, com uma aparência escura e irregular.

© Hubble (Arp 4)

Mas as aparências enganam, quão próximas elas realmente estão?

O par celeste apresentado nesta imagem obtida pelo telescópio espacial é conhecido como Arp 4 e está localizado na constelação de Cetus (a Baleia). A designação Arp 4 vem do Atlas de Galáxias Peculiares, compilado na década de 1960 pelo astrônomo Halton Arp.

Essas “galáxias incomuns” foram selecionadas e fotografadas para fornecer exemplos de formas estranhas e não convencionais, a fim de melhor estudar como as galáxias evoluem para essas formas.

Ao longo de sua missão, o telescópio espacial Hubble revolucionou o estudo das galáxias e nos mostrou alguns exemplos fantasticamente incomuns do atlas de Arp. Nesse catálogo, as primeiras galáxias como Arp 4 são galáxias de “baixo brilho superficial”, um tipo de galáxia inesperadamente tênue e difícil de detectar.

A grande galáxia aqui, também catalogada como MCG-02-05-050, se encaixa bem nessa descrição, com seus braços fragmentados e disco tênue. Sua companheira menor, MCG-02-05-050a, é uma espiral muito mais brilhante e ativa. O detalhe é que essas galáxias não estão realmente muito próximas. A grande galáxia azul MCG-02-05-050 está localizada a 65 milhões de anos-luz da Terra; sua companheira menor e mais brilhante, MCG-02-05-050a, a 675 milhões de anos-luz de distância, está a mais de dez vezes essa distância!

Devido a isso, MCG-02-05-050a provavelmente é a maior das duas galáxias, e MCG-02-05-050 comparativamente menor. O fato de estarem juntas nesta imagem é simplesmente uma improvável coincidência visual. Apesar dessa falta de relação física entre elas, nosso ponto de vista na Terra nos permite apreciar a visão de Arp 4 como um par peculiar no céu.

Fonte: NASA