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

Gás escapando do aglomerado de galáxias de Virgem

Uma galáxia espiral inclinada lateralmente brilha no aglomerado de galáxias de Virgem.

© Hubble (NGC 4388)

A galáxia residente neste aglomerado é a NGC 4388, localizada a cerca de 60 milhões de anos-luz de distância da Terra. O aglomerado de Virgem contém mais de mil galáxias e é o aglomerado de galáxias maior mais próximo da Via Láctea.

A NGC 4388 está inclinada em um ângulo extremo em relação ao nosso ponto de vista, proporcionando-nos uma perspectiva quase lateral. Essa perspectiva revela uma característica curiosa que não era visível em uma imagem anterior do telescópio espacial Hubble dessa galáxia, divulgada em 2016, veja em: Uma transformação na constelação de Virgem; uma pluma de gás do núcleo da galáxia, vista aqui emanando do disco da galáxia em direção ao canto inferior direito da imagem. Mas de onde veio esse fluxo e por que ele brilha?

A resposta provavelmente reside nas vastas extensões que separam as galáxias do aglomerado de Virgem. Embora o espaço entre as galáxias pareça vazio, ele é, na verdade, ocupado por filamentos quentes de gás no meio intra-aglomerado, ou seja, plasma superaquecido permeando o espaço entre as galáxias. À medida que a NGC 4388 se move dentro do aglomerado, ela atravessa o meio intra-aglomerado.

A pressão do gás quente do meio intra-aglomerado arrasta o gás do disco da NGC 4388, fazendo com que ele fique para trás conforme a galáxia se move. A fonte da energia que ioniza essa nuvem de gás e a faz brilhar é mais incerta. Os pesquisadores suspeitam que parte da energia venha do centro da galáxia, onde um buraco negro supermassivo girou o gás ao seu redor, formando um disco superaquecido. A radiação intensa desse disco pode ionizar o gás mais próximo da galáxia, enquanto ondas de choque podem ser responsáveis por ionizar os filamentos de gás mais distantes. 

Essa imagem incorpora novos dados, incluindo vários comprimentos de onda adicionais de luz, para revelar a nuvem de gás ionizada. Os dados utilizados para criar esta imagem provêm de diversos programas de observação que visam iluminar galáxias com buracos negros ativos em seus centros.

Fonte: ESA

Galáxias na Fornalha

Um exemplo de violência em escala cósmica, a enorme galáxia elíptica NGC 1316 encontra-se a cerca de 75 milhões de anos-luz de distância, na direção de Fornax, a constelação austral da Fornalha.

© ShaRA Team (NGC 1316 & NGC 1317)

Investigando esse fenômeno surpreendente, astrônomos suspeitam que a galáxia gigante tenha colidido com sua vizinha menor, a NGC 1317, vista logo à direita do centro da grande galáxia, produzindo extensos fluxos estelares em forma de laços e conchas.

A luz desse encontro próximo teria chegado à Terra há cerca de 100 milhões de anos. Na nítida imagem telescópica, as regiões centrais da NGC 1316 e da NGC 1317 parecem separadas por mais de 100.000 anos-luz. Complexas faixas de poeira visíveis em seu interior também indicam que a própria NGC 1316 é o resultado de uma fusão de galáxias em um passado remoto.

Localizada na periferia do aglomerado de galáxias de Fornax, a NGC 1316 é conhecida como Fornax A. Uma das galáxias visualmente mais brilhantes do aglomerado de Fornax, é também uma das fontes de rádio celestes mais fortes e extensas, com emissão de rádio que se estende muito além deste campo de visão de um grau de largura.

Fonte: NASA