Os arredores de um buraco negro e de um remanescente de supernova

O XRISM (X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission) revelou a estrutura, o movimento e a temperatura do material em torno de um buraco negro supermassivo e num remanescente de supernova com um pormenor sem precedentes.

© JAXA (ilustração da região central de um núcleo galáctico ativo)

Os astrônomos apresentaram os primeiros resultados científicos do novo telescópio de raios X menos de um ano após o seu lançamento. 

O que é que um buraco negro gigantesco e os restos de uma estrela massiva que explodiu têm em comum? São ambos fenômenos celestes dramáticos em que um gás extremamente quente produz raios X altamente energéticos que o XRISM consegue ver. Nos seus primeiros resultados, a missão liderada pela JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency), com a participação da ESA (European Space Agency), mostra as suas capacidades únicas para revelar a velocidade e a temperatura do gás quente, chamado plasma, e as estruturas tridimensionais do material que rodeia um buraco negro e uma explosão estelar. 

Numa das suas observações de "primeira luz", o XRISM focou-se no remanescente de supernova N132D, localizado na Grande Nuvem de Magalhães a cerca de 160.000 anos-luz da Terra. Esta "bolha" interestelar de gás quente foi expelida pela explosão de uma estrela muito massiva há cerca de 3.000 anos. Usando o seu instrumento Resolve, o XRISM desvendou a estrutura em torno de N132D com grande pormenor. 

Contrariamente às suposições anteriores de uma simples concha esférica, os cientistas descobriram que o N132D tem a forma de uma rosquinha. Usando o efeito Doppler, mediram a velocidade a que o plasma quente no remanescente se move em direção a nós ou para longe de nós, e estabeleceram que este está se expandindo a uma velocidade aparente de cerca de 1.200 km/s.

© JAXA (gráfico da temperatura e energia do remanescente N132D)

Esta imagem mostra a observação do telescópio de raios X XRISM da JAXA do remanescente de supernova N132D. No topo da imagem, o remanescente de supernova é visto em raios X. O círculo amarelo representa a área onde o instrumento Resolve do XRISM revelou que o remanescente contém ferro extremamente quente (10 bilhões Kelvin). A linha rosa mostra a borda do remanescente, onde a onda de explosão interage com o meio interestelar, e o gás quente (plasma) é mais frio (cerca de 10 milhões Kelvin).

O espectro mostra muitos elementos químicos que estão presentes no remanescente de supernova N132D. O XRISM pode identificar cada elemento medindo a energia do fóton de raios X específico dos diferentes átomos.

Os átomos de ferro foram aquecidos durante a explosão de supernova através de violentas ondas de choque que se propagam para o interior, um fenômeno que tinha sido previsto pela teoria, mas nunca antes observado. Os remanescentes de supernova como N132D contêm pistas importantes sobre a forma como as estrelas evoluem e como elementos (pesados) essenciais à nossa vida, como o ferro, são gerados e espalhados para o espaço interestelar.

No entanto, os anteriores observatórios de raios X tiveram sempre dificuldade em revelar a forma como a velocidade e a temperatura do plasma eram distribuídas. O XRISM também forneceu aspectos da misteriosa estrutura que rodeia um buraco negro supermassivo.

Apontando para a galáxia espiral NGC 4151, localizada a 62 milhões de anos-luz, as observações do XRISM oferecem uma visão sem precedentes do material muito próximo do buraco negro central da galáxia, que tem uma massa 30 milhões de vezes superior à do Sol. O XRISM captou a distribuição da matéria que circula e que eventualmente cai no buraco negro ao longo de um raio alargado, que vai de 0,001 a 0,1 anos-luz, ou seja, desde uma distância comparável à separação Sol-Úrano até 100 vezes essa distância.

Ao determinar os movimentos dos átomos de ferro a partir da sua assinatura de raios X, os cientistas mapearam uma sequência de estruturas em torno do buraco negro gigante: desde o disco que "alimenta" o buraco negro até ao toro em forma de rosquinha. 

Embora as observações de rádio e no infravermelho tenham revelado a presença de um toro em forma de rosquinha em volta de buracos negros em outras galáxias, a técnica espectroscópica do XRISM é a primeira, e atualmente a única, forma de descobrir como o gás perto do buraco negro central é formado e se move. 

As observações feitas com o XRISM complementarão as do telescópio de raios X XMM-Newton da ESA e constituirão uma excelente base para as observações planejadas com a futura missão de grande porte NewAthena da ESA. Esta última está sendo concebida para exceder significativamente o desempenho científico dos atuais observatórios de raios X espectroscópicos e de levantamento.

Fonte: Japan Aerospace Exploration Agency

A maior resolução alguma vez alcançada a partir da superfície da Terra

Com o auxílio do Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) e de outras instalações, a Colaboração Event Horizon Telescope (EHT) executou observações de teste com a mais alta resolução alguma vez obtida a partir da superfície da Terra.

© ESO/M. Kornmesser (ilustração das detecções de maior resolução)

Já houve observações astronômicas com maior resolução da galáxia OJ 287, mas obtidas através da combinação de sinais captados por telescópios no solo com um telescópio no espaço. As novas observações publicadas hoje são as de mais alta resolução obtidas utilizando apenas telescópios terrestres. 

Isto foi possível porque se detectou a radiação emitida por galáxias distantes a uma frequência de cerca de 345 GHz, o equivalente a um comprimento de onda de 0,87 mm. A Colaboração EHT estima que, no futuro, será capaz de obter imagens de buracos negros 50% mais pormenorizadas do que o que era possível até agora, tornando mais nítida a região imediatamente a seguir aos limites dos buracos negros supermassivos mais próximos. Será também possível obter imagens de mais buracos negros dos que os observados até agora.

A Colaboração EHT divulgou imagens de M87*, o buraco negro supermassivo situado no centro da galáxia M87, em 2019, e de Sgr A*, o buraco negro que se encontra no coração da nossa Galáxia, a Via Láctea, em 2022. Estas imagens foram obtidas através da ligação de vários observatórios rádio em todo o planeta, utilizando uma técnica chamada interferometria de linha de base muito longa (VLBI), para criar um único telescópio virtual do “tamanho da Terra”. 

Para obter imagens de maior resolução, os astrônomos recorrem, normalmente, a telescópios maiores ou a uma maior separação entre os observatórios que fazem parte do interferômetro. No entanto, como o EHT já é do tamanho da Terra, foi necessário utilizar uma abordagem diferente para aumentar a resolução das observações. Outra forma de aumentar a resolução de um telescópio consiste em observar a radiação emitida pelos objetos astronômicos num comprimento de onda mais curto. Foi isso mesmo que a Colaboração EHT fez.

Com o EHT, foram obtidas as primeiras imagens de buracos negros a partir de observações realizadas no comprimento de onda de 1,3 mm, no entanto o anel brilhante visto, formado pela curvatura da luz devido à gravidade do buraco negro, ainda estava desfocado porque estava no limite absoluto da nitidez das imagens. A 0,87 mm, as imagens apresentam-se mais nítidas e detalhadas, o que, por sua vez, irá provavelmente revelar novas propriedades destes objetos, tanto as que foram previamente previstas como outras que provavelmente não o foram. 

Em vez de ser utilizado o conjunto completo do EHT, os pesquisadores empregaram dois subconjuntos menores, ambos incluindo o ALMA e o Atacama Pathfinder EXperiment (APEX), situados no deserto do Atacama, no Chile. Outras infraestruturas utilizadas incluem o telescópio IRAM de 30 metros na Espanha, o NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) na França, o Ttlescópio da Groenlândia e o Submillimeter Array no Havaí. 

Nesta experiência piloto, a Colaboração EHT conseguiu obter observações com uma resolução de 19 microssegundos de arco, o que corresponde à resolução mais elevada alguma vez obtida a partir da superfície da Terra. No entanto, não foram criadas imagens já que, apesar de terem sido realizadas detecções robustas da radiação emitida por várias galáxias distantes, não foram utilizadas antenas suficientes para se poder reconstruir com precisão uma imagem a partir dos dados coletados. 

Este teste técnico abriu uma nova janela para o estudo dos buracos negros. Com o conjunto completo, o EHT poderá observar detalhes tão pequenos como 13 microssegundos de arco, o equivalente a ver uma moeda na Lua a partir da Terra. Isto significa que a 0,87 mm será possível obter imagens com uma resolução de cerca de 50% superior à das imagens de 1,3 mm de M87* e SgrA* anteriormente publicadas. Para além disso, será provavelmente possível observar buracos negros mais distantes, menores e mais tênues do que os dois que já foram observados até agora.

Esta é a primeira vez que a técnica VLBI foi utilizada com sucesso em 0,87 mm. Embora a capacidade de observar o céu noturno a 0,87 mm já existisse antes destas novas detecções, a utilização da técnica VLBI neste comprimento de onda sempre apresentou desafios que exigiram tempo e avanços tecnológicos para serem ultrapassados. Por exemplo, o vapor de água na atmosfera absorve muito mais as ondas eletromagnéticas a 0,87 mm do que a 1,3 mm, dificultando a tarefa dos radiotelescópios de coletar sinais de buracos negros no comprimento de onda mais curto. Combinando este fato com a turbulência atmosférica cada vez mais pronunciada e a acumulação de ruído em comprimentos de onda mais curtos, assim como a incapacidade de controlar as condições meteorológicas globais durante observações atmosféricas sensíveis, o progresso do VLBI para os comprimentos de onda mais curtos, especialmente aqueles que passam para o submilimétrico, tem sido lento. 

Um artigo foi publicado no periódico The Astronomical Journal.

Fonte: ESO

Telescópios confirmam o ritmo de expansão do Universo

O ritmo a que o Universo está se expandindo, caracterizada pela constante de Hubble, é um dos parâmetros fundamentais para compreender a evolução e o destino final do cosmos.

© Hubble / Webb (NGC 5468)

Esta imagem da NGC 5468, uma galáxia situada a cerca de 130 milhões de anos-luz da Terra, combina dados dos telescópios espaciais Hubble e James Webb. Esta é a galáxia mais distante em que o Hubble identificou estrelas variáveis Cefeidas.

Atualmente, observa-se uma diferença persistente, designada por Tensão de Hubble, entre o valor da constante medido com uma vasta gama de indicadores de distância independentes e o seu valor previsto a partir do brilho remanescente do Big Bang. 

O telescópio espacial James Webb confirmou que o olhar perspicaz do telescópio espacial Hubble estava certo desde o início, eliminando qualquer dúvida remanescente sobre as medições do Hubble. 

Uma das justificativas científicas para a construção do Hubble foi a utilização do seu poder de observação para fornecer um valor exato para o ritmo de expansão do Universo. Antes do lançamento do Hubble, em 1990, as observações efetuadas por telescópios terrestres apresentavam incertezas enormes. Dependendo dos valores deduzidos para o ritmo de expansão, o Universo poderia ter entre 10 e 20 bilhões de anos. Nos últimos 34 anos, o Hubble reduziu esta medição para uma precisão inferior a um por cento, uma idade de 13,8 bilhões de anos. Isto foi conseguido através do refinamento da chamada "escada de distâncias cósmicas", medindo importantes pontos de referência conhecidos como estrelas variáveis Cefeidas. 

No entanto, o valor do Hubble não está de acordo com outras medições que mostram que o Universo estava se expandindo mais rapidamente após o Big Bang. Estas observações foram feitas pelo satélite Planck da ESA, que mapeou a radiação cósmica de fundo em micro-ondas, sendo um plano de como o Universo evoluiria em termos de estrutura depois do arrefecimento pós-Big Bang. Com o Webb, permitiu aos astrônomos verificar os resultados do Hubble. As imagens infravermelhas das Cefeidas, pelo Webb, concordaram com os dados ópticos do Hubble. 

O resultado final é que a chamada Tensão de Hubble, entre o que acontece no Universo próximo e a expansão do Universo primitivo, continua sendo um enigma para os cosmólogos. Poderá haver algo entrelaçado no tecido do espaço que ainda não compreendemos. Será que para resolver esta discrepância é necessária uma nova física? Ou será o resultado de erros de medição entre os dois diferentes métodos utilizados para determinar o ritmo de expansão do espaço? 

O Hubble e o Webb juntaram-se agora para produzir medições definitivas, reforçando a ideia de que algo mais, e não erros de medição, está influenciando o ritmo de expansão. Como verificação cruzada, uma primeira observação do Webb em 2023 confirmou que as medições do Hubble acerca da expansão do Universo eram exatas. No entanto, na esperança de aliviar a Tensão de Hubble, alguns cientistas especularam que erros invisíveis nas medições podem aumentar e tornar-se visíveis à medida que olhamos mais profundamente para o Universo.

Em particular, a aglomeração estelar poderia afetar de forma sistemática as medições do brilho de estrelas mais distantes. A equipe do levantamento SH0ES (Supernova H0 for the Equation of State of Dark Energy), liderada por Adam Riess, físico da Universidade Johns Hopkins em Baltimore, EUA, obteve observações adicionais com o Webb de objetos que são marcos cósmicos críticos, conhecidos como estrelas variáveis Cefeidas, que podem agora ser correlacionados com os dados do Hubble. 

Os astrônomos utilizam vários métodos para medir as distâncias relativas no Universo, dependendo do objeto que está sendo observado. Coletivamente, estas técnicas são conhecidas como a escada de distâncias cósmicas; cada degrau ou técnica de medição depende do degrau anterior para ser calibrado. Mas alguns astrônomos sugeriram que, avançando ao longo do "segundo degrau", a escada de distâncias cósmicas poderia ficar instável se as medições das Cefeidas se tornassem menos precisas com a distância. Tais imprecisões podem ocorrer porque a luz de uma Cefeida se pode misturar com a de uma estrela adjacente, um efeito que se pode tornar mais pronunciado com a distância, à medida que as estrelas se aglomeram no céu e se tornam mais difíceis de distinguir umas das outras.

O desafio observacional é o fato das imagens anteriores do Hubble, destas variáveis Cefeidas mais distantes, parecerem mais amontoadas e sobrepostas com estrelas vizinhas a distâncias cada vez maiores entre nós e as suas galáxias hospedeiras, exigindo uma contabilização cuidadosa deste efeito. A existência de poeira interveniente complica ainda mais a certeza das medições no visível. O Webb atravessa a poeira e isola naturalmente as Cefeidas das estrelas vizinhas porque a sua visão é mais nítida do que a do Hubble nos comprimentos de onda infravermelhos.

As novas observações do Webb incluem cinco galáxias hospedeiras de oito supernovas do Tipo Ia, contendo um total de 1.000 Cefeidas, e vão até à galáxia mais distante onde as Cefeidas foram bem medidas, a NGC 5468, a uma distância de 130 milhões de anos-luz.

Em conjunto, a confirmação da Tensão de Hubble pelo Hubble e pelo Webb permite que outros observatórios resolvam o mistério, incluindo o futuro telescópio espacial Nancy Grace Roman da NASA e a missão Euclid recentemente lançada pela ESA. Atualmente, é como se a escada de distâncias observada pelo Hubble e pelo Webb tivesse fixado firmemente um ponto de ancoragem numa das margens de um rio, e o brilho remanescente do Big Bang observado pelo Planck no início do Universo estivesse fixado firmemente na outra margem. A forma como a expansão do Universo se alterou nos bilhões de anos entre estes dois pontos ainda não foi diretamente observada. 

"Precisamos de descobrir se nos está escapando alguma coisa sobre como ligar o início do Universo aos dias de hoje", disse Riess. 

Estas descobertas foram publicadas no periódico The Astrophysical Journal Letters. 

Fonte: ESA

As primeiras imagens do Euclid: a deslumbrante intensidade da escuridão

A missão espacial Euclid da ESA revelou as suas primeiras imagens a cores do cosmos.

© Euclid (Barnard 33)

O Euclid mostra-nos uma vista detalhada espetacularmente panorâmica da Nebulosa Cabeça de Cavalo, também conhecida como Barnard 33 e parte da constelação de Órion. Na nova observação do Euclid deste viveiro estelar, os cientistas esperam encontrar muitos planetas com a massa de Júpiter, nunca antes vistos, na sua infância celeste, bem como jovens estrelas e anãs marrons. 

Nunca anteriormente foi um telescópio capaz de criar imagens astronômicas tão nítidas através de uma tão grande parcela do céu e de olhar para tão longe no Universo distante. O telescópio está pronto para criar o mais vasto mapa 3D do Universo, para descobrir alguns dos seus segredos ocultos. 

O Euclid, o detetive do Universo escuro, tem uma tarefa difícil: explorar como a matéria escura e a energia escura fizeram com que o nosso Universo se parecesse como é hoje. 95% do nosso cosmos parece ser feito destas misteriosas entidades. Mas não compreendemos o que são porque a sua presença causa apenas mudanças muito sutis na aparência e nos movimentos das coisas que conseguimos ver. 

Para revelar a influência "escura" no Universo visível, o Euclid irá observar as formas, distâncias e movimentos de bilhões de galáxias que se encontram até 10 bilhões de anos-luz. Ao fazê-lo, criará o maior mapa cósmico 3D alguma vez feito. O que torna especial a vista do cosmos do Euclid é a sua capacidade de criar, de uma só vez, uma imagem infravermelha extraordinariamente nítida através de uma parcela enorme do céu. As imagens divulgadas mostram esta capacidade especial: de estrelas brilhantes a galáxias indistintas, as observações mostram a integralidade destes objetos celestes, enquanto permanecem extremamente nítidas, mesmo quando é feito o zoom de galáxias distantes.

A matéria escura atrai as galáxias e fazendo-as girar mais rapidamente do que a matéria visível, por si só, poderia fazer; a energia escura está gerando a expansão acelerada do Universo.  As primeiras imagens captadas pelo Euclid são impressionantes e lembram-nos porque é essencial ir para o espaço para aprender mais sobre os mistérios do Universo.

Ao longo de seis anos, o Euclid examinará um-terço do céu com uma exatidão e sensibilidade sem precedentes. À medida que a missão for avançando, o banco de dados do Euclid será lançado uma vez por ano e será disponibilizado à comunidade científica global através do Astronomy Science Archives alojado no Centro de Astronomia Espacial Europeu da ESA, na Espanha.

Fonte: ESA

O telescópio James Webb confirma o seu primeiro exoplaneta

Pesquisadores confirmaram a presença de um exoplaneta, um planeta que orbita outra estrela, pela primeira vez usando o telescópio espacial James Webb.

© STScI / L. Hustak (ilustração do LHS 475 b)

Formalmente classificado como LHS 475 b, o exoplaneta tem quase exatamente o mesmo tamanho que o nosso, atingindo 99% do diâmetro da Terra. 

Os astrônomos optaram por observar este alvo com o Webb depois de rever cuidadosamente dados do TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) da NASA que sugeriam a existência do exoplaneta. 

O espectrógrafo NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) do Webb captou o exoplaneta pequeno e rochoso com facilidade e clareza com apenas duas observações de trânsito. 

Entre todos os telescópios em operação, apenas o Webb é capaz de caracterizar as atmosferas de exoplanetas de tamanho terrestre. A equipe tentou avaliar a composição da atmosfera do planeta, analisando o seu espectro de transmissão. Embora os dados mostrem que se trata de um planeta terrestre do tamanho da Terra, ainda não sabem se tem uma atmosfera. Embora não seja possível concluir o que está presente, a atmosfera não pode ter ser espessa dominada pelo metano, semelhante à lua de Saturno, Titã. 

Além da possibilidade do exoplaneta não possuir atmosfera, existem algumas composições atmosféricas que não foram descartadas, tais como uma atmosfera pura de dióxido de carbono. São necessárias medições ainda mais precisas para que haja possibilidade de distinguir uma atmosfera de dióxido de carbono puro de nenhuma atmosfera.

O Webb também revelou que o planeta é algumas centenas de graus mais quente do que a Terra, pelo que se forem detectadas nuvens, será possível concluir que o exoplaneta é mais parecido com Vênus, que tem uma atmosfera de dióxido de carbono e está perpetuamente envolto em nuvens espessas.

Os pesquiadores também confirmaram que o planeta completa uma órbita em apenas dois dias, informação que foi revelada quase instantaneamente pela curva de luz precisa do Webb. Embora o LHS 475 b esteja mais próximo da sua estrela do que qualquer outro planeta do Sistema Solar, a sua estrela anã vermelha tem menos de metade da temperatura do Sol, mas ainda poderá suportar uma atmosfera. 

O LHS 475 b está relativamente perto, a apenas 41 anos-luz de distância, na direção da constelação de Octante. 

Os resultados da descoberta foram apresentados nesta semana numa conferência da Sociedade Astronômica Americana.

Fonte: Space Telescope Science Institute

Olhos infravermelhos mais aguçados para o VLT

O instrumento científico mais recente do ESO, o ERIS (Enhanced Resolution Imager and Spectrograph), completou com sucesso as suas primeiras observações de teste, uma das quais mostrou o coração da galáxia NGC 1097 detalhes extraordinários.

© VLT (NGC 1097)

Instalado no Very Large Telescope (VLT) do ESO, no Cerro Paranal, no norte do Chile, este instrumento infravermelho será capaz de ver mais longe e com mais detalhes, liderando o caminho nas observações do Sistema Solar, exoplanetas e galáxias. A versatilidade do ERIS se presta a muitos campos de pesquisa astronômica. Com este instrumento espera-se observar, com um único telescópio de 8,2 metros, as imagens mais nítidas obtidas até o momento, utilizando óptica adaptativa, uma técnica que corrige os efeitos de desfoque da atmosfera da Terra em tempo real. O ERIS estará ativo por pelo menos dez anos e espera-se que faça contribuições significativas para uma miríade de tópicos em astronomia, desde galáxias distantes e buracos negros até exoplanetas e planetas anões dentro do nosso próprio Sistema Solar.

As primeiras observações de teste do ERIS foram realizadas em fevereiro deste ano, com observações posteriores realizadas em agosto e novembro para testar os limites do instrumento. Uma destas observações mostra o anel interior da galáxia NGC 1097, situada a 45 milhões de anos-luz de distância da Terra, na Constelação do Forno. Este anel gasoso e empoeirado fica bem no centro da galáxia; os pontos brilhantes são berçários estelares, mostrados aqui com detalhes sem precedentes. O centro brilhante mostra o núcleo ativo da galáxia, um buraco negro supermassivo que se alimenta do seu meio circundante.

Para colocar a resolução do ERIS em perspectiva, esta imagem mostra, em detalhes, uma porção do céu com menos de 0,03% do tamanho da Lua Cheia. O ERIS irá substitutir os instrumentos de sucesso NACO e SINFONI, fornecendo algumas melhorias essenciais à infraestrutura durante a próxima década. O ERIS possui uma câmara infravermelha de última geração, a NIX (Near Infrared Camera System), que foi utilizada para obter imagens do anel interno de NGC 1097. A NIX oferecerá uma visão nova e única de muitos objetos astronômicos diferentes, como exoplanetas e os discos de gás e poeira em torno de estrelas jovens. Ela pode usar uma técnica chamada coronagrafia, que bloqueia a luz das estrelas de forma semelhante a um eclipse solar, permitindo observar os tênues planetas ao seu redor.

O ERIS também possui um espectrógrafo 3D chamado SPIFFIER, que é uma atualização do SPIFFI (SPectrometer for Infrared Faint Field Imaging) do SINFONI. O SPIFFIER coleta um espectro para cada pixel individual dentro do seu campo de visão, o que permite aos astrônomos estudar, por exemplo, a dinâmica de galáxias distantes com detalhes incríveis, ou medir as velocidades das estrelas que orbitam o buraco negro supermassivo situado no centro da Via Láctea, o que é fundamental para testar a Relatividade Geral e entender a física de buracos negros. 

O módulo de óptica adaptativa do ERIS é equipado com sensores para analisar a turbulência atmosférica em tempo real, monitorando uma fonte astronômica real ou uma estrela-guia artificial a laser. O módulo envia informação até mil vezes por segundo para o espelho secundário deformável do VLT, que corrige os efeitos de distorção em tempo real, criando assim imagens muito mais detalhadas.

Fonte: ESO

Hubble detecta escudo protetor defendendo um par de galáxias anãs

Durante bilhões de anos, as maiores galáxias satélites da Via Láctea, a Grande e a Pequena Nuvens de Magalhães, têm seguido uma viagem perigosa.

© STScI (Coroa de Magalhães)

Orbitando-se uma à outra à medida que são puxadas em direção à nossa Galáxia natal, começaram a desembaraçar-se, deixando para trás rastros de detritos gasosos. E, no entanto, estas galáxias anãs permanecem intactas, com uma vigorosa formação estelar em curso.

Se este gás foi removido destas galáxias, como é que elas ainda estão a formar estrelas? Com a ajuda de dados do telescópio espacial Hubble da NASA e de um satélite aposentado chamado FUSE (Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer), uma equipe de astrônomos encontrou finalmente a resposta: o sistema de Magalhães está rodeado por uma coroa, um escudo protetor de gás quente. Este casulo envolve as duas galáxias, impedindo que os seus abastecimentos de gás sejam desviados pela Via Láctea e permitindo-lhes assim continuar  formando novas estrelas. 

Esta descoberta aborda um novo aspeto da evolução galáctica. As galáxias envolvem-se em casulos gasosos, que funcionam como escudos defensivos contra outras galáxias. Os astrônomos previram a existência da coroa há vários anos. Foi descoberto que se fosse incluída uma coroa nas simulações das nuvens de Magalhães, caindo para a Via Láctea, era possível explicar pela primeira vez a massa de gás extraído.

Era conhecido que a Grande Nuvem de Magalhães deveria ser suficientemente massiva para ter uma coroa. Mas embora a coroa se estenda a mais de 100.000 anos-luz das nuvens de Magalhães e cubra uma enorme porção do céu do hemisfério sul, é efetivamente invisível. O seu mapeamento exigiu pesquisar 30 anos de dados de arquivo em busca de medições adequadas. 

Os pesquisadores pensam que a coroa de uma galáxia é um remanescente da nuvem primordial de gás que colapsou para formar a galáxia há bilhões de anos. Embora as coroas já tenham sido vistas em torno de galáxias anãs mais distantes, os astrônomos nunca antes tinham sido capazes de sondar uma com tanto detalhe como aqui. Há muitas previsões, graças a simulações de computador, sobre como deveriam ser e como deveriam interagir ao longo de bilhões de anos, mas, observacionalmente, não foi possível realmente testar a maioria delas porque as galáxias anãs são normalmente demasiado difíceis de detetar. 

Tendo em conta que estão mesmo à nossa porta, as Nuvens de Magalhães proporcionam uma oportunidade ideal para estudar como as galáxias anãs interagem e evoluem. Em busca de evidências diretas da Coroa de Magalhães, a equipe vasculhou dados de arquivo do Hubble e do FUSE em busca de observações ultravioletas de quasares localizados bilhões de anos-luz por trás dela.

Os quasares são os núcleos extremamente brilhantes de galáxias que abrigam buracos negros massivos e ativos. A equipe argumentou que embora a coroa fosse demasiado fraca para ser vista por si só, deveria ser visível como uma espécie de nevoeiro que obscurece e absorve padrões de luz brilhante dos quasares no plano de fundo. 

As observações Hubble de quasares foram já usadas no passado para mapear a coroa em torno da galáxia de Andrômeda. Ao analisar padrões na luz ultravioleta de 28 quasares, a equipe foi capaz de detectar e caracterizar o material ao redor da Grande Nuvem de Magalhães e confirmar que a coroa existe. Como previsto, os espectros dos quasares estão impressos com as distintas assinaturas de carbono, oxigênio e silício que compõem o halo de plasma quente que rodeia a galáxia anã. A capacidade de detectar a coroa exigiu espectros ultravioleta extremamente detalhados.

Ao mapear os resultados, a equipe descobriu também que a quantidade de gás diminui com a distância ao centro da Grande Nuvem de Magalhães. Como pode um manto tão fino de gás proteger uma galáxia da destruição? Qualquer coisa que tente passar para a galáxia tem de passar primeiro por este material, para que possa absorver algum deste impacto. Além disso, a coroa é o primeiro material que pode ser extraído. Ao doar um pouco daquela coroa, protege o gás que está dentro da própria galáxia e é capaz de formar novas estrelas.

Um artigo foi publicado na revista Nature. 

Fonte: Space Telescope Science Institute

Telescópio fotografa uma espetacular dança cósmica

O Very Large Telescope (VLT) do ESO observou o resultado de uma colisão cósmica, a galáxia NGC 7727.

© ESO / VLT (NGC 7727)

Esta gigante nasceu da fusão de duas galáxias, um evento que começou há cerca de um bilhão de anos. Em seu centro está o par mais próximo de buracos negros supermassivos já encontrados, dois objetos que estão destinados a se unirem em um buraco negro ainda mais massivo. 

As interações galácticas são muito violentas, mas as estrelas individuais geralmente não colidem, pois, em comparação com seus tamanhos, as distâncias entre elas são muito grandes. Em vez disso, as galáxias “dançam” em torno uma da outra, com a gravidade criando forças de maré que mudam drasticamente a forma dos dois parceiros. 

“Caudas” de estrelas, gás e poeira são tecidas em torno das galáxias à medida que elas formam eventualmente uma nova galáxia, dando origem a uma bonita e desordenada forma assimétrica como a que vemos aqui na NGC 7727. 

As consequências deste choque cósmico são muito evidentes nesta imagem da galáxia, obtida com o instrumento FORS2 (FOcal Reducer and low dispersion Spectrograph 2) montado no VLT. Apesar desta galáxia ter já sido previamente observada com outro telescópio do ESO, esta nova imagem mostra detalhes mais intrincados, tanto no corpo principal da galáxia como nas tênues caudas ao seu redor. Nesta imagem do VLT podemos ver os trilhos emaranhados criados à medida que as duas galáxias vão se fundindo, arrancando estrelas e poeira uma da outra para formar os longos braços que envolvem a NGC 7727. Partes destes braços se encontram salpicadas de estrelas, as quais aparecem como pontos brilhantes azul-lilás na imagem. Também visíveis na imagem estão dois pontos brilhantes no centro da galáxia, outro sinal do seu passado dramático. 

O núcleo da NGC 7727 é ainda composto pelos dois núcleos galácticos originais, cada um com um buraco negro supermassivo. Localizado a cerca de 89 milhões de anos-luz da Terra, na constelação de Aquário, este é o par de buracos negros supermassivos mais próximos de nós. 

Observa-se que os buracos negros em NGC 7727 estão a apenas 1.600 anos-luz de distância no céu e devem se fundir dentro de 250 milhões de anos, um piscar de olhos em tempo astronômico. Quando os buracos negros se fundem, eles criam um buraco negro ainda mais massivo. 

Prevê-se que a procura de pares de buracos negros supermassivos escondidos, como este, dê um grande salto em frente com o futuro Extremely Large Telescope (ELT) do ESO, que está previsto começar a operar mais para o final desta década, no deserto chileno do Atacama. Com o ELT, esperamos descobrir muitos mais destes objetos no centro das galáxias.

A nossa Galáxia, a Via Láctea, que também possui um buraco negro supermassivo no seu centro, vai acabar por se fundir com a nossa vizinha próxima, a galáxia de Andrômeda, daqui a bilhões de anos. Talvez a galáxia resultante se pareça com a dança cósmica que vemos na NGC 7727, por isso esta imagem pode nos dar um vislumbre do futuro.

Fonte: ESO

Telescópios ajudam a descobrir as origens de GRBs náufragos

Uma série de explosões de raios gama (GRB - gamma-ray burst) aparecem como flashes solitários altamente energéticos longe de qualquer local galáctico óbvio, levantando questões sobre as suas verdadeiras origens e distâncias.

© NOIRLab (fusão de duas estrelas de nêutrons gerando GRB)

Utilizando dados de alguns dos telescópios mais poderosos da Terra e no espaço, incluindo o Observatório W. M. Keck, o Gemini North em Maunakea, Havaí e o telescópio Gemini South no Chile, os astrônomos podem finalmente ter encontrado as suas verdadeiras origens, uma população de galáxias distantes a quase 10 bilhões de anos-luz de distância.

Uma equipe internacional de astrônomos descobriu que certos GRBs curtos não tiveram origem como náufragos na vastidão do espaço intergaláctico, tal como inicialmente apareceram. Um estudo mais profundo, recorrendo a vários observatórios, descobriu ao invés que estes GRBs isolados ocorreram em galáxias notavelmente distantes.

Esta descoberta sugere que os GRBs curtos, que se formam durante as colisões de estrelas de nêutrons, podem ter sido mais comuns no passado do que o esperado. Dado que as fusões de estrelas de nêutrons formam elementos pesados, incluindo ouro e platina, o Universo pode ter sido semeado com metais preciosos mais cedo do que se esperava também. 

Outros observatórios envolvidos nesta pesquisa incluem o telescópio espacial Hubble, o LDT (Lowell Discovery Telescope) no Arizona, o GTC (Gran Telescopio Canarias) na Espanha e o VLT (Very Large Telescope) do ESO no Chile. 

Os pesquisadores começaram a sua busca analisando dados de 120 GRBs captados por dois instrumentos a bordo do Observatório Neil Gehrels Swift da NASA: o BAT (Burst Alert Telescope), que sinalizou que tinha sido detectada uma explosão; e o XRT (X-ray Telescope), que identificou a localização geral do brilho de raios X do GRB. 

Estudos adicionais do seu brilho remanescente, feitos com o Observatório Lowell, identificaram com maior precisão a localização dos GRBs. Os estudos posteriores descobriram que 43 dos GRBs curtos não estavam associados a nenhuma galáxia conhecida e apareceram no espaço comparativamente vazio entre as galáxias. 

Uma hipótese deste isolamento era que as estrelas de nêutrons progenitoras se formaram como um par binário dentro de uma galáxia distante, entraram à deriva no espaço intergaláctico e eventualmente se fundiram bilhões de anos mais tarde. A outra hipótese era que as estrelas de nêutrons se fundiram a muitos bilhões de anos-luz de distância nas suas galáxias hospedeiras, que agora aparecem extremamente fracas devido à sua vasta distância da Terra. Os astrônomos acham que este segundo cenário era o mais plausível para explicar uma grande fração de eventos sem galáxia hospedeira.

Este resultado pode ajudar os astrônomos a melhor compreender a evolução química do Universo. A fusão de estrelas de nêutrons desencadeia uma série de reações nucleares em cascata que são necessárias para produzir metais pesados, como ouro, platina e tório. A redução da escala de tempo cósmico na fusão de estrelas de nêutrons significa que o jovem Universo era muito mais rico em elementos pesados do que se pensava anteriormente.

O estudo foi aceito para publicação no periódico Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Fonte: Gemini Observatory

As primeiras imagens do telescópio espacial James Webb

Em uma nova imagem panorâmica, o telescópio espacial James Webb revela detalhes nunca antes vistos do grupo de galáxias Quinteto de Stephan.

© James Webb (Quinteto de Stephan)

O Quinteto de Stephan é mais conhecido por ser destaque no filme clássico de 1946, “It’s a Wonderful Life”, aqui conhecido como “A Felicidade Não Se Compra”. Ele está localizado na constelação de Pégaso, o Quinteto de Stephan foi descoberto pelo astrônomo francês Édouard Stephan em 1877. É um grupo de cinco galáxias que fica na constelação de Pegasus, a cerca de 290 milhões de anos-luz da Terra.

A proximidade desse grupo fornece detalhes da interação de galáxias que desencadeiam a formação de estrelas e como o gás nestas galáxias está sendo perturbado.

A imagem mostra fluxos impulsionados por um buraco negro supermassivo em uma das galáxias do grupo em um nível de detalhe nunca visto antes. Grupos de galáxias próximos como esse podem ter sido mais comuns no início do Universo, quando material superaquecido e em colapso pode ter abastecido buracos negros muito energéticos.

Este enorme mosaico é a maior imagem de Webb até hoje, cobrindo cerca de um quinto do diâmetro da Lua. Ele contém mais de 150 milhões de pixels e é construído a partir de quase 1.000 arquivos de imagem separados. Com sua poderosa visão infravermelha e resolução espacial extremamente alta, o Webb mostra detalhes nunca antes vistos neste grupo de galáxias. 

Aglomerados cintilantes de milhões de estrelas jovens e regiões com novos nascimentos de estrelas enfeitam a imagem. Caudas de gás, poeira e estrelas estão sendo puxadas de várias galáxias devido a interações gravitacionais. Mais dramaticamente, o Webb capta enormes ondas de choque quando uma das galáxias, NGC 7318B, atravessa o aglomerado. 

Juntas, as cinco galáxias do Quinteto de Stephan também são conhecidas como Hickson Compact Group 92 (HCG 92). Embora seja chamado de “quinteto”, apenas quatro das galáxias estão realmente próximas umas das outras e envolvidas em uma dança cósmica. A quinta galáxia mais à esquerda, chamada NGC 7320, está mais em primeiro plano em comparação com as outras quatro. A NGC 7320 reside a 40 milhões de anos-luz da Terra, enquanto as outras quatro galáxias (NGC 7317, NGC 7318A, NGC 7318B e NGC 7319) estão a cerca de 290 milhões de anos-luz de distância.

Estudar galáxias relativamente próximas como essas ajuda os cientistas a entender melhor as estruturas vistas em um Universo muito mais distante. Essa proximidade fornece aos astrônomos a possibilidade de testemunhar a fusão e as interações entre galáxias que são tão cruciais para toda a evolução das galáxias. 

Ainda hoje, a galáxia NGC 7319, localizado no alto da imagem, abriga um núcleo galáctico ativo, um buraco negro supermassivo com 24 milhões de vezes a massa do Sol. Ele está ativamente atraindo material e emite energia luminosa equivalente a 40 bilhões de sóis.

O Webb estudou o núcleo galáctico ativo em grande detalhe com o Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec) e Mid-Infrared Instrument (MIRI). As unidades de campo integral (IFUs) desses instrumentos, que são uma combinação de uma câmera e espectrógrafo, forneceram à equipe do Webb uma coleção de imagens das características espectrais do núcleo galáctico. Assim como a ressonância magnética médica (MRI), as IFUs permitem a obtenção de muitas imagens para estudo detalhado. 

O Webb penetrou o manto de poeira ao redor do núcleo para revelar o gás quente perto do buraco negro ativo e medir a velocidade dos fluxos brilhantes impulsionados pelo buraco negro. 

Na NGC 7320, a galáxia mais à esquerda e mais próxima no agrupamento visual, o Webb foi capaz de resolver estrelas individuais e até mesmo o núcleo brilhante da galáxia. Como bônus, Webb revelou um vasto mar de milhares de galáxias de fundo distantes que lembram os Deep Fields do Hubble.

Combinados com a imagem infravermelha mais detalhada já feita do Quinteto de Stephan do MIRI e da Near-Infrared Camera (NIRCam), os dados do Webb fornecerão uma recompensa de novas informações valiosas. Por exemplo, ajudará os cientistas a entender a taxa na qual os buracos negros supermassivos se alimentam e crescem. O Webb também vê regiões de formação de estrelas muito mais diretamente e é capaz de examinar as emissões da poeira, um nível de detalhe impossível de obter até agora. 

Além do Quinteto de Stephan, o Webb obteve a imagem mais profunda e nítida do Universo no infravermelho do aglomerado de galáxias SMACS 0723, exatamente como ele era há cerca de 4,6 bilhões de anos. Retratou imagens da Nebulosa Carina e Nebulosa do Anel do Sul, e realizou o espectro do exoplaneta WASP-96b, localizado 1.000 anos-luz de distância, analisando sua atmosfera e revelando a assinatura inequívoca de água.

O Telescópio Espacial James Webb resolverá mistérios em nosso Sistema Solar, olhará além para mundos distantes em torno de outras estrelas e investigará as misteriosas estruturas e origens de nosso Universo. 

Fonte: Space Telescope Science Institute