Ligando os pequenos pontos vermelhos

Um objeto recém-descoberto pode ser a chave para desvendar a verdadeira natureza de uma misteriosa classe de fontes que os astrônomos têm recentemente encontrado no Universo primitivo.

© NASA (ponto de raios X)

Um "ponto de raios X" detectado pelo observatório de raios X Chandra da NASA poderá explicar o que são estas centenas ou, potencialmente, milhares de objetos.

Pouco depois de o telescópio espacial James Webb da NASA ter iniciado as suas observações científicas, surgiram relatos de uma nova classe de objetos misteriosos. Foram encontrados pequenos objetos vermelhos a cerca de 12 bilhões de anos-luz da Terra ou mais longe, que ficaram conhecidos como "Pequenos Pontos Vermelhos" (ou LRDs, sigla inglesa para "Little Red Dots").

Muitos cientistas pensam que os LRDs são buracos negros supermassivos embebidos em nuvens densas de gás, que mascaram algumas das assinaturas típicas em diferentes tipos de luz, incluindo raios X, que os astrônomos costumam usar para os identificar. Isto torná-los-ia diferentes dos típicos buracos negros supermassivos em crescimento, que não estão embebidos em gás denso, permitindo que a brilhante luz ultravioleta e os raios X provenientes do material em órbita dos buracos negros escapem.

Devido a isto e às suas potenciais semelhanças com as atmosferas estelares, denominando este cenário como "estrela-buraco negro" para os LRDs. Este novo "ponto de raios X", oficialmente designado 3DHST-AEGIS-12014, localizado a cerca de 11,8 bilhões de anos-luz da Terra, poderá constituir uma ponte crucial entre as estrelas-buraco negro e os típicos buracos negros supermassivos em crescimento. Exibe a maioria das características de um LRD, incluindo o fato de ser pequeno, vermelho e estar localizado a uma grande distância, mas brilha em raios X, ao contrário de outros LRDs.

A equipe encontrou este objeto especial após comparar novos dados do Webb com um levantamento profundo realizado anteriormente pelo Chandra. Se os pequenos pontos vermelhos são buracos negros supermassivos em rápido crescimento, por que razão não emitem raios X como outros buracos negros semelhantes? Encontrar um pequeno ponto vermelho que parece diferente dos outros dá-nos uma nova e importante perspectiva sobre o que os poderá alimentar.

Os pesquisadores sugerem que o ponto de raios X representa uma fase de transição de um LRD para um buraco negro supermassivo em crescimento típico. À medida que a estrela-buraco negro consome o gás circundante, surgem abertas irregulares nas nuvens de gás. Isto permite que os raios X provenientes do material que cai no buraco negro consigam atravessar, sendo observados pelo Chandra. Eventualmente, todo o gás é consumido e a estrela-buraco negro deixa de existir.

Existem também indícios nos dados do Chandra, relativos ao ponto de raios X, de que há variações no brilho dos raios X, o que corrobora a ideia de que o buraco negro está parcialmente obscurecido. À medida que a nuvem de gás gira, zonas de gás mais denso e menos denso podem transitar à frente do buraco negro (da perspectiva do Sistema Solar), causando alterações no brilho dos raios X.

Se for confirmado que o ponto de raios X é um pequeno ponto vermelho em transição, não só seria o primeiro do seu gênero, como poderia ser possível ver o interior de um pequeno ponto vermelho pela primeira vez. Seria também a evidência mais forte até à data de que o crescimento de buracos negros supermassivos está no centro de alguns, se não de todos, os pequenos pontos vermelhos.

Uma ideia alternativa para o ponto de raios X é que se trata de um tipo mais comum de buraco negro supermassivo em crescimento, mas que está envolto num tipo exótico de poeira que nunca foi vista antes. Estão previstas observações futuras que deverão ser capazes de revelar a verdade.

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal Letters.

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

O ritmo de expansão do Universo local

Uma colaboração internacional de astrônomos produziu uma das medições mais precisas até à data da velocidade de expansão do Universo local. O resultado aprofunda um dos desafios mais significativos da cosmologia moderna.

© CTIO / NOIRLab (escada de distâncias cósmicas)

A ilustração mostra a escada de distâncias cósmicas, uma sucessão de métodos sobrepostos utilizados para medir distâncias no Universo. A escada de distâncias começa no Aglomerado de Coma, que é o aglomerado de galáxias extremamente rico mais próximo da Terra.

Os astrônomos têm procurado medir o ritmo de expansão do Universo utilizando duas abordagens fundamentalmente diferentes. Um método baseia-se na medição de distâncias a estrelas e galáxias no Universo próximo. O outro utiliza medições do fundo cósmico de micro-ondas para prever qual seria o ritmo de expansão atual, de acordo com o modelo padrão da cosmologia.

Espera-se que estas duas abordagens produzam o mesmo resultado, mas isso não acontece. As medições baseadas no Universo próximo indicam consistentemente um ritmo de expansão mais elevado, cerca de 73 km/s por megaparsec, enquanto as previsões derivadas do Universo primitivo apresentam um valor mais baixo, próximo de 68 km/s por megaparsec. Embora a diferença numérica seja modesta, é muito maior do que aquilo que pode ser explicado pela incerteza estatística. Esta discrepância persistente, conhecida como tensão de Hubble, foi agora observada em vários estudos e técnicas independentes.

Ao reunir décadas de observações independentes num único quadro unificado, os astrônomos conseguiram a medição direta mais precisa até à data do ritmo de expansão do Universo próximo. A colaboração H0DN (H0 Distance Network) apresenta um valor da constante de Hubble de 73,50 ± 0,81 km/s por megaparsec, correspondendo a uma precisão de pouco mais de 1%. O estudo é o resultado de um amplo esforço da comunidade lançado no Workshop Breakthrough do ISSI (International Space Science Institute), realizado em Berna, Suíça, em março de 2025.

Em vez de se basear num único método, a equipe construiu uma "rede de distâncias" que interliga várias técnicas sobrepostas para medir distâncias no Universo local. Estas incluem observações de estrelas variáveis Cefeidas pulsantes, estrelas gigantes vermelhas que brilham com uma luminosidade conhecida, supernovas do Tipo Ia e certos tipos de galáxias. Esta abordagem permite múltiplas vias independentes para o mesmo resultado final e possibilita um teste crítico: será que a discrepância é causada por um erro num único método? Os resultados indicam que isso é improvável. Mesmo quando técnicas individuais são removidas da análise, o resultado global altera-se apenas minimamente. As medições independentes permanecem consistentes entre si, reforçando a robustez do ritmo de expansão medido localmente.

As implicações são significativas. O ritmo de expansão mais baixo inferido a partir do Universo primitivo depende do modelo padrão da cosmologia, que descreve como o Universo evoluiu desde o Big Bang. Se esse modelo estiver incompleto; por exemplo, se não explicar totalmente o comportamento da energia escura, de novas partículas ou de modificações na gravidade, as suas previsões para o ritmo de expansão atual seriam afetadas.

Nesse caso, a tensão de Hubble pode não ser resultado de um erro de medição, mas sim uma indicação de que falta um componente essencial ao modelo atual do Universo. A rede de distâncias locais também estabelece um quadro para pesquisas futuras. Ao disponibilizar abertamente os seus métodos e dados, a colaboração criou uma base que pode ser expandida com novas observações. Com os observatórios de próxima geração fornecendo medições ainda mais precisas, os astrônomos pretendem determinar se esta discrepância será, em última análise, resolvida ou se continuará apontando para uma nova física.

Um artigo foi publicado no periódico Astronomy & Astrophysics.

Fonte: Harvard–Smithsonian Center for Astrophysics

O Universo primitivo estava repleto de hidrogênio

Astrônomos, utilizando dados do HETDEX (Hobby–Eberly Telescope Dark Energy Experiment), descobriram dezenas de milhares de gigantescos halos de gás hidrogênio, denominados "nebulosas Lyman-alfa", que rodeavam galáxias há 10 a 12 bilhões de anos.

© HETDEX (enorme halo de gás hidrogênio)

Conhecida como "meio-dia cósmico", esta é uma época no início do Universo em que as galáxias cresciam ao ritmo mais acelerado. Para impulsionar este crescimento, teriam precisado de ter acesso a vastas reservas de hidrogênio gasoso, um elemento fundamental para a formação das estrelas. No entanto, até recentemente, os astrônomos tinham encontrado apenas um punhado destas estruturas essenciais.

Um novo estudo aumentou agora o número conhecido de halos de hidrogênio em dez vezes: de cerca de 3.000 para mais de 33.000. Isto confirma as suspeitas de que não se trata de curiosidades raras. O estudo também amplia a gama de tamanhos conhecidos, fornecendo uma amostra mais representativa para serem estudados à medida que continuam a desvendar a origem e a evolução das primeiras galáxias.

O gás hidrogênio é notoriamente difícil de detectar porque não emite luz própria. No entanto, se estiver próximo de um objeto que emita muita energia; por exemplo, uma galáxia ou um grupo de galáxias repleto de estrelas emissoras de radiação ultravioleta, essa energia pode fazer com que o hidrogênio brilhe. Para detectar isto, é necessário dedicar muito tempo a instrumentos de precisão, que são frequentemente muito procurados.

Embora estudos astronômicos anteriores tenham encontrado alguns destes halos, os seus instrumentos só conseguiam captar os exemplos mais brilhantes e extremos. E as observações direcionadas para as galáxias primitivas são normalmente tão ampliadas que excluem todos os halos, exceto os menores. Como resultado, tudo o que se encontra entre os pequenos e os gigantes permaneceu indetectável.

As observações do HETDEX estão começando a preencher esta lacuna. Foi utilizado o telescópio Hobby-Eberly no Observatório McDonald, que está mapeando a posição de mais de um milhão de galáxias na sua busca para compreender a energia escura. 

Os halos recém-revelados medem entre dezenas de milhares e centenas de milhares de anos-luz de diâmetro. Alguns são tão simples quanto uma nuvem em forma de bola de futebol envolvendo uma única galáxia. Outros são manchas irregulares e extensas que contêm múltiplas galáxias.

Para as encontrar, a equipe selecionou as 70.000 mais brilhantes das mais de 1,6 milhões de galáxias primitivas que foram identificadas pelo HETDEX até agora. Com a ajuda de supercomputadores do TACC (Texas Advanced Computing Center), procuraram ver quantas delas apresentavam indícios de um halo circundante: uma região central compacta de hidrogênio e uma nuvem mais fina que se estende para além dela.

Suspeita-se que os sistemas mais tênues simplesmente não sejam suficientemente luminosos para revelar plenamente o seu tamanho. A equipe espera que a sua descoberta ajude outros a estudar o Universo primitivo: como as suas estruturas evoluíram, a distribuição da matéria, o movimento dos objetos e muito mais.

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal.

Fonte: McDonald Observatory

Descoberta a estrela mais pristina do Universo

Astrônomos utilizaram dados do SDSS-V (Sloan Digital Sky Survey-V) e observações realizadas com os telescópios Magellan, no Observatório Las Campanas do Instituto Carnegie, no Chile, para descobrir a estrela mais pristina do Universo conhecido, denominada SDSS J0715-7334.

© Instituto Carnegie (gigante vermelha deslocando para Via Láctea)

Ilustração (não em escala) da gigante vermelha SDSS J0915-7334, que nasceu perto da Grande Nuvem de Magalhães e que agora viajou para residir na Via Láctea.

A estrela identificada pertencente à segunda geração de objetos celestes no cosmos, que se formou apenas alguns bilhões de anos após o início do Universo.

O Big Bang deu origem ao Universo como uma sopa quente e opaca de partículas energéticas. Com o tempo, à medida que este material se expandia, começou a arrefecer e a coalescer em gás hidrogênio neutro. Algumas zonas eram mais densas do que outras e, após algumas centenas de milhões de anos, a sua gravidade superou a trajetória de expansão do Universo e o material colapsou para dentro. Isto deu origem à primeira geração de estrelas, que se formaram apenas a partir de hidrogênio e hélio pristinos.

Estas estrelas arderam intensamente e morreram jovens, mas não sem antes produzirem novos elementos nos seus núcleos, que foram espalhados pelo cosmos pelas suas explosões no fim da vida. E a partir desses detritos, nasceram novas estrelas, que agora continham uma variedade mais ampla de elementos do que as suas antecessoras.

Todos os elementos mais pesados do Universo, denominados metais, foram produzidos por processos estelares, desde reações de fusão que ocorrem no interior das estrelas até explosões de supernova e colisões entre estrelas muito densas. Encontrar estrelas antigas de segunda e terceira gerações, após o Universo ter desenvolvido a sua estrutura pela primeira vez, revelaria como a formação estelar mudou ao longo dos milênios que se seguiram.

O SDSS tem sido um dos projetos de levantamento mais bem-sucedidos e influentes da história da astronomia, e a sua quinta geração recolhe milhões de espectros ópticos e infravermelhos em todo o céu. Este esforço pioneiro utiliza tanto o telescópio du Pont em Las Campanas, no hemisfério sul, como o Observatório Apache Point, no estado norte-americano do Novo México, no hemisfério norte. A riqueza dos dados do SDSS-V permitiu identificar estrelas com muito poucos elementos pesados. Depois, foram utilizados os telescópios Magellan de última geração, em Las Campanas, para obter espectros de alta resolução destas candidatas.

Uma análise mais aprofundada dos espectros do Magellan revelou que possui menos de 0,005% do teor de metais do Sol. É duas vezes mais pobre em metais do que a anterior detentora do recorde de estrela mais pristina e apresenta abundâncias particularmente baixas de ferro e carbono. Na verdade, é 40 vezes mais pobre em metais do que a estrela mais pobre em ferro conhecida.

Ao incorporar dados da missão Gaia da ESA, foi possível determinar que SDSS J0715-7334, situada a cerca de 80.000 anos-luz da Terra, nasceu em outro local e foi atraída para a Via Láctea, ao longo do tempo.

Um artigo foi publicado na revista Nature Astronomy.

Fonte: University of Chicago

A explosão de um buraco negro primordial?

Em 2023, uma partícula subatômica chamada neutrino embateu na Terra com uma energia tão elevada que deveria ser impossível.

© NASA (ilustração de buracos negros primordiais)

De fato, não se conhecem fontes no Universo capazes de produzir tal energia, 100.000 vezes mais do que a partícula mais energética alguma vez produzida pelo LHC (Large Hadron Collider), o acelerador de partículas mais potente do mundo.

No entanto, uma equipe de físicos da Universidade de Massachusetts Amherst colocou recentemente a hipótese de que algo assim poderia acontecer quando um tipo especial de buraco negro, chamado "buraco negro primordial quasi-extremo", explodisse.

Numa nova pesquisa, a equipe não só explica o neutrino, de outro modo impossível, como mostra que a partícula elementar pode revelar a natureza fundamental do Universo. Os buracos negros existem e compreendemos bem o seu ciclo de vida: uma estrela velha e grande fica sem combustível, implode numa supernova poderosa e massiva e deixa para trás uma área do espaço-tempo com uma gravidade tão intensa que nada, nem mesmo a luz, consegue escapar. Estes buracos negros são incrivelmente pesados e são essencialmente estáveis.

Mas, tal como o físico Stephen Hawking referiu em 1970, outro tipo de buraco negro, um buraco negro primordial (BNP), poderia ser criado não pelo colapso de uma estrela, mas a partir das condições primordiais do Universo, pouco depois do Big Bang. Até agora, os BNPs existem apenas em teoria e, tal como os buracos negros normais, são tão densos que quase nada lhes consegue escapar. No entanto, apesar da sua densidade, os BNPs podem ser muito mais leves do que os buracos negros que observamos até agora. Além disso, Hawking mostrou que os buracos negros primordiais podiam emitir lentamente partículas, através do que é agora conhecido como "radiação Hawking", se ficassem suficientemente quentes.

À medida que os BNPs se evaporam, tornam-se cada vez mais leves e, portanto, mais quentes, emitindo ainda mais radiação num processo descontrolado até à explosão. É essa radiação Hawking que os telescópios conseguem detectar. Se uma tal explosão fosse observada, forneceria um catálogo definitivo de todas as partículas subatômicas existentes, incluindo as que já observamos, como os elétrons, os quarks e os bósons de Higgs, as partículas de matéria escura, e as demais que são desconhecidas para a ciência.

A equipe demonstrou anteriormente que tais explosões poderiam ocorrer com uma frequência surpreendente, mais ou menos a cada década, e os atuais instrumentos de observação do cosmos poderiam registar estas explosões. Até aqui, tudo teórico. 

Então, em 2023, uma experiência chamada Colaboração KM3NeT (Cubic Kilometre Neutrino Telescope) captou esse tal neutrino impossível, exatamente o tipo de evidência que a equipe supôs que poderíamos ver em breve. Mas houve um contratempo: uma experiência semelhante, chamada IceCube, também criada para captar neutrinos cósmicos altamente energéticos, não só não registou o acontecimento, como até nunca tinha registado nada com um centésimo da sua potência.

Se o Universo é relativamente denso em BNPs, e estes explodem frequentemente, não deveríamos ser inundados por neutrinos de alta energia? O que é que pode explicar esta discrepância?

É possível que os BNPs com uma "carga escura", a que chamamos buracos negros primordiais quasi-extremos, são o elo que falta. A carga escura é essencialmente uma cópia da força elétrica habitual tal como a conhecemos, mas que inclui uma versão muito pesada e teórica do elétron. A equipe está confiante de que o seu modelo de BNPs com carga escura não só pode explicar o neutrino, como também pode responder ao mistério da matéria escura.

As observações de galáxias e do fundo cósmico de micro-ondas sugerem que existe algum tipo de matéria escura. Se a hipótese de carga escura for verdadeira, então é provável que poderá haver uma população significativa de BNPs, o que seria consistente com outras observações astrofísicas e explicaria toda a matéria escura em falta no Universo. Agora os cientistas podem estar à beira de verificar experimentalmente a radiação Hawking, obter evidências da existência de buracos negros primordiais e de novas partículas para além do Modelo Padrão, e explicar o mistério da matéria escura.

Um artigo foi publicado no periódico Physical Review Letters.

Fonte: University of Massachusetts

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

A influência da matéria escura no Universo

Com a sensibilidade sem precedentes do telescópio espacial James Webb, os cientistas estão aprendendo mais sobre a influência da matéria escura sobre estrelas, galáxias e até planetas como a Terra.

© Webb (mapa de matéria escura)

Esta imagem do telescópio espacial James Webb, da NASA, é sobreposta a um mapa de matéria escura, representado em azul. Os pesquisadores usaram dados Webb para encontrar a substância invisível por meio de sua influência gravitacional na matéria regular.

Os cientistas fizeram um dos mapas mais detalhados e de alta resolução de matéria escura já produzidos. Ele mostra como o material invisível e fantasmagórico se sobrepõe e se entrelaça com a matéria regular, o material que compõe as estrelas, as galáxias e tudo o que podemos ver.

O mapa se baseia em pesquisas anteriores para fornecer confirmação adicional e novos detalhes sobre como a matéria escura moldou o Universo nas maiores escalas, aglomerados de galáxias milhões de anos-luz, que originam as galáxias, as estrelas e os planetas como a Terra.

A matéria escura não emite, reflete, absorve ou até bloqueia a luz, e passa pela matéria regular sem praticamente influenciar. Mas ela interage com o Universo por meio da gravidade, algo que o mapa mostra com um novo nível de clareza. As evidências dessa interação estão no grau de sobreposição entre a matéria escura e a matéria regular. Esse alinhamento próximo não pode ser uma coincidência, pois se deve à gravidade da matéria escura que puxa a matéria regular para ela ao longo da história cósmica.

Encontrada na constelação de Sextans, a área coberta pelo novo mapa é uma seção do céu cerca de 2,5 vezes maior que a Lua cheia. Uma comunidade global de cientistas observou essa região com pelo menos 15 telescópios terrestres e espaciais para o Cosmic Evolution Survey (COSMOS), cujo objetivo foi medir precisamente a localização da matéria regular aqui e depois compará-la à localização da matéria escura.

O primeiro mapa de matéria escura da área foi feito em 2007 usando dados do telescópio espacial Hubble. O  Webb espiou essa região por um total de cerca de 255 horas e identificou quase 800.000 galáxias, algumas das quais foram detectadas pela primeira vez. O mapa do Webb contém cerca de 10 vezes mais galáxias do que mapas da área feitos por observatórios terrestres e duas vezes mais do que o do Hubble. Ele revela novos aglomerados de matéria escura e capta uma visão de alta resolução das áreas vistas anteriormente pelo Hubble. Para refinar as medidas da distância de muitas galáxias do mapa, a equipe usou o Mid-Infrared Instrument (MIRI) do Webb. Os comprimentos de onda que o MIRI detecta também o tornam apto na detecção de galáxias obscurecidas por nuvens cósmicas de poeira.

Quando o Universo começou, a matéria regular e a matéria escura provavelmente estavam pouco distribuídas. Os cientistas acham que a matéria escura começou a se agrupar primeiro e que esses aglomerados de matéria escura então juntaram a matéria regular, criando regiões com material suficiente para que estrelas e galáxias começassem a se formar. Desta forma, a matéria escura determinou a distribuição em larga escala das galáxias no Universo.

E ao conduzir a formação de galáxias e estrelas a começar mais cedo, a influência da matéria escura também desempenhou um papel na criação das condições para que os planetas eventualmente se formassem. Isso porque as primeiras gerações de estrelas foram responsáveis por transformar hidrogênio e hélio, que compunham a grande maioria dos átomos no início do Universo, na rica variedade de elementos que agora compõem planetas como a Terra. Em outras palavras, a matéria escura forneceu mais tempo para a formação de planetas complexos.

Os pesquisadores também mapearão a matéria escura com o próximo telescópio espacial Nancy Grace Roman da NASA sobre uma área 4.400 vezes maior que a região do COSMOS. Os principais objetivos da ciência desse telescópio incluem aprender mais sobre as propriedades fundamentais da matéria escura e como elas podem ou não ter mudado ao longo da história cósmica. Mas, seus mapas não vencerão a resolução espacial do Webb. Olhares mais detalhados sobre a matéria escura só serão possíveis com um telescópio de próxima geração como o Habitable Worlds Observatory, o próximo conceito em astrofísica da NASA.

Um artigo foi publicado na revista Nature Astronomy.

Fonte: Jet Propulsion Laboratory

O primeiro mapa cósmico SPHEREx

Lançado em março, o telescópio espacial SPHEREx da NASA completou o seu primeiro mapa infravermelho de todo o céu em 102 cores.

© SPHEREx (mapa celeste em 102 cores)

Esta imagem apresenta uma seleção de cores emitidas principalmente por estrelas (azul, verde e branco), hidrogênio quente (azul) e poeira cósmica (vermelho).

Embora não sejam visíveis ao olho humano, estes 102 comprimentos de onda de luz infravermelha são predominantes no cosmos e a observação de todo o céu, desta forma, permite aos cientistas responder a grandes questões, incluindo a forma como um evento dramático que ocorreu no primeiríssimo instante, cerca de 1/10³³ segundos após o Big Bang influenciou a distribuição 3D de centenas de milhões de galáxias no nosso Universo.

Para além disso, os cientistas vão usar os dados para estudar a forma como as galáxias mudaram ao longo dos quase 14 bilhões de anos de história do Universo e aprender mais sobre a distribuição de ingredientes chave para a vida na nossa própria Galáxia.

Dando a volta à Terra cerca de 14 vezes e meia por dia, o SPHEREx (Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization, and Ices Explorer) viaja de norte para sul, passando pelos polos. Todos os dias capta cerca de 3.600 imagens ao longo de uma faixa circular do céu e, à medida que os dias passam e o planeta se desloca em torno do Sol, o campo de visão do SPHEREx também muda. Ao fim de seis meses, o observatório já olhou para o espaço em todas as direções, captando todo o céu em 360 graus.

Gerida pelo Jet Propulsion Laboratory (JPL) da NASA, a missão começou a mapear o céu em maio e completou o seu primeiro mosaico de todo o céu em dezembro. Durante a sua missão primária de dois anos, efetuará mais três varrimentos de todo o céu e a fusão desses mapas aumentará a sensibilidade das medições. O conjunto completo de dados está disponível gratuitamente para os cientistas e para o público.

Cada uma das 102 cores detectadas pelo SPHEREx representa um comprimento de onda infravermelho, e cada comprimento de onda fornece informações únicas sobre as galáxias, estrelas, regiões de formação planetária e outras características cósmicas. Por exemplo, nuvens densas de poeira na nossa Galáxia, onde se formam estrelas e planetas, irradiam intensamente em certos comprimentos de onda, mas não emitem luz em outros. O processo de separar a luz de uma fonte nos comprimentos de onda que a compõem é designado por espectroscopia.

E embora algumas missões anteriores tenham também mapeado todo o céu, como a WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer) da NASA, nenhuma o fez com tantas cores como o SPHEREx. Em contraste, o telescópio espacial James Webb pode efetuar espectroscopia com um número significativamente maior de comprimentos de onda de luz do que o SPHEREx, mas com um campo de visão milhares de vezes menor. A combinação de cores e um campo de visão tão alargado é a razão pela qual o SPHEREx é tão poderoso.

Para realizar esta proeza, o SPHEREx utiliza seis detectores, cada um deles emparelhado com um filtro especialmente concebido que contém um gradiente de 17 cores. Isto significa que cada imagem obtida com estes seis detectores contém 102 cores, e que cada mapa do céu que o SPHEREx produz é na realidade 102 mapas, cada um com uma cor diferente. O observatório utilizará estas cores para medir a distância a centenas de milhões de galáxias. Embora as posições da maioria dessas galáxias já tenham sido mapeadas em duas dimensões por outros observatórios, o mapa do SPHEREx será em 3D, permitindo aos cientistas medir variações sutis na forma como as galáxias estão agrupadas e distribuídas pelo Universo.

Fonte: NASA

Em busca das primeiras estrelas do Universo

Os astrônomos há muito tempo buscam evidências da primeira geração de estrelas do Universo e, à medida que galáxias mais distantes se tornam visíveis, parece que essas estrelas podem finalmente estar no nosso alvo.

© STScI (ilustração da formação de estrelas no início do Universo)

Desde o seu lançamento em 2021, o telescópio espacial James Webb (JWST) tem fornecido aos astrônomos olhos para observar o passado distante, descobrindo muitas galáxias cuja luz revela os estágios iniciais da formação de estrelas e galáxias no Universo.

Dentro da população de galáxias recém-descobertas, existem algumas com propriedades químicas bizarras que, à primeira vista, parecem ser muito ricas para existirem tão cedo no Universo. Essas abundâncias difíceis de conciliar podem ser um sinal das primeiras estrelas do Universo. Conhecidas como estrelas da População III, as primeiras estrelas do Universo nasceram de nuvens gigantes de gás primordial (hidrogênio, hélio e um pouco de lítio) e foram capazes de se formar com massas centenas a milhares de vezes maiores que a massa do nosso Sol.

Embora tenham brilhado intensamente, sua queima não durou muito tempo, terminando suas vidas em violentas supernovas e lançando seus componentes recém-enriquecidos de volta ao ambiente ao redor. Apesar dessas estrelas estejam mortas há muito tempo, as marcas químicas que deixaram em suas galáxias hospedeiras podem persistir, e entender como as estrelas da População III criam e distribuem metais pode nos dar pistas sobre as estranhas assinaturas químicas recentemente encontradas com o JWST. 

Pesquisadores identificaram algumas galáxias que exibem altas proporções de nitrogênio para oxigênio (N/O) que não podem ser explicadas por estrelas semelhantes às que existem no Universo hoje. Algumas dessas galáxias poderiam ser explicadas por meio de múltiplas populações estelares, estrelas em rápida rotação, explosões massivas ou os estágios iniciais da formação de aglomerados globulares. No entanto, GS 3073, uma galáxia com um desvio para o vermelho de z = 5,55 (cerca de um bilhão de anos após o Big Bang), tem um excesso de N/O tão alto que, até agora, desafiou qualquer explicação. 

Com o objetivo de compreender esse fenômeno bizarro, Devesh Nandal (Universidade da Virgínia; Centro de Astrofísica de| Harvard & Smithsonian) e colaboradores usaram modelos de evolução estelar para verificar se as estrelas da População III poderiam ser as culpadas. Modelando estrelas com massas de 1.000 a 10.000 vezes a massa do nosso Sol, os autores rastrearam os rendimentos elementares dessas estrelas supermassivas à medida que passam pelos vários estágios de queima nuclear.

A análise leva em consideração a mistura dentro das estrelas, a perda de massa ao longo de suas vidas e como o material ejetado pela supernova se mistura no meio interestelar. A partir dessa modelagem, foi descoberto que estrelas massivas da População III, entre 1.000 e 10.000 massas solares, podem produzir as abundâncias elementares observadas em GS 3073. Estrelas menos massivas não produzem razões N/O suficientemente altas, e estrelas mais massivas têm razões oxigênio-hidrogênio muito menores, sugerindo fortemente limites de massa superior e inferior para as possíveis estrelas supermassivas que poderiam ter produzido a composição química de GS 3073. 

Este estudo da GS 3073 é o primeiro do gênero a confirmar as marcas químicas de estrelas da População III em sua galáxia hospedeira neste desvio para o vermelho. A abundância única de nitrogênio só pode ser produzida por meio das fases evolutivas de estrelas da População III que queimam rápido o suficiente para produzir e liberar uma quantidade excessiva de nitrogênio, enquanto outros elementos permanecem consistentes. A partir de sua modelagem, os pesquisadores sugerem que galáxias com excesso de nitrogênio ainda maior podem existir, e novas observações com o JWST podem encontrá-las.

A busca por estrelas da População III está em plena expansão; outro estudo recente examinou a galáxia LAP1-B. Enquanto GS 3073 mostra evidências de estrelas da População III por meio de abundâncias químicas, o estudo de LAP1-B descobriu que a galáxia corresponde às previsões teóricas para os ambientes de formação e distribuições de massa de estrelas da População III. Ambos os trabalhos de pesquisa atuais estão lançando as bases para a riqueza de descobertas possíveis com o JWST, e as primeiras estrelas do Universo não estão mais fora de alcance.

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: American Astronomical Society

A expansão do Universo pode estar abrandando, não acelerarando

Um novo estudo sugere que a expansão do Universo pode, de fato, ter começado a abrandar, em vez de acelerar a um ritmo cada vez maior, como se pensava anteriormente.

© High-Z Supernova Search (supernova SN 1994d vista na galáxia NGC 4526)

Descobertas notáveis lançam dúvidas sobre a teoria de longa data de que uma força misteriosa conhecida como "energia escura" está afastando galáxias distantes cada vez mais depressa. Ao invés, não mostram evidências de um Universo em aceleração. Se os resultados forem confirmados, poderão abrir um capítulo inteiramente novo na busca para descobrir a verdadeira natureza da energia escura, resolver a "tensão de Hubble" e compreender o passado e o futuro do Universo.

Este estudo mostra que o Universo já entrou numa fase de expansão desacelerada na época atual e que a energia escura evolui com o tempo muito mais rapidamente do que se pensava. Se estes resultados se confirmarem, marcarão uma importante mudança de paradigma na cosmologia desde a descoberta da energia escura há 27 anos. 

Os astrónomos têm pensado, ao longo das últimas três décadas, que o Universo está se expandindo a um ritmo cada vez maior, impulsionado por um fenômeno invisível chamado energia escura, que atua como uma espécie de antigravidade. Esta conclusão, baseada em medições de distâncias de galáxias longínquas utilizando supernovas de Tipo Ia, ganhou o Prêmio Nobel da Física de 2011, recebido por Saul Perlmutter, Brian Schmit e Adam Riess.

No entanto, uma equipe de astrônomos da Universidade de Yonsei apresentou agora novas evidências de que as supernovas de Tipo Ia, há muito consideradas as "velas padrão" do Universo, são na realidade fortemente afetadas pela idade das suas estrelas progenitoras. Mesmo após a normalização da luminosidade, as supernovas de populações estelares mais jovens aparecem sistematicamente mais fracas, enquanto as de populações mais antigas aparecem mais brilhantes. Com base numa amostra muito maior de 300 galáxias hospedeiras, o novo estudo confirmou este efeito com uma significância extremamente elevada (99,999% de confiança), sugerindo que o escurecimento das supernovas distantes resulta não só de efeitos cosmológicos, mas também de efeitos astrofísicos estelares.

Quando este viés sistemático foi corrigido, os dados das supernovas já não correspondiam ao modelo cosmológico padrão Lambda-CDM com uma constante cosmológica, disseram os pesquisadores. Em vez disso, alinhavam-se muito melhor com um novo modelo favorecido pelo projeto DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument), derivado das oscilações acústicas bariónicas (OABs), efetivamente o som do Big Bang, e dos dados do fundo cósmico de micro-ondas. Os dados corrigidos das supernovas e os resultados das OABs e fundo cósmico de micro-ondas indicam que a energia escura enfraquece e evolui significativamente com o tempo.

Mais importante ainda, os pesquisadores disseram que quando os dados corrigidos das supernovas foram combinados com os resultados das OABs e do fundo cósmico de micro-ondas, o modelo padrão Lambda-CDM foi excluído com uma significância esmagadora. O mais surpreendente de tudo é que esta análise combinada indica que o Universo não está hoje acelerando como se pensava anteriormente, mas que já transitou para um estado de expansão desacelerada.

No projeto DESI, os principais resultados foram obtidos através da combinação de dados não corrigidos de supernovas com medições de oscilações acústicas bariônicas, o que levou à conclusão de que, embora o Universo venha desacelerar no futuro, ainda está acelerando atualmente. 

Após o Big Bang e a rápida expansão do Universo há cerca de 13,8 bilhões de anos, a gravidade abrandou-a. Mas em 1998, verificou-se que nove bilhões de anos após o início do Universo, a sua expansão tinha começado a acelerar de novo, impulsionada pela energia escura, mas apesar de constituir cerca de 70% do Universo, continua sendo considerada um dos maiores mistérios da ciência.

No ano passado, dados do DESI em Tucson, Arizona, EUA, sugeriram que a força exercida pela energia escura tinha mudado ao longo do tempo, e as evidências de tal têm aumentado desde então. A esperança é que, com estas novas ferramentas no seu arsenal, os astrônomos estejam agora mais bem equipados para encontrar pistas sobre o que é exatamente a energia escura e como influencia o Universo.

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

Fonte: Royal Astronomical Society