Descoberto um possível pulsar no centro da Via Láctea

Pesquisadores da Universidade de Columbia e da Breakthrough Listen, um programa de investigação científica que visa encontrar evidências de civilizações extraterrestres, publicaram novos resultados do levantamento BLGC (Breakthrough Listen Galactic Center), uma das mais sensíveis pesquisas no rádio jamais realizadas para pulsares na dinamicamente complexa região central da Via Láctea.

© GBT (ilustração de um pulsar no centro da Via Láctea)

Os pulsares são estrelas de nêutrons altamente magnetizadas que giram rapidamente e emitem feixes de ondas de rádio que atravessam a Terra como faróis cósmicos. Dado que os seus sinais são extremamente regulares, os pulsares podem ser usados como relógios cósmicos altamente precisos para estudar a física em condições extremas.

Espera-se que a região central da Via Láctea abrigue uma grande população de pulsares, mas a sua detecção é excepcionalmente difícil devido à forte dispersão interestelar e ao ambiente extremo da região. Os comprimentos de onda em rádio são adequados para estas pesquisas porque podem sondar regiões densas do Centro Galáctico que, de outra forma, são obscurecidas em comprimentos de onda ópticos. O Centro Galáctico, onde se encontra o buraco negro supermassivo Sagitário A* e densas populações estelares, apresenta oportunidades e desafios científicos únicos para a compreensão da dinâmica estelar, ambientes astrofísicos extremos e testes da teoria da Relatividade Geral de Einstein.

Neste novo trabalho, os pesquisadores realizaram mais de 20 horas de observações com o GBT (Green Bank Telescope), um observatório no estado norte-americano da Virgínia Ocidental, entre 2021 e 2023. Destas observações, 11 horas foram dedicadas aos 1,4 minutos de arco mais interiores do Centro Galáctico, resultando num dos mais profundos e sensíveis levantamentos de pulsares alguma vez realizados para esta região. Este levantamento foi também um empreendimento computacionalmente intensivo.

As observações individuais da região mais interior duraram de 1 a 2 horas, cobriram quase 4 GHz de largura de banda com um tempo de amostragem de 44 microssegundos e cada uma produziu de 3 a 8 terabytes de dados. O processamento destes dados exigiu recursos de computação em grande escala, incluindo o "cluster" de computação de alto desempenho da Universidade de Columbia, com alocações de memória elevadas e pesquisas paralelas em vários nós de computação.

O levantamento identificou um intrigante candidato a pulsar de 8,19 milissegundos, denominado BLPSR (Breakthrough Listen Pulsar). Dadas as potenciais implicações de tal descoberta, está em curso a análise de extensas observações de acompanhamento. 

Na ausência de quaisquer influências externas, os sinais de um pulsar chegam aos telescópios com uma regularidade extraordinária, pelo que podem ser considerados relógios muito precisos com um comportamento altamente previsível. Os pulsares de milissegundo, em particular, exibem um comportamento extremamente estável, semelhante ao de um relógio, devido à sua rotação muito rápida. Qualquer influência externa num pulsar, como a atração gravitacional de um objeto massivo, introduziria anomalias nesta chegada constante de sinais, que podem ser medidas e modeladas. Além disso, quando os sinais viajam perto de um objeto muito massivo, podem ser distorcidos e sofrer atrasos temporais devido à deformação do espaço-tempo.

Uma vez que o buraco negro central da nossa Galáxia tem uma massa cerca de 4 milhões de vezes superior à massa do nosso Sol, exerce uma forte influência sobre os seus arredores. Detectar, confirmar e medir cuidadosamente a chegada do sinal de um pulsar numa órbita próxima de Sagitário A* permitiria, portanto, testes sem precedentes da Teoria Geral da Relatividade de Einstein, incluindo medições de precisão do espaço-tempo em torno de um buraco negro supermassivo. Uma tal descoberta revolucionaria a física e continua a ser um grande objetivo de longa data de exploração do Centro Galáctico.

Ao mesmo tempo, a escassez de detecções neste levantamento levanta questões fundamentais sobre a verdadeira população de pulsares e sobre o ambiente complexo do Centro Galáctico. Para maximizar o impacto na comunidade, o programa Breakthrough Listen está divulgando publicamente as observações, permitindo aos pesquisadores de todo o mundo realizar análises independentes e seguir casos científicos complementares.

Espera-se que as futuras instalações rádio de próxima geração, como o ngVLA (next-generation Very Large Array) e o SKA (Square Kilometre Array), forneçam a sensibilidade e a resolução necessárias para descobrir esta esquiva população de pulsares.

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal.

Fonte: Columbia University

O buraco negro da Via Láctea esconde um passado explosivo

O buraco negro supermassivo da Via Láctea é famoso por ser um dos mais fracos do Universo. Os resultados de um novo telescópio espacial mostram que pode nem sempre ter sido esse o caso.

© STScI (imagem infravermelha de Sagitário B2)

Sagitário A*, localizado no centro da Via Láctea, parece ter-se inflamado dramaticamente em algum momento nas últimas centenas de anos, de acordo com as emissões de raios X observadas pelo telescópio espacial XRISM (X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission). Estas descobertas surpreendentes revelam novos pormenores sobre a evolução dos buracos negros supermassivos. Também ensinam aos astrônomos lições sobre a história do nosso lar cósmico.

Astrônomos mediram os raios X provenientes de uma nuvem gigante de gás perto do centro da Galáxia. As suas descobertas oferecem fortes evidências de que a nuvem está brilhando em resposta a um surto passado de Sagitário A*. 

Muitos buracos negros supermassivos são brilhantes porque o gás à sua volta aquece e emite radiação altamente energética. Em contraste, Sagitário A* quase não brilha. É um dos buracos negros mais tênues conhecidos no Universo, apenas visível porque está muito próximo da Terra. Várias grandes nuvens moleculares flutuam ao redor de Sagitário A* e podem atuar como espelhos cósmicos, refletindo os flashes de raios X do buraco negro. Os telescópios espaciais anteriores conseguiram detectar estes lampejos, mas não com resolução energética suficiente para examinar a sua estrutura fina ou determinar o que os produziu.

O XRISM mudou isso. O telescópio foi lançado em 2023 através de uma parceria entre a NASA e a JAXA. As suas primeiras observações são muito aguardadas porque representam uma grande melhoria em relação a todos os telescópios espaciais existentes em termos de resolução energética. A maioria dos telescópios espaciais de raios X consegue distinguir a energia de um fóton até cerca de uma parte em 10, ou mesmo 100. O XRISM consegue resolver uma parte em 1.000. As novas imagens são como passar de uma Polaroid para uma imagem tecnicolor de alta-definição.

© STScI (mapa maior do Centro Galáctico mostrando Sgr A*)

Os astrônomos fizeram zoom em duas linhas de emissão de raios X extremamente estreitas provenientes de uma das nuvens moleculares. Medindo as suas energias e formas com uma precisão inovadora, conseguiram determinar o movimento da nuvem e compará-lo com observações rádio anteriores. Também examinou características sutis no espectro para testar duas explicações diferentes para o brilho da nuvem. Esses pormenores excluíram a ideia de que os raios cósmicos eram os responsáveis e, em vez disso, mostraram que a nuvem está refletindo um surto de raios X de Sagitário A*, efetivamente um "eco de luz" do passado.

Estudando várias nuvens em diferentes distâncias do buraco negro, os astrônomos podem reconstruir uma linha temporal destas antigas erupções, tal como se usassem ecos atrasados para mapear a forma de uma gruta. Os dados mostram pela primeira vez como a resolução energética do XRISM pode medir características extremamente finas no Universo.

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: Michigan State University

Estudo identifica 400 aglomerados binários na Via Láctea

As estrelas formam-se normalmente em aglomerados, e estes também se podem formar aos pares ou em grupos.

© Ron Brecher (Aglomerado Duplo de Perseu)

A imagem mostra o Aglomerado Duplo de Perseu, também denominado h e Chi Persei, ou com os números de catálogo NGC 869 (direita) e NGC 884 (esquerda), é o aglomerado binário mais famoso do céu.

Os aglomerados binários são definidos como pares de aglomerados abertos estreitamente associados tanto em termos de posição como de cinemática. Fornecem informações sobre o modo como as estrelas se formam dentro de nuvens moleculares gigantes, tornando-os indicadores importantes da formação estelar e da evolução dos aglomerados.

Utilizando astrometria de alta precisão do satélite Gaia e aplicando critérios de seleção uniformes e rigorosos, pesquisadores do Observatório Astronômico de Xinjiang da Academia Chinesa de Ciências identificaram 400 candidatos a aglomerados abertos binários na Via Láctea; 268 destes foram recentemente divulgados.

Os resultados fornecem um esquema unificado e estruturado para identificar e classificar aglomerados binários galácticos. Os cientistas analisaram cerca de 4.000 aglomerados abertos utilizando a astrometria e a cinemática do catálogo Gaia DR3. Estabeleceram um critério estatístico e quantitativo para a proximidade espacial e de velocidade e validaram-no contra amostras simuladas aleatórias. Usando esta estrutura, os aglomerados binários foram classificados em três categorias: (1) aglomerados binários primordiais (conatais), (2) aglomerados binários de captura por efeitos de maré ou captura ressonante, e (3) pares ópticos (alinhamentos casuais).

Uma análise mais aprofundada mostra que 61% dos aglomerados binários candidatos são altamente consistentes em termos de idade e cinemática, apoiando a formação a partir da mesma nuvem molecular gigante, e 83% apresentam interações de maré significativas. A força da interação está claramente correlacionada com a separação espacial, quanto mais próximo o par, mais forte é a atração mútua e a perturbação.

Em geral, cerca de 17% dos aglomerados abertos estão atualmente em sistemas binários ou de múltiplos aglomerados e cerca de 10% formaram-se provavelmente como aglomerados binários primordiais. Estas percentagens estão bem alinhadas com estimativas teóricas e observacionais anteriores.

O cruzamento com aglomerados binários previamente reportados mostra que o método recupera uma grande fração de sistemas conhecidos. Apesar de critérios de seleção mais rigorosos, também acrescenta 268 aglomerados binários físicos recentemente identificados à amostra galáctica.

Este estudo sugere que a formação hierárquica de estrelas é um processo importante e fornece evidências observacionais fundamentais para os mecanismos de formação e evolução dinâmica de sistemas de múltiplos aglomerados. Esta evidência apoia um cenário hierárquico e aglomerado de formação estelar em múltiplas escalas.

Um artigo foi publicado no periódico Astronomy & Astrophysics.

Fonte: Chinese Academy of Sciences

Gaia descobre uma grande onda na Via Láctea

A nossa Galáxia nunca está parada: gira e oscila. E agora, dados do telescópio espacial Gaia da ESA revelam que a Via Láctea também tem uma onda gigante que ondula do seu centro para fora.

© ESA / Gaia (ondulação de lado na Via Láctea)

Há cerca de cem anos que sabemos que as estrelas da Via Láctea giram em torno do seu centro e o Gaia mediu as suas velocidades e movimentos. Desde a década de 1950 que sabemos que o disco da Via Láctea está deformado. Depois, em 2020, o Gaia descobriu que este disco oscila ao longo do tempo, de forma semelhante ao movimento de um pião.

E agora tornou-se claro que uma grande onda agita o movimento das estrelas da Via Láctea ao longo de distâncias de dezenas de milhares de anos-luz do Sol. Tal como uma pedra atirada para um lago, fazendo ondulações para fora, esta onda galáctica de estrelas abrange uma grande parte do disco exterior da Via Láctea.

A inesperada ondulação galáctica é vista com as posições de milhares de estrelas brilhantes que são mostradas em vermelho e azul, sobrepostas nos mapas da Via Láctea pelo Gaia. Mesmo que nenhuma nave espacial possa viajar para além da nossa Galáxia, a visão excepcionalmente precisa do Gaia, nas três direções espaciais (3D) e nas três velocidades (movendo-se em direção a nós e para longe de nós, e pelo céu) está permitindo aos cientistas fazer estes mapas de cima para baixo e de lado. A partir deles, podemos ver que a onda estende-se por uma enorme porção do disco galáctico, afetando estrelas a pelo menos 30 a 65 mil anos-luz de distância do centro da Galáxia (para efeitos de comparação, a Via Láctea tem cerca de 100 mil anos-luz de diâmetro).

Os astrônomos conseguiram descobrir este movimento surpreendente estudando as posições e movimentos pormenorizados de jovens estrelas gigantes e estrelas Cefeidas. Estas últimas são estrelas que variam de brilho de uma forma previsível e que podem ser observadas por telescópios como o Gaia a grandes distâncias. Dado que as jovens estrelas gigantes e as Cefeidas movem-se com a onda, os cientistas pensam que o gás no disco também pode estar participando nesta ondulação em grande escala. É possível que as estrelas jovens retenham a memória da onda a partir do próprio gás no qual nasceram.

Uma colisão passada com uma galáxia anã poderia ser uma explicação possível, mas os cientistas precisam de mais investigações. A grande onda pode também estar relacionada com um movimento ondulatório de menor escala observado a 500 anos-luz do Sol e que se estende por 9.000 anos-luz, a chamada Onda Radcliffe. No entanto, a Onda Radcliffe é um filamento muito menor e está localizada numa parte diferente do disco da Galáxia, em comparação com a onda estudada (muito mais perto do Sol do que a grande onda). As duas ondas podem ou não estar relacionadas. 

O quarto lançamento de dados do Gaia incluirá posições e movimentos ainda melhores das estrelas da Via Láctea, incluindo estrelas variáveis como as Cefeidas. Isto ajudará na obtenção de mapas ainda melhores, avançando assim na compreensão destas características da Via Láctea.

Um artigo foi publicado no periódico Astronomy & Astrophysics.

Fonte: ESA

Imenso jato estelar na periferia da nossa Via Láctea

Bem longe, no limite da nossa Galáxia, a Via Láctea, uma jovem estrela ainda em formação está enviando um comunicado de nascimento ao Universo sob a forma de um fogo de artifício.

© NASA (Sharpless 2-284)

Os gases sobreaquecidos que caem sobre a estrela massiva são lançados para o espaço ao longo do eixo de rotação da estrela e poderosos campos magnéticos confinam os jatos em feixes estreitos. O telescópio espacial James Webb testemunhou o espetáculo em luz infravermelha. Os jatos estão penetrando na poeira e no gás interestelares, criando detalhes fascinantes captados apenas pelo Webb. 

Estendendo-se por 8 anos-luz, o comprimento da erupção estelar é aproximadamente o dobro da distância entre o nosso Sol e o vizinho sistema Alpha Centauri. Os pesquisadores dizem que o tamanho e a força deste jato estelar em particular, conhecido como Sharpless 2-284 (Sh2-284), qualifica-o como raro. O jato atravessa o espaço a centenas de milhares de quilômetros por hora. A protoestrela central, com uma massa equivalente a dez vezes a massa solar, está localizada a 15.000 anos-luz de distância, nos confins da Via Láctea. 

Esta classe única de fogos de artifício estelares, designada por objetos de Herbig-Haro (HH), são jatos de plasma altamente colimados expelidos por estrelas em formação. Parte do gás em queda, que se acumula em torno da estrela central, é projetado ao longo do eixo de rotação da estrela, provavelmente sob a influência de campos magnéticos. Atualmente, já foram observados mais de 300 objetos de HH, mas principalmente em estrelas de baixa massa. Estes jatos em forma de fuso oferecem pistas sobre a natureza das estrelas em formação. A energia, a pequena espessura e as escalas temporais evolutivas dos objetos de HH servem para restringir os modelos do ambiente e das propriedades físicas do jovem objeto estelar que alimenta o fluxo.

A detecção fornece evidências de que os jatos de HH devem aumentar com a massa da estrela que os alimenta. Quanto mais massivo for o motor estelar que impulsiona o plasma, maior será o tamanho do jato. A detalhada estrutura filamentar do jato, captada pela nítida resolução infravermelha do Webb, é evidência de que o jato está atravessando poeira e gás interestelares. Isto cria nós separados, choques em arco e cadeias lineares. As pontas do jato, situadas em direções opostas, encapsulam a história da formação da estrela.

Originalmente, o material estava perto da estrela, mas ao longo de 100.000 anos as pontas foram-se propagando para fora, e o material por trás é um fluxo mais jovem. A uma distância do Centro Galáctico quase duas vezes superior à do nosso Sol, o protoaglomerado hospedeiro do voraz jato encontra-se na periferia da Via Láctea. No interior do aglomerado ainda estão se formando algumas centenas de estrelas. Estar perto da periferia galáctica significa que as estrelas são deficientes em elementos mais pesados do que o hidrogênio e o hélio. Isto é medido como metalicidade, que aumenta gradualmente ao longo do tempo cósmico, à medida que cada geração estelar expulsa os produtos finais da fusão nuclear através de ventos e supernovas. A baixa metalicidade de Sh2-284 é um reflexo da sua natureza relativamente pristina, tornando-o um análogo local para os ambientes do Universo primitivo que também eram deficientes em elementos mais pesados.

Os jatos estelares, que são alimentados pela energia gravitacional liberada à medida que uma estrela cresce em massa, codificam a história da formação da protoestrela. As novas imagens do Webb dizem-nos que a formação de estrelas massivas nestes ambientes pode ocorrer através de um disco relativamente estável ao redor da estrela, o que é esperado nos modelos teóricos de formação estelar conhecidos como acreção do núcleo.

Há mais de 30 anos que os astrônomos discordam sobre a forma como as estrelas massivas se formam. Alguns pensam que uma estrela massiva requer um processo muito caótico, chamado acreção competitiva. No modelo de acreção competitiva, o material cai de muitas direções diferentes, de modo que a orientação do disco muda ao longo do tempo. O fluxo é lançado perpendicularmente, acima e abaixo do disco, e por isso também parece torcer e girar em direções diferentes. 

Onde há uma estrela massiva, pode haver outras nesta fronteira exterior da Via Láctea. Outras estrelas massivas podem ainda não ter atingido o ponto de disparar fluxos energéticos. Dados do ALMA (Atacama Large Millimeter Array), no Chile, também apresentados neste estudo, encontraram outro núcleo estelar denso que poderá estar numa fase anterior de construção.

Um artigo foi aceito para publicação no periódico The Astrophysical Journal.

Fonte: ESA