Um objeto raro e misterioso no espaço

Uma estrutura incomum de anéis duplos observada no espaço com a ajuda de cientistas cidadãos revelou-se uma raridade cósmica.

© LOFAR (galáxia RAD J122622.6+640622)

A anomalia celestial, captada pelo radiotelescópio Low-Frequency Array (LOFAR), é um círculo de rádio estranho, também conhecido como Odd Radio Circle (ORC), provavelmente consistem em plasma magnetizado, ou seja, gás carregado fortemente influenciado por campos magnéticos, e são tão massivos que galáxias inteiras residem em seus centros.

Estendendo-se por centenas de milhares de anos-luz, eles frequentemente atingem de 10 a 20 vezes o tamanho da nossa Via Láctea. Mas também são incrivelmente tênues e geralmente detectáveis apenas por meio do espectro de rádio.

O círculo de rádio ímpar recém-descoberto, denominado RAD J131346.9+500320, é o mais distante conhecido até o momento, localizado a 7,5 bilhões de anos-luz da Terra (um ano-luz é a distância que a luz percorre em um ano, cerca de 9,46 trilhões de quilômetros), e o primeiro descoberto por cientistas cidadãos. É também apenas o segundo círculo de rádio incomum possuindo dois anéis, que foram descobertos pela primeira vez há cerca de seis anos, mas as estruturas permanecem amplamente enigmáticas.

A RAD@home Astronomy Collaboratory é uma comunidade online aberta a qualquer pessoa com formação em ciência, onde astrônomos treinam os usuários para reconhecer padrões em trechos tênues e difusos de ondas de rádio e analisar imagens astronômicas.

O estranho círculo de rádio recém-descoberto apareceu em dados do LOFAR, composto por milhares de antenas na Holanda e em toda a Europa, formando um grande radiotelescópio. É a maior e mais sensível ferramenta que opera em baixas frequências. Embora os participantes do RAD@home Astronomy Collaboratory não tenham sido especificamente treinados para procurar círculos de rádio estranhos, a estrutura incomum de anel duplo se destacou, marcando o primeiro círculo de rádio estranho identificado com o LOFAR. 

Os anéis parecem se cruzar, o que os pesquisadores acreditam ser devido ao nosso ponto de vista a partir da Terra, mas provavelmente estão separados no espaço. O par se estende por 978.469 anos-luz de diâmetro. Astrônomos já acreditaram que os estranhos círculos de rádio poderiam ser gargantas de buracos de minhoca, ondas de choque de colisões de buracos negros ou galáxias em fusão, ou ainda jatos poderosos emitindo partículas energéticas.

As nuvens de plasma provavelmente foram criadas inicialmente por jatos de material liberados pelo buraco negro supermassivo da galáxia. Uma nova onda de choque essencialmente iluminou a “fumaça” deixada pela atividade passada da galáxia. Buracos negros não devoram diretamente estrelas, gás e poeira. Em vez disso, esse material cai em um disco giratório ao redor do buraco negro. À medida que os detritos giram mais rapidamente, tornam-se superaquecidos. Os poderosos campos magnéticos ao redor dos buracos negros ajudam a canalizar essas partículas energéticas e superaquecidas para longe deles em jatos que quase atingem a velocidade da luz.

A equipe de ciência cidadã também detectou dois círculos de rádio estranhos adicionais em duas galáxias diferentes, incluindo um localizado no final de um jato poderoso que apresenta uma curva acentuada, resultando em um anel de rádio com cerca de 100.000 anos-luz de largura. Ambos os círculos de rádio estranhos estão em galáxias que ficam dentro de aglomerados maiores de galáxias, o que significa que os jatos lançados de seus buracos negros supermassivos interagem com o plasma quente ao redor, o que pode ajudar a moldar os anéis de rádio. 

No momento, a ciência cidadã parece ser a melhor abordagem,, pois é difícil treinar uma IA para detectar círculos de rádio estranhos porque há poucos exemplos conhecidos. Os ORCs são realmente difíceis de encontrar, mas sabe-se que devem haver centenas nos dados. 

A equipe acredita que o fenômeno pode servir como uma forma de registrar e preservar eventos antigos e violentos que moldaram galáxias há bilhões de anos atrás. A luz do círculo de rádio viajou por 7,5 bilhões de anos até chegar à Terra e pode fornecer informações sobre os papéis que os círculos de rádio estranhos desempenham na evolução das galáxias em diferentes escalas de tempo, algo ainda pouco compreendido.

Muitas perguntas ainda pairam sobre os círculos de rádio estranhos, incluindo por que os astrônomos só os veem em tamanhos tão grandes. Será que os círculos se expandem a partir de bolhas menores e indetectáveis? E se os círculos de rádio estranhos surgem da fusão de galáxias ou buracos negros supermassivos, por que não são observados com mais frequência? 

A ajuda de cientistas cidadãos e de telescópios de nova geração, como o Square Kilometre Array (SKA), na África do Sul e na Austrália, será essencial para responder a essas perguntas. Atualmente em construção e com previsão de conclusão para 2028, o conjunto incluirá milhares de antenas parabólicas e até um milhão de antenas de baixa frequência, criando o maior radiotelescópio do mundo. Embora essas antenas e pratos estejam em duas partes diferentes do planeta, eles formarão um único telescópio com mais de 1 milhão de metros quadrados de área coletora, permitindo que os astrônomos examinem todo o céu muito mais rapidamente do que nunca. O SKA e outros telescópios em desenvolvimento poderão observar os estranhos círculos de rádio com muito mais detalhes, ajudando os astrônomos a aprender mais sobre a evolução de buracos negros e galáxias.

O estudo foi publicado no periódico Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Fonte: RAD@home Astronomy Collaboratory

A gravidade remodela os campos magnéticos em aglomerados estelares

Astrônomos usando o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) captaram a imagem mais nítida até agora de como estrelas massivas se formam.

© NASA / Spitzer (NGC 6334)

Esta imagem do telescópio espacial Spitzer da NASA mostra uma região de formação estelar na nuvem molecular NGC 6334, também conhecida como Nebulosa da Pata de Gato. As cores correspondem à emissão em 3,6 micrômetros (azul), 4,5 micrômetros (verde) e 8 micrômetros (vermelho). Esta nuvem está ativamente formando estrelas massivas e está localizada na constelação de Escorpião, entre 4.200 e 5.500 anos-luz da Terra. Os dados do ALMA sobrepostos à imagem mostram detalhes de quatro áreas específicas que foram observadas (NGC6334I, NGC6334I(N), NGC6334IV e NGC6334V), revelando forças invisíveis de magnetismo e gravidade enquanto elas lutam e moldam a formação de estrelas nas profundezas da gigantesca nuvem molecular. A escala de cores nas imagens do ALMA representa a intensidade da emissão de poeira em um comprimento de onda de 1,3 mm e as linhas de cortina representam a orientação do campo magnético.

Ao ampliar a escala para apenas algumas vezes maiores que o nosso Sistema Solar, a equipe conseguiu observar pela primeira vez o cabo de guerra entre campos magnéticos e gravidade que ajuda as estrelas a tomarem forma nas profundezas de nuvens moleculares gigantes. A formação estelar ocorre quando a gravidade comprime o gás frio até que ele colapse sobre si mesmo. Mas esse colapso épico não é impulsionado apenas pela gravidade e, por décadas, os astrônomos debatem qual força de campos magnéticos ou gravitacional, domina o processo de formação estelar.

Enquanto os campos magnéticos e a turbulência começam resistindo fortemente à atração da gravidade, os campos magnéticos são gradualmente puxados para o alinhamento com o gás em queda quando a gravidade assume o papel de força motriz que molda a nuvem em colapso. Foi observado que a gravidade reorienta o campo magnético à medida que as nuvens colapsam, oferecendo novas pistas sobre como estrelas massivas e os aglomerados que elas habitam emergem do meio interestelar.

As observações também revelaram um padrão surpreendente: as orientações do campo magnético em nuvens moleculares não ocorrem aleatoriamente. Em vez disso, ocorrem principalmente de duas maneiras, às vezes alinhando-se com a direção da gravidade e às vezes perpendiculares a ela. O padrão é evidência de uma relação complexa e evolutiva entre essas duas forças cósmicas.

Compreender como as estrelas se formam é fundamental para quase todos os campos da astronomia, moldando tudo, desde as origens do Sol até a evolução das galáxias. A pesquisa traz nova clareza sobre as interações entre gravidade e campos magnéticos na formação de estrelas massivas e fornece aos cientistas novas ferramentas poderosas para testar e refinar teorias sobre os ciclos de vida de estrelas, planetas e nuvens moleculares.

As novas observações foram publicadas no periódico The Astrophysical Journal.

Fonte: Harvard–Smithsonian Center for Astrophysics

As marés estão mudando para as anãs brancas

As anãs brancas são os remanescentes compactos de estrelas que pararam a combustão nuclear, um destino que acabará por acontecer ao nosso Sol.

© Lucy McNeill (ilustração do sistema binário J1539+5027)

A ilustração mostra o sistema binário J1539+5027, com um período orbital de 6,9 minutos, composto por uma anã branca aquecida pela maré (amarela) e por uma segunda anã branca companheira mais compacta (azul). Está prestes a iniciar a transferência de massa.

As anãs brancas são estrelas degeneradas extremamente densas porque a sua estrutura é não é intuitiva: quanto mais massivas possuem, menores são. As anãs brancas formam-se muitas vezes em sistemas binários, em que duas estrelas se orbitam uma à outra. A maior parte delas são antigas, mesmo para os padrões galácticos, e arrefeceram até temperaturas superficiais de cerca de 4000 Kelvin.

No entanto, estudos recentes revelaram uma classe de sistemas binários de curto período, em que as estrelas se orbitam uma à outra mais depressa do que uma vez por hora. Ao contrário dos modelos teóricos, estas estrelas incharam até ao dobro do tamanho esperado devido a temperaturas à superfície de 10 a 30 mil Kelvin.

Este fato inspirou uma equipe de pesquisadores a investigar a teoria das marés e a utilizá-la para prever o aumento de temperatura das anãs brancas em órbitas binárias de curto período. As forças de maré deformam frequentemente os corpos celestes em órbitas binárias, determinando a sua evolução orbital.

O aquecimento de maré tem tido algum sucesso na explicação das temperaturas de Júpiteres quentes e das suas propriedades orbitais com as suas estrelas hospedeiras. Mas, até que ponto pode o aquecimento de maré explicar as temperaturas das anãs brancas em binários de curto período?

Os pesquisadores construíram um quadro teórico que explica o aumento de temperatura das anãs brancas em binários de curto período. Esta estrutura é completamente generalizada, permitindo a previsão da evolução passada e futura da temperatura, bem como a evolução orbital de estrelas anãs brancas em sistemas binários.

Os resultados revelaram que as forças de maré podem influenciar fortemente a evolução de tais anãs brancas. Especificamente, a força de maré de uma anã branca pequena afeta o aquecimento interno da sua companheira maior, mas menos massiva, provocando a sua dilatação e aumentando a temperatura da sua superfície para, pelo menos, 10.000 Kelvin. Devido a esta dilatação, prevê-se que as anãs brancas devem ter tipicamente o dobro do tamanho previsto pela teoria quando começam a interagir, ou a transferir massa. Consequentemente, binários de anãs brancas com períodos curtos podem começar a interagir com períodos orbitais três vezes mais longos do que o previsto anteriormente.

Esperava-se que o aquecimento de maré aumentasse as temperaturas destas anãs brancas, mas é surpreendente a diminuição do período orbital das anãs brancas mais antigas quando os seus lóbulos de Roche entram em contato.

As anãs brancas em sistemas binários com períodos orbitais tão curtos acabam por interagir e emitir radiação gravitacional, e pensa-se que causam fenômenos astronómicos como supernovas do Tipo Ia e variáveis cataclísmicas.

No futuro, a equipe planeja aplicar a sua estrutura a sistemas binários com anãs brancas de carbono-oxigênio e potencialmente aprender sobre as progenitoras de explosões do Tipo Ia, prestando especial atenção nas temperaturas se favorecerem ou não o chamado cenário de dupla degenerescência ou fusão.

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal.

Fonte: Kyoto University

O "batimento" magnético de uma estrela

Cientistas do Instituto Leibniz de Astrofísica de Potsdam descobriram o intrincado "batimento" magnético de uma estrela distante notavelmente semelhante ao nosso Sol, mas muito mais jovem e mais ativa.

© NASA (estrela Iota Horologii em três momentos diferentes)

O campo magnético variável da estrela Iota Horologii visto na imagem em três momentos diferentes, mostrando uma dupla inversão de polaridade (ciclo magnético). É mostrada a componente radial do campo magnético, com a cor indicando a força e a polaridade do campo (vermelho = positivo, azul = negativo). Em média, o ciclo magnético da estrela completa-se a cada 2,1 anos.

Este estudo inovador, parte da campanha "Far Beyond the Sun", segue quase três anos de observações muito precisas e fornece a forma como estrelas como o nosso Sol geram os seus campos magnéticos, e como estes campos evoluem ao longo do tempo.

A estrela no centro desta pesquisa é Iota Horologii, apelidada de "ι Hor", localizada na constelação Horologium, o Relógio, no céu do hemisfério sul, a cerca de 56 anos-luz da Terra. Com cerca de 600 milhões de anos, muito mais jovem do que o nosso Sol, que tem 4,6 bilhões de anos, ι Hor gira mais depressa e apresenta uma atividade magnética muito mais vigorosa do que o Sol. 

Ao apontar o polarímetro HARPS do telescópio de 3,6 metros do ESO, no Observatório de La Silla, no Chile, para esta estrela, os pesquisadores do Instituto recolheram 199 noites de dados espectropolarimétricos ao longo de seis épocas de observação. Utilizando uma técnica avançada conhecida como ZDI (Zeeman Doppler Imaging), estas medições foram transformadas em 18 "mapas" distintos do campo magnético de grande escala de ι Hor, distribuídos por cerca de 140 rotações completas da estrela.

Estes mapas mostram como as características magnéticas aparecem, desaparecem e até invertem a polaridade, fenômenos que traçam os processos de dínamo profundamente enraizados no interior turbulento da estrela. Uma das descobertas mais notáveis é que ι Hor cumpre um ciclo magnético completo, equivalente ao ciclo de 22 anos do Sol, em pouco mais de 2 anos (cerca de 773 dias). Durante este período, os polos magnéticos norte e sul da estrela invertem-se, para depois voltarem a reverter-se, criando um "batimento" magnético rítmico muito mais rápido do que o do nosso Sol.

Talvez ainda mais excitante seja a criação dos primeiros "diagramas de borboleta magnética" para uma estrela que não a nossa. No Sol, estes diagramas acompanham a migração latitudinal das manchas solares e do campo magnético à medida que o ciclo progride: manchas surgem em latitudes médias e deslocam-se progressivamente em direção ao equador.

Ao calcular a força média do campo magnético mapeado em diferentes latitudes para cada época, os cientistas produziram diagramas análogos para ι Hor. revelando como as suas regiões magnéticas migram para o polo e para o equador ao longo de cada ciclo. A partir destes diagramas de borboletas estelares, a equipe extraiu estimativas diretas de fluxos de grande escala na superfície de ι Hor. Descobriram que as regiões do campo radial migravam em direção às regiões polares a velocidades de 15 a 78 m/s, enquanto a deriva do campo toroidal em direção ao equador se deslocava de 9 a 19 m/s, ambas substancialmente mais rápidas do que os fluxos solares correspondentes.

Esta é a primeira medição de tais fluxos meridionais (em direção ao polo) e equatoriais em qualquer outra estrela localizadas além do Sol. Além disso, a atividade magnética governa os ventos estelares, as erupções e a radiação altamente energética, tudo isto pode moldar o ambiente dos planetas em órbita.

Os conhecimentos de ι Hor, que abriga pelo menos um exoplaneta conhecido, ajudam os astrônomos a avaliar a forma como as estrelas jovens semelhantes ao Sol podem influenciar a habitabilidade dos mundos no seu sistema.

Um artigo foi publicado no periódico Astronomy & Astrophysics.

Fonte: Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam

Detectado o objeto escuro de menor massa no Universo distante

Uma equipe internacional de pesquisadores, utilizando uma rede mundial de radiotelescópios, incluindo o VLBA (Very Long Baseline Array) e o GBT (Green Bank Telescope), detectou um enigmático objeto escuro com uma massa cerca de um milhão de vezes superior à do nosso Sol, sem observar qualquer emissão de luz.

© NRAO (arco de lente gravitacional e sinal de aglomerado de matéria escura)

Este é o objeto escuro de menor massa alguma vez detectado a uma distância cosmológica usando apenas a sua influência gravitacional, constituindo um marco importante na tentativa de desvendar a natureza da matéria escura.

A descoberta utiliza uma técnica conhecida como interferometria de longa linha de base para formar um telescópio global, do tamanho da Terra, que capta imagens extremamente nítidas de fenômenos cósmicos.

A equipe observou um sistema de galáxias distantes, JVAS B1938+666, onde a luz de uma galáxia de fundo sofre o efeito de lente gravitacional de uma galáxia em primeiro plano, produzindo belos arcos e imagens múltiplas.

O objeto recentemente caracterizado é indetectável nos comprimentos de onda do infravermelho ou no rádio e foi encontrado a cerca de 10 bilhões de anos-luz da Terra, cerca de 6,5 bilhões de anos após o Big Bang.

A sua detecção foi possível graças ao método de imagem gravitacional, que mapeia sensivelmente a forma como a luz de fontes de fundo é deformada por uma massa invisível. A concentração de massa, designada por "V" no estudo, tem uma massa cilíndrica equivalente a 1,13 milhões de sóis num raio de 80 parsecs. Trata-se de um nível de precisão e de distância nunca antes alcançado para objetos tão pequenos e tênues.

A equipe desenvolveu algoritmos computacionais avançados e utilizou supercomputadores para processar e modelar vastos conjuntos de dados. Isto permitirá aos astrônomos sondar a estrutura da matéria escura ao longo do tempo cósmico, abrindo a porta à descoberta de mais objetos deste tipo e examinando se as teorias atuais sobre a formação de galáxias resistem ao escrutínio.

As observações realçam ainda mais o poder de reunir radiotelescópios de todo o mundo para ultrapassar os limites da sensibilidade e da resolução angular. O GBT e o VLBA, ambos operados pelo NRAO (National Radio Astronomy Observatory) desempenharam um papel crucial nesta descoberta histórica. À medida que a equipe continua estudando outros sistemas de lentes gravitacionais, quaisquer descobertas futuras ajudarão a determinar se a abundância e a natureza destes objetos escuros são consistentes com as teorias fundamentais que governam o nosso Universo.

Um artigo foi publicado na resvista Nature Astronomy e outro no periódico Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Fonte: National Radio Astronomy Observatory

Buraco negro sendo alimentado por matéria

Esta imagem permite-nos ver mais de perto como é que os buracos negros situados no centro das galáxias se alimentam.

© ALMA (galáxia Circinus)

Apesar de ser uma crença bastante comum, a ideia de que os buracos negros simplesmente sugam tudo o que se aproxima deles não é correta. A matéria apenas pode cair num buraco negro quando é, de alguma forma, desacelerada.

Assim, que tipo de fenômeno poderá ser responsável por travar o movimento da matéria, fazendo com que esta possa cair no buraco negro?

Para dar resposta a esta questão, uma equipe de astrônomos da Universidade de Leiden, Países Baixos, mapeou a distribuição do gás molecular na galáxia Circinus, situada na constelação austral de Circinus a cerca de 13 milhões de anos-luz de distância da Terra. Embora seja uma das grandes galáxias mais próximas, só foi descoberta em 1977 por estar escondida atrás do disco da Via Láctea.

Podemos ver esta galáxia no visível no canto superior esquerdo da imagem. As duas outras imagens inseridas, à direita e em baixo, foram obtidas com o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA).

O gás flui em direção ao buraco negro por dois braços em espiral existentes no disco, que vemos nas regiões mais internas da galáxia (em cima à direita). Estes braços alimentam a nuvem em forma de rosquinha que rodeia o buraco negro (em baixo).

A influência gravitacional dos braços em espiral perturba o movimento do gás molecular, que cai diretamente no buraco negro, do mesmo modo que um satélite cairia na Terra se a sua órbita fosse perturbada. O processo de alimentação é, no entanto, muito pouco eficiente: a equipe descobriu que cerca de 90% deste material acaba por não cair no buraco negro, sendo "cuspido" de volta.

Foi calculado que o gás nos braços se move para dentro a velocidades de até 150.000 km/h. Além disso, parece que apenas 12% da matéria que entra realmente desaparece no buraco negro. O restante é ejetado novamente antes de atingi-lo.

Por que tão pouca matéria chega ao buraco negro? Todos os buracos negros supermassivos têm braços espirais como este? A matéria ejetada acaba caindo de volta no buraco negro como uma fonte em um lago ou acaba mais longe e desencadeia a formação de estrelas?

Os pesquisadores esperam encontrar as respostas usando o Event Horizon Telescope (EHT), que tirou as primeiras fotos icônicas de buracos negros supermassivos, e o Extremely Large Telescope (ELT), que está em construção no Chile.

Um artigo foi aceito para publicação no periódico Astronomy & Astrophysics.

Fonte: ESO