Estudo revela que buracos negros podem "cozinhar" por eles próprios

Os astrônomos deram um passo crucial para demonstrar que os buracos negros mais massivos do Universo podem criar as suas próprias refeições.

© Chandra & VLT (Aglomerado Centaurus)

Dados do observatório de raios X Chandra da NASA e do VLT (Very Large Telescope) do ESO fornecem novas evidências de que as erupções dos buracos negros podem ajudar a arrefecer gás para se alimentarem.

Este estudo baseou-se em observações de sete aglomerados de galáxias. Os centros dos aglomerados de galáxias contêm as galáxias mais massivas do Universo, que abrigam enormes buracos negros com massas que variam entre milhões e dezenas de bilhões de vezes a massa do Sol.

Os jatos destes buracos negros são impulsionados pelo seu consumo de gás. Na imagem do Aglomerado de Centaurus, os dados do Chandra representados em azul revelam raios X de filamentos de gás quente e os dados do VLT, um telescópio óptico no Chile, mostram filamentos mais frios em vermelho. Os resultados apoiam um modelo em que as erupções dos buracos negros fazem com que o gás quente arrefeça e forme filamentos estreitos de gás quente.

A turbulência no gás também desempenha um papel importante neste processo de ativação. De acordo com este modelo, parte do gás quente nestes filamentos deveria então fluir para o centro das galáxias para alimentar os buracos negros, causando uma erupção. A explosão faz com que mais gás arrefeça e alimente os buracos negros, levando a novos surtos. Este modelo prevê a existência de uma relação entre o brilho dos filamentos de gás quente e morno nos centros dos aglomerados de galáxias. Mais especificamente, nas regiões onde o gás quente é mais brilhante, o gás morno também deverá ser mais brilhante.

A equipe de astrônomos descobriu, pela primeira vez, essa relação, dando um apoio fundamental ao modelo. Este resultado também fornece uma nova compreensão destes filamentos cheios de gás, que são importantes não só para alimentar os buracos negros, mas também para provocar a formação de novas estrelas. Este avanço foi possível graças a uma técnica inovadora que isola os filamentos quentes nos dados de raios X do Chandra de outras estruturas, incluindo grandes cavidades no gás quente criadas pelos jatos dos buracos negros. A relação recém-descoberta para estes filamentos mostra uma semelhança notável com a encontrada nas caudas das galáxias medusas, que tiveram o seu gás retirado à medida que viajavam através do gás circundante, formando longas caudas. Esta semelhança revela uma ligação cósmica inesperada entre os dois objetos e implica que um processo semelhante está ocorrendo neles.

Este trabalho foi publicado na revista Nature Astronomy.

Fonte: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics

Uma super-Terra na zona habitável de estrela próxima semelhante ao Sol

O IAC (Instituto de Astrofísica de Canarias) e a ULL (Universidad de La Laguna) confirmaram a descoberta de uma super-Terra orbitando na zona habitável de HD 20794, uma estrela próxima semelhante ao Sol.

© IAC (ilustração do exoplaneta HD 20794 d em órbita da sua estrela)

Esta descoberta, resultado de mais de duas décadas de observações, abre uma janela para futuros estudos de atmosferas planetárias semelhantes à da Terra. A procura de planetas na zona habitável de estrelas semelhantes ao Sol é crucial para compreender a possibilidade de vida para além da Terra e para estudar condições semelhantes às que permitiram o desenvolvimento de vida no nosso próprio planeta.

Neste contexto, HD 20794, uma estrela com uma massa ligeiramente inferior à do Sol e localizada a apenas 20 anos-luz de distância, sempre foi de grande interesse científico. O planeta recém-descoberto é o terceiro planeta identificado no sistema, após a descoberta de duas super-Terras publicada há mais de uma década. O nome do novo exoplaneta é HD 20794 d e é uma super-Terra com uma massa seis vezes superior à da Terra, demorando 647 dias para completar uma órbita ao redor da sua estrela, menos 40 dias do que Marte. Esta órbita coloca-o dentro da zona habitável do sistema, o que significa que está à distância ideal da sua estrela para sustentar água líquida à superfície, um dos ingredientes chave para a vida tal como a conhecemos.

É precisamente a combinação da distância do planeta à sua estrela e a proximidade do sistema que o torna particularmente atrativo, um candidato perfeito para observações com o ELT (Extremely Large Telescope), o telescópio de 40 metros do ESO, ou futuras missões espaciais da ESA e da NASA.

Esta descoberta foi possível graças a mais de 20 anos de medições de velocidade radial efetuadas pelos espectrógrafos ESPRESSO e HARPS, ambos instalados nos observatórios do ESO no Chile. Estes instrumentos, entre os mais avançados do mundo, podem medir as pequenas variações na velocidade estelar causadas pela atração gravitacional dos planetas num sistema.

Embora o planeta esteja localizado na zona habitável do sistema, é demasiado cedo para dizer se tem potencial para abrigar vida. A sua elevada massa e órbita excêntrica fazem dele um mundo muito diferente do nosso. Ao contrário da maioria dos planetas do Sistema Solar, a órbita de HD 20794 d não é circular, mas elíptica. A sua distância à estrela muda significativamente, fazendo com que o planeta se desloque do exterior da zona habitável para o seu limite interior ao longo do ano. 

O exoplaneta HD 20794 d possui uma posição e órbita peculiar que fornece uma oportunidade única de estudar como as condições de habitabilidade variam ao longo do tempo e como estas variações podem influenciar a evolução da atmosfera do planeta.

Um artigo foi publicado no periódico Astronomy & Astrophysics.

Fonte: Instituto de Astrofísica de Canarias

Rajadas de rádio parecem ser oriundas de estrelas de nêutrons

Há alguns anos, os astrônomos descobriram que o Universo está continuamente sendo trespassado por flashes curtos mas muito brilhantes de ondas rádio.

© ASTRON (rajadas rápidas de rádio oriundas de estrelas de nêutrons)

Observações altamente detalhadas de duas dúzias de rajadas rápidas de rádio descobertas pelo Westerbork Synthesis Radio Telescope mostraram que os flashes foram provavelmente emitidos por estrelas de nêutrons jovens, magnetizadas e altamente energéticas, como visto na ilustração.

Estas rajadas rápidas de rádio FRBs (Fast Radio Bursts) duram apenas cerca de 1 milissegundo, mas neste curto espaço de tempo produzem mais energia do que o Sol produz num mês.

Os astrônomos estão muito interessados em saber como é que a natureza consegue produzir quantidades tão grandes de energia. Até agora, os detentores do recorde de produção de energia eram as estrelas de nêutrons, os remanescentes de estrelas que explodiram no nosso grupo local de estrelas que é a Via Láctea.

A gravidade, a densidade e a radiação em torno destas estrelas de nêutrons já constituem alguns dos ambientes mais extremos conhecidos, e podem ser observadas a distâncias de cerca de 100.000 anos-luz. As recém-descobertas rajadas rápidas de rádio, no entanto, brilham um bilhão de vezes mais do que as estrelas de nêutrons. É um brilho tão intenso que chegam à Terra vindas do Universo distante, muito para além da Via Láctea, depois de viajarem até um bilhão de anos-luz.

Após mais de dois anos de observação, Westerbork Synthesis Radio Telescope descobriu 24 novas FRBs. A sua autora principal do estudo, Inés Pastor-Marazuela do ASTRON (Netherlands Institute for Radio Astronomy) e da Universidade de Amesterdã, explica: "Conseguimos estudar estes surtos com um nível de detalhe incrível. Descobrimos que a sua forma é muito semelhante à que vemos em estrelas de nêutrons jovens".

As outras características das misteriosas rajadas apontam na mesma direção. A forma como os flashes de rádio foram produzidos, e depois modificados à medida que viajavam pelo espaço durante bilhões de anos, também está de acordo com uma origem em estrelas de nêutrons, tornando a conclusão ainda mais convincente.

Os astrônomos puderam analisar tão profundamente os sinais porque o WSRT foi atualizado com um supercomputador experimental, chamado ARTS (Apertif Radio Transient System), especificamente para estudar FRBs. O supercomputador procura erupções muito curtas, muito brilhantes e vindas de muito longe. Quando o supercomputador encontra estas explosões, foca-se autonomamente nestes dados e informa os astrônomos.

A equipe está entusiasmada por ter conseguido resolver o enigma da natureza das FRBs, ligando-as agora a estrelas de nêutrons jovens.

Um artigo foi publicado no periódico Astronomy & Astrophysics. 

Fonte: ASTRON

O remanescente de supernova HB3

Escondido dentro dos campos ricos em estrelas de Cassiopeia, o remanescente da supernova HB3 abrange uma imensa região de 1,5° × 2° do céu.

© Toni Fabiani (remanescente de supernova HB3)

Estima-se que tenha se formado há cerca de 40.000 anos, esta antiga explosão estelar deixou para trás uma intrincada rede de ondas de choque difusas e gás ionizado. 

Situada perto das mais proeminentes IC 1705 (a Nebulosa do Peixe) e IC 1805 (a Nebulosa do Coração), a HB3 continua sendo um alvo desafiador devido à sua emissão extremamente fraca.

O astrofotógrafo Toni Fabiani captou o remanescente de supernova de Ager, Lleida, Espanha, cuja exposição profunda também revela duas nebulosas planetárias: PN G132.8+02.0 e PK131+02.1 (Abell 3), lembretes delicados das mortes estelares mais silenciosas que contrastam com o passado violento da HB3. 

A imagem destaca a complexidade do meio interestelar, onde resquícios de ciclos de vida estelares se misturam à paisagem cósmica, moldando o futuro da formação estelar. 

Fonte: AAPOD2

Ventos supersônicos extremos medidos em exoplaneta

Os astrônomos descobriram ventos extremamente fortes fustigando o equador do exoplaneta gigante WASP-127b.

© ESO (ilustração do exoplaneta WASP-127b)

Com velocidades supersônicas, os ventos constituem a corrente de jato mais rápida do seu tipo alguma vez medida num planeta. A descoberta foi feita com o auxílio do Very Large Telescope (VLT) do Observatório Europeu do Sul (ESO), no Chile, e fornece uma perspectiva única sobre os padrões climáticos de um mundo distante. Tornados, ciclones e furacões são fenômenos que causam estragos no nosso planeta, mas os cientistas detectaram agora ventos planetários numa escala completamente diferente e fora do Sistema Solar.

Desde a sua descoberta em 2016, os astrônomos têm investigado o clima de WASP-127b, um planeta gasoso gigante localizado a mais de 500 anos-luz de distância da Terra. Este planeta é ligeiramente maior do que Júpiter, mas tem apenas uma fração da sua massa, o que o torna “inchado”.

Ventos supersônicos estão assolando o planeta. Parte da atmosfera deste planeta está se movendo na nossa direção a grande velocidade, enquanto outra parte se afasta de nós à mesma velocidade. A 9 km/s (o que equivale a uns impressionantes 32.400 km/h), estes ventos deslocam-se a quase seis vezes a velocidade a que o planeta gira em torno de si próprio. Em comparação, o vento mais rápido alguma vez medido no Sistema Solar foi encontrado em Netuno, movendo-se a “apenas” 0,5 km/s (1.800 km/h).

Ao medir a forma como a luz da estrela hospedeira viaja através da atmosfera superior do planeta, os cientistas conseguiram determinar a sua composição. Os resultados confirmam a presença de vapor de água e moléculas de monóxido de carbono na atmosfera do planeta. Mas quando a equipa seguiu a velocidade deste material na atmosfera, observou um pico duplo, indicando que poderosos ventos de corrente de jato em torno do equador poderão explicar este resultado inesperado.

A área de pesquisa dos exoplanetas está avançando rapidamente. Até há poucos anos atrás, os astrônomos apenas podiam medir a massa e o raio dos planetas fora do Sistema Solar. Atualmente, telescópios como o VLT do ESO já permitem o mapeamento do clima nestes mundos distantes e a análise das suas atmosferas.

É interessante notar que, atualmente, estudos como este só podem ser realizados por observatórios terrestres, uma vez que os instrumentos existentes nos telescópios espaciais não têm a necessária precisão em velocidade. O Extremely Large Telescope (ELT) do ESO, em construção perto do VLT no Chile, e o seu instrumento ANDES permitirão o aprofundamento ainda mais dos padrões climáticos de planetas distantes.

Este trabalho foi publicado no periódico Astronomy & Astrophysics.

Fonte: ESO

Um exoplaneta Super-Vênus

Novos dados observacionais do telescópio espacial James Webb e modelos de simulação confirmaram a existência de um novo tipo de planeta, diferente de tudo o que existe no Sistema Solar.

© NAOJ (exoplaneta GJ 1214 b passando em frente de sua estrela hospedeira)

Até à data, foram confirmados 5.819 exoplanetas em torno de outras estrelas que não o Sol. Muitos exoplanetas são diferentes de todos os planetas do Sistema Solar, o que torna difícil adivinhar a sua verdadeira natureza. Um dos tipos mais comuns de exoplanetas situa-se no intervalo de tamanho entre a Terra e Netuno.

Os astrônomos têm debatido se estes planetas são rochosos, semelhantes à Terra, com atmosferas espessas ricas em hidrogênio, ou planetas gelados, semelhantes a Netuno, rodeados por atmosferas ricas em água, os chamados mundos aquáticos. Estudos anteriores confundiram os cientistas devido a camadas de nuvens altas e espessas, que parecem ser comuns neste tipo de planeta, e que dificultam o estudo da atmosfera por baixo do manto de nuvens.

Uma equipe internacional de pesquisadores utilizou o telescópio espacial James Webb para espreitar através das nuvens num exemplo deste tipo de exoplaneta, conhecido como GJ 1214 b. Localizado a apenas 48 anos-luz do Sistema Solar, na direção da constelação de Ofiúco, GJ 1214 b é o exemplo, deste tipo de planeta, mais fácil de estudar.

Em vez de uma super-Terra rica em hidrogênio, ou de um ambiente aquático, os novos dados revelaram concentrações de dióxido de carbono (CO2) comparáveis aos níveis encontrados na densa atmosfera de CO2 de Vênus, no Sistema Solar. Mas havia ainda muitas incertezas nos novos dados. O sinal detectado de CO2 no primeiro estudo é minúsculo, pelo que exigiu uma análise estatística cuidadosa para garantir que é real.

Os cientistas usaram modelos teóricos para executar um grande número de cenários sobre a atmosfera do planeta. De todos estes modelos, os que melhor se ajustam aos dados sugerem uma atmosfera dominada pelo carbono, como um Super-Vênus. Embora fascinante, a assinatura atmosférica detectada neste trabalho é muito pequena.

A equipe salienta a necessidade de estudos futuros para confirmar e expandir as suas descobertas sobre este tipo de exoplaneta comum, mas misterioso.

Dois artigos científicos foram publicados no periódico The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: National Astronomical Observatory of Japan

A descoberta de três minúsculas galáxias

Ao combinar dados dos levantamentos do legado DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument) e do telescópio Gemini South, os astrônomos descobriram três galáxias anãs ultrafracas que residem numa região do espaço isolada da influência ambiental de objetos maiores.

© NOIRLab (três galáxias anãs ultrafracas na constelação do Escultor)

As galáxias, localizadas na direção da galáxia espiral NGC 300 e da constelação do Escultor, contêm apenas estrelas muito antigas, apoiando a teoria de que eventos no início do Universo interromperam a formação estelar nas galáxias menores.

As galáxias anãs ultrafracas são o tipo de galáxia mais tênue do Universo. Contendo tipicamente apenas algumas centenas a milhares de estrelas; em comparação com as centenas de bilhões que constituem a Via Láctea, estas pequenas estruturas difusas escondem-se normalmente de forma discreta entre as muitas residentes mais brilhantes do céu. Por esta razão, são encontradas nas proximidades da Via Láctea. Mas isto representa um problema para a sua compreensão; as forças gravitacionais da Via Láctea e a coroa quente podem remover o gás das galáxias anãs e interferir com a sua evolução natural. Além disso, mais além da Via Láctea, as galáxias anãs ultrafracas tornam-se demasiado difusas para serem detectadas.

As galáxias Escultor estão entre as primeiras galáxias anãs ultrafracas encontradas num ambiente pristino e isolado, livre da influência da Via Láctea ou de outras grandes estruturas. O gás é a matéria-prima crucial necessária para o nascimento de uma nova estrela. Mas as galáxias anãs ultrafracas têm muito pouca gravidade para manter este ingrediente tão importante, que se perde facilmente quando são fustigadas pelo Universo dinâmico de que fazem parte. Mas as galáxias Escultor estão longe de quaisquer galáxias maiores, o que significa que o seu gás não pode ter sido removido por vizinhas gigantes.

Uma explicação alternativa é a Época da Reionização, um período não muito posterior ao Big Bang em que fótons ultravioleta altamente energéticos encheram o cosmos, potencialmente fazendo ferver o gás nas galáxias menores. Outra possibilidade é que algumas das primeiras estrelas das galáxias anãs tenham sofrido energéticas explosões de supernova, expelindo material até 35 milhões de quilômetros por hora e empurrando o gás para fora das suas próprias hospedeiras a partir do interior.

Para ampliar a procura de mais galáxias anãs ultrafracas, os astrônomos estão usando as galáxias Escultor para treinar um sistema de inteligência artificial através de redes neurais. A esperança é que esta ferramenta seja capaz de automatizar e acelerar as descobertas, fornecendo um conjunto de dados muito mais vasto propiciando conclusões mais sólidas.

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: Gemini Observatory

Buraco negro gera jatos em evento sem precedentes

Astrônomos testemunharam estrondos de raios X e um poderoso "arroto" de plasma após a refeição de um buraco negro supermassivo.

© NASA (variações no brilho de raios X oriundas do buraco negro)

Esta animação mostra o conceito de variações no brilho dos raios X provenientes de oscilações na base do jato de plasma.

Sete anos atrás, pelos nossos relógios, o buraco negro no centro de uma galáxia a cerca de 200 milhões de anos-luz de distância comeu uma refeição rápida. Esse ato deu início a uma série de eventos que podem ter mudado sua aparência por milênios, relatou uma equipe de astrônomos na 245ª reunião da Sociedade Astronômica Americana em Washington, D.C. 

Ao longo de alguns meses, a galáxia 1ES 1927+654 de repente se tornou 100 vezes mais brilhante em comprimentos de onda visíveis do que era antes, chamando a atenção de uma busca automatizada por supernovas. Mas esta não era uma estrela explodindo. A luz vinha de material girando ao redor e entrando no buraco negro supermassivo da galáxia, que pesa o equivalente a 20 milhões de sóis. 

Os astrônomos da época suspeitavam que, para produzir a explosão de luz, o buraco negro deve ter engolido repentinamente um excesso de gás, talvez sugado de uma estrela dilacerada no campo gravitacional extremo do buraco negro. Tais eventos são raros, especialmente em torno de buracos negros supermassivos. A próxima surpresa veio no final de 2018, com uma queda repentina e extrema nos raios X.

O que estava produzindo a maior parte da emissão de raios X, em particular os raios X de alta energia, foi destruído. Estes raios X de alta energia vêm da corona, uma região emissora de raios X associada à alimentação de buracos negros. Demorou meses para que a emissão de raios X voltasse à linha de base.

Mas quando a emissão de raios X retornou, sua natureza havia mudado. Enquanto antes a emissão piscava de forma aleatória, agora o brilho variava periodicamente. Em 2022, este período era de aproximadamente 18 minutos e, em 2024, caiu para 7 minutos. Uma explicação é que o sinal vem de algo que ainda está orbitando o buraco negro. Se for assim, então a fonte do sinal está circulando o buraco negro na distância que Mercúrio orbita o Sol, equivalente a duas vezes o raio do horizonte de eventos do buraco negro, o ponto sem retorno. 

A equipe especula que pode ser uma anã branca orbitando, o núcleo restante de uma estrela semelhante ao Sol. A anã branca seria compacta o suficiente para sobreviver a um encontro tão próximo com o buraco negro sem ser instantaneamente destruída, embora provavelmente esteja perdendo um pouco de gás para a gravidade do leviatã em uma tentativa de desacelerar sua queda. A anã branca pode ter estado em órbita ao redor deste buraco negro o tempo todo, e uma explosão não relacionada simplesmente aconteceu no momento certo para que víssemos a órbita de decaimento rápido da anã branca. A missão Laser Interferometer Space Antenna (LISA), com lançamento previsto para meados da década de 2030, pode realmente detectar ondas gravitacionais deste sistema e confirmar o cenário; se a anã branca durar o suficiente. 

A explosão de anos também teve efeitos maiores: no início de 2023, cerca de 200 dias após os raios X começarem a se recuperar, a emissão de rádio perto do buraco negro aumentou repentinamente do nada. Esta emissão de rádio vem de um par de jatos de gás quente, que estão saindo do buraco negro a um terço da velocidade da luz.

Os jatos poderão durar no máximo 1.000 anos. Se o material continuar viajando em sua velocidade atual, os jatos se estenderão apenas cerca de 300 anos-luz antes de desligarem. A presença dos jatos oferece outra possibilidade para o sinal de raios X: a base do próprio jato pode ser o que está oscilando, eliminando a necessidade de uma anã branca companheira. 

Essa explicação é tentadora, mesmo que seja apenas para entender todos os fenômenos observados de uma só vez. O buraco negro pode ter comido uma estrela, um ato que interrompeu as emissões de raios X, e então expeliu alguns jatos de plasma que produziram raios X oscilantes e ondas de rádio. Outro ponto a favor deste cenário é que o brilho geral dos raios X parece estar mudando conforme o período de variações de brilho diminui. O ponto crítico é que não há uma maneira óbvia de explicar por que a base de um jato deve oscilar tão rapidamente, isso é parte do motivo pelo qual a equipe prefere a opção da anã branca, pois ela é uma hipótese testável com o lançamento do LISA, enquanto o cenário do jato oscilante não tem um teste pronto.

Fonte: Sky & Telescope