Um par de galáxias em interação no espaço profundo

Os astrônomos testemunharam pela primeira vez uma violenta interação cósmica onde uma galáxia trespassa outra com radiação intensa.

© ESO / ALMA (interação entre galáxias)

Os resultados mostram que esta radiação diminui a capacidade da galáxia “afetada” em formar novas estrelas. O novo estudo combinou observações do Very Large Telescope (VLT) do Observatório Europeu do Sul (ESO) e do Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) e revelou com detalhe esta interação galáctica.

Foram observadas duas galáxias em interação violenta nas profundezas do Universo distante. Repetidamente, estas galáxias aproximam-se uma da outra com velocidades da ordem dos 500 km/s em rotas de colisão, apenas para se tocarem levemente e recuarem novamente, preparando-se para outra ronda do mesmo fenômeno, um pouco como faziam os cavaleiros numa justa medieval. Ao contrário dos cavaleiros medievais, estes cavaleiros galácticos são muito pouco galantes, e um deles possui inclusivamente uma vantagem injusta: faz uso de um quasar para trespassar o seu adversário com um jato de radiação. 

Os quasares são núcleos brilhantes de algumas galáxias distantes, alimentados por buracos negros supermassivos, que liberam enormes quantidades de radiação. Tanto os quasares como as fusões entre galáxias eram mais comuns no Universo primordial, aparecendo com mais frequência nos primeiros bilhões de anos do Universo. Assim, para os estudar, os astrônomos têm de observar o passado distante, usando para isso telescópios muito potentes. 

A luz desta “justa cósmica” demorou mais de 11 bilhões de anos a chegar até nós, pelo que a observamos quando o Universo tinha apenas 18% da sua idade atual. As novas observações indicam que a radiação emitida pelo quasar perturba as nuvens de gás e poeira da galáxia normal, deixando-lhe intactas apenas as regiões menores e mais densas. Estas regiões são provavelmente demasiado pequenas para conseguirem formar estrelas, o que faz com que esta galáxia conte com menos maternidades estelares após sofrer esta transformação dramática, o que diminui a sua capacidade em formar novas estrelas.

Há, no entanto, mais transformações importantes criadas por esta interação. Estas fusões podem trazer enormes quantidades de gás aos buracos negros supermassivos que se encontram nos centros das galáxias. Assim, novas reservas de combustível são colocadas ao alcance do buraco negro que alimenta o quasar e, por isso, à medida que o buraco negro se alimenta, o quasar pode continuar o seu “ataque”.

Este trabalho foi publicado na revista Nature.

Fonte: ESO

Sobrevoo da New Horizons em Plutão

E se você pudesse sobrevoar Plutão, o que você poderia ver?

© NASA (sobrevoo da New Horizons em Plutão)

A sonda espacial New Horizons fez exatamente isso em 14 de julho de 2015, ao passar pelo mundo distante a uma velocidade de cerca de 80.000 quilômetros por hora.

Esta paisagem sombria de montanhas majestosas e planícies geladas se estende em direção ao horizonte. E foi captada a uma distância de cerca de 18.000 quilômetros quando a New Horizons olhou para Plutão, 15 minutos após a passagem mais próxima da espaçonave.

A cena dramática, de ângulo baixo e quase crepuscular, segue montanhas escarpadas formalmente conhecidas como Norgay Montes, do primeiro plano à esquerda, e Hillary Montes ao longo do horizonte, dando lugar ao suave Sputnik Planum, à direita. Camadas da tênue atmosfera de Plutão também são reveladas na visão retroiluminada.

Com uma aparência estranhamente familiar, o terreno gelado provavelmente inclui gelo de nitrogênio e monóxido de carbono com montanhas de gelo de água alcançando até 3.500 metros. Isso é comparável em altura às majestosas montanhas do planeta Terra. A paisagem plutoniana tem 380 quilômetros de largura.

As imagens dessa passagem espetacular foram aprimoradas em cores, dimensionadas verticalmente e combinadas digitalmente no vídeo em time-lapse em destaque. À medida que sua jornada começa, a luz surge em montanhas que se acredita serem compostas de gelo de água, mas coloridas por nitrogênio congelado. Logo, à sua direita, você vê um mar plano de nitrogênio, principalmente sólido, que se segmentou em polígonos estranhos que se acredita terem borbulhado de um interior relativamente quente. Crateras e montanhas de gelo são vistas comuns abaixo. O vídeo escurece e termina sobre um terreno apelidado de "laminado" porque mostra cristas de 500 metros de altura separadas por lacunas do tamanho de quilômetros.

A sonda espacial robótica New Horizons tem impulso suficiente para retornar a Plutão e agora está se dirigindo para fora do nosso Sistema Solar.

Fonte: NASA

Identificada água gelada num sistema estelar jovem

Estará a água gelada dispersa em sistemas em volta de outras estrelas?

© NASA (ilustração de disco de detritos contendo água gelada)

Os astrônomos há muito que esperam que sim, em parte com base em anteriores detecções da sua forma gasosa, vapor de água, e na sua presença no nosso próprio Sistema Solar.

Agora há evidências definitivas: pesquisadores confirmaram a presença de água gelada cristalina num disco de detritos poeirentos que orbita uma estrela semelhante ao Sol a 155 anos-luz de distância, utilizando dados detalhados conhecidos como espectros do telescópio espacial James Webb da NASA. Em 2008, dados do telescópio espacial Spitzer da NASA, já aposentado, sugeriram a possibilidade de existir água gelada neste sistema.

A água gelada é um ingrediente vital nos discos em torno de estrelas jovens, influencia fortemente a formação de planetas gigantes e pode também ser entregue por pequenos corpos, como cometas e asteroides, a planetas rochosos já formados. Agora que foi detectada água gelada com o Webb, será possível estudar como estes processos se desenrolam de novas formas em muitos outros sistemas planetários.

A estrela, catalogada HD 181327, é significativamente mais jovem do que o nosso Sol. Estima-se que tenha 23 milhões de anos, em comparação com os 4,6 bilhões de anos do Sol. A estrela é um pouco mais massiva do que o Sol, e é mais quente, o que levou à formação de um sistema ligeiramente maior ao seu redor.

As observações do Webb confirmam a existência de uma divisão significativa entre a estrela e o seu disco de detritos, uma vasta área livre de poeira. Mais longe, o seu disco de detritos é semelhante ao Cinturão de Kuiper do nosso Sistema Solar, onde se encontram planetas anões, cometas e outros objetos de gelo e rocha (e que por vezes colidem uns com os outros). Há bilhões de anos, o Cinturão de Kuiper era provavelmente semelhante ao disco de detritos desta estrela.

O HD 181327 é um sistema muito ativo. Há colisões regulares e contínuas no seu disco de detritos. Quando estes corpos gelados colidem, liberam minúsculas partículas de água gelada empoeirada que têm o tamanho perfeito para serem detectadas pelo Webb. A água gelada não está espalhada uniformemente por este sistema. A maior parte encontra-se onde é mais frio e mais longe da estrela. A área exterior do disco de detritos é constituída por mais de 20% de água gelada.

Quanto mais perto os pesquisadores olhavam, menos água gelada encontravam. No meio do disco de detritos, o Webb detectou cerca de 8% de água gelada. Aqui, é provável que as partículas de água gelada sejam produzidas um pouco mais depressa do que são destruídas. Na área do disco de detritos mais perto da estrela, o Webb não detectou quase nenhuma. É provável que a luz ultravioleta da estrela vaporize as partículas de água gelada mais próximas. Também é possível que rochas conhecidas como planetesimais tenham "trancado" água gelada nos seus interiores, que não pode ser detectada.

A presença de água gelada ajuda a facilitar a formação de planetas. Os materiais gelados podem também ser "entregues" a planetas terrestres que se podem formar ao longo de algumas centenas de milhões de anos em sistemas como este.

Um artigo foi publicado na revista Nature.

Fonte: Space Telescope Science Institute

Novos detalhes e mistérios na aurora de Júpiter

O telescópio espacial James Webb captou novos pormenores das auroras no maior planeta do nosso Sistema Solar.

© Webb (observações da aurora de Júpiter)

As luzes dançantes observadas em Júpiter são centenas de vezes mais brilhantes do que as observadas na Terra. Com a sensibilidade avançada do Webb, os astrônomos estudaram estes fenômenos para melhor compreender a magnetosfera de Júpiter. 

As auroras são criadas quando partículas altamente energéticas entram na atmosfera de um planeta perto dos seus polos magnéticos e colidem com átomos de gás. Não só as auroras de Júpiter são enormes em tamanho, como também são centenas de vezes mais energéticas do que as auroras da Terra. Aqui, as auroras são causadas por tempestades solares, quando partículas carregadas "chovem" na atmosfera superior, excitam os gases e fazem-nos brilhar com cores vermelhas, verdes e púrpuras. 

Entretanto, Júpiter tem uma fonte adicional para as suas auroras; o forte campo magnético do gigante gasoso apanha partículas carregadas da sua vizinhança. Isto inclui não só as partículas carregadas do vento solar, mas também as partículas lançadas para o espaço pela sua lua Io, conhecida pelos seus numerosos e grandes vulcões. Os vulcões de Io expelem partículas que, notavelmente, escapam à gravidade da lua e orbitam Júpiter. Uma barragem de partículas carregadas liberadas pelo Sol durante as tempestades solares também atinge o planeta. O grande e poderoso campo magnético de Júpiter captura as partículas carregadas e acelera-as a velocidades tremendas. Estas partículas velozes atingem a atmosfera do planeta com energias elevadas, o que excita o gás e provoca o seu brilho.

Agora, as capacidades únicas do Webb estão fornecendo novos conhecimentos sobre as auroras de Júpiter. A sensibilidade do telescópio permite o aumento da velocidade do obturador para captar características aurorais que variam rapidamente. Os novos dados foram captados com o instrumento NIRCam (Near-InfraRed Camera) do Webb no dia de Natal de 2023 por uma equipe de cientistas liderada por Jonathan Nichols, da Universidade de Leicester, no Reino Unido. 

Os dados revelaram que a emissão do íon trihidrogênio, conhecido como H3+, é muito mais variável do que se pensava. As observações vão ajudar a desenvolver a compreensão dos cientistas sobre a forma como a atmosfera superior de Júpiter é aquecida e arrefecida. O que tornou estas observações ainda mais especiais foi o fato de também obtido fotografias simultaneamente no ultravioleta com o telescópio espacial Hubble. 

A luz mais brilhante observada pelo Webb não tinha qualquer equivalência real nas imagens do Hubble. Para causar a combinação de brilho observada pelo Webb e pelo Hubble, é necessária uma combinação aparentemente impossível de grandes quantidades de partículas de energia muito baixa atingindo a atmosfera, como uma tempestade de chuviscos! 

A equipe planeja agora estudar esta discrepância entre os dados do Hubble e do Webb e explorar as implicações mais amplas para a atmosfera e o ambiente espacial de Júpiter. Pretendem também dar seguimento a esta investigação com mais observações do Webb, que poderão ser comparadas com dados da nave espacial Juno da NASA para explorar melhor a causa da enigmática emissão brilhante. 

Estes conhecimentos podem também apoiar a Juice (Jupiter Icy Moons Explorer), da ESA, que está a caminho de Júpiter para fazer observações pormenorizadas do gigante gasoso e das suas três grandes luas com oceanos: Ganimedes, Calisto e Europa. A Juice irá observar as auroras de Júpiter com sete instrumentos científicos únicos, incluindo duas câmaras. Estas medições de perto ajudarão compreender a forma como o campo magnético e a atmosfera do planeta interagem, bem como o efeito que as partículas carregadas de Io e das outras luas têm na atmosfera de Júpiter.

Os resultados foram publicados na revista Nature Communications. 

Fonte: Space Telescope Science Institute

Um tipo de exoplaneta comum mas misterioso

Embora não orbitem em torno do nosso Sol, os sub-Netunos são o tipo mais comum de exoplanetas observados na nossa Galáxia.

© STScI (ilustração do exoplaneta TOI-421 b e sua estrela hospedeira)

Estes planetas gasosos menores que os nossos gigantes estão envoltos em mistério, e muitas vezes, em muita neblina.

Agora, ao observar o exoplaneta TOI-421 b, o Ttlescópio espacial James Webb está ajudando os astrônomos a compreender os sub-Netunos de uma forma que não era possível antes do lançamento do telescópio.

A existência de sub-Netunos era inesperada antes de terem sido descobertos pelo telescópio espacial Kepler da NASA na década passada. Agora, os astrônomos estão  tentando perceber de onde vieram estes planetas e porque são tão comuns. Antes do Webb, os cientistas tinham muito pouca informação sobre eles. Embora os sub-Netunos sejam algumas vezes maiores do que a Terra, são ainda muito menores do que os planetas gigantes gasosos e tipicamente mais frios do que os Júpiteres quentes, o que torna a sua observação muito mais difícil do que a dos seus homólogos gigantes gasosos.

Uma importante descoberta anterior ao Webb foi que a maioria das atmosferas dos sub-Netunos tinha espectros de transmissão simples ou sem características. Isto significa que quando o espetro do planeta era observado à medida que este passava em frente da sua estrela hospedeira, em vez de serem vistas características espectrais - as impressões digitais químicas que revelariam a composição da atmosfera - são notadas apenas um espectro achatado.

Os astrônomos concluíram, a partir de todos esses espectros, que pelo menos certos sub-Netunos estavam provavelmente muito obscurecidos por nuvens ou neblinas. Porque é que observamos este planeta, TOI-421 b? A razão é que existiam alguns dados anteriores que implicavam que talvez os planetas numa determinada gama de temperaturas estivessem menos envoltos em neblina ou nuvens do que outros. Esse limiar de temperatura é de cerca de 570°C. Abaixo dessa temperatura, é colocada a hipótese de ocorrer um conjunto complexo de reações fotoquímicas entre a luz solar e o gás metano, o que provocaria a neblina.

Mas os planetas mais quentes não deveriam ter metano e, portanto, talvez não devessem ter neblina. A temperatura de TOI-421 b é de cerca de 720ºC, muito acima do presumível limiar. Sem neblina ou nuvens, foi vista uma atmosfera clara.

© STSCI (espectro de substâncias químicas na atmosfera)

Um espectro de transmissão captado pelo telescópio espacial James Webb revela substâncias químicas na atmosfera do sub-Netuno quente TOI-421 b.

A equipe encontrou vapor de água na atmosfera do planeta, bem como assinaturas provisórias de monóxido de carbono e dióxido de enxofre. Depois, há moléculas que não foram detectadas, como o metano e o dióxido de carbono. A partir dos dados, podem também inferir que existe uma grande quantidade de hidrogênio na atmosfera de TOI-421 b. A atmosfera leve de hidrogênio foi a grande surpresas.

Isto sugere que TOI-421 b pode ter sido formado e evoluído de forma diferente dos sub-Netunos mais frios observados anteriormente. A atmosfera dominada pelo hidrogênio é também interessante porque imita a composição da estrela hospedeira de TOI-421 b. Para além de ser mais quente do que outros sub-Netunos observados anteriormente com o Webb, TOI-421 b orbita uma estrela semelhante ao Sol. A maioria dos outros sub-Netunos que foram observados até agora orbitam estrelas menores e frias, chamadas anãs vermelhas.

Será TOI-421 b emblemático dos sub-Netunos quentes que orbitam estrelas semelhantes ao Sol, ou apenas demonstrativo de que os exoplanetas são muito diversos? Para descobrir, os pesquisadores gostariam de observar mais sub-Netunos quentes para determinar se este é um caso único ou uma tendência mais alargada. Esperam obter informações sobre a formação e evolução destes exoplanetas comuns.

As descobertas foram publicadas no periódico The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: Space Telescope Science Institute

Desvendando os segredos do nascimento de estrelas massivas

Os astrônomos revelaram pela primeira vez o enorme fluxo de gás perto de uma estrela massiva, em formação, que permite o seu rápido crescimento.

© NRAO (gás amoníaco caindo no disco de acreção que alimenta estrela)

Ao observar a jovem estrela HW2 em Cefeu A, localizada a 2.300 anos-luz da Terra, os pesquisadores resolveram a estrutura e a dinâmica de um disco de acreção que alimenta esta estrela massiva com material. 

Esta descoberta desvenda uma questão central da astrofísica: como é que as estrelas massivas, que muitas vezes terminam as suas vidas como supernovas, acumulam a sua imensa massa? Cefeu A é o segundo local de formação de estrelas massivas mais próximo da Terra, o que o torna um laboratório ideal para estudar estes processos complexos.

Os pesquisadores utilizaram o amoníaco (NH3), uma molécula que se encontra habitualmente nas nuvens de gás interestelar e que é muito utilizada industrialmente na Terra, como marcador para mapear a dinâmica do gás em torno da estrela. As observações revelaram um anel denso de amoníaco gasoso quente que se estende por 200 a 700 unidades astronômicas (UA) em torno de HW2. 

Esta estrutura foi identificada como parte de um disco de acreção, uma característica chave nas teorias de formação estelar. O estudo descobriu que o gás dentro deste disco está tanto colapsando para dentro como girando em torno da jovem estrela. De forma notável, o ritmo de queda de material para HW2 foi medida em dois milésimos de uma massa solar por ano, uma das taxas mais elevadas alguma vez observadas para uma estrela massiva em formação. Estas descobertas confirmam que os discos de acreção podem sustentar tais ritmos extremos de transferência de massa, mesmo quando a estrela central já cresceu até 16 vezes a massa do nosso Sol.

A sensibilidade radioelétrica sem paralelo do VLA permitiu resolver características em escalas da ordem de apenas 100 UA, fornecendo uma visão sem precedentes deste processo. A equipe também comparou as suas observações com as simulações mais avançadas de formação de estrelas massivas

Os resultados estão muito próximos das previsões teóricas, mostrando que o amoníaco perto de HW2 está colapsando quase a velocidades de queda livre enquanto gira com velocidades sub-Keplerianas, um equilíbrio ditado pela gravidade e pelas forças centrífugas. Curiosamente, o estudo revelou assimetrias na estrutura e turbulência do disco, sugerindo que correntes externas de gás, conhecidas como "serpentinas", podem estar enviando material fresco para um dos lados do disco. Tais correntes foram observadas em outras regiões de formação estelar e podem desempenhar um papel crucial na reposição dos discos de acreção em torno de estrelas massivas.

Esta descoberta resolve décadas de debate sobre se HW2, e as protoestrelas de igual modo, podem formar discos de acreção capazes de sustentar o seu rápido crescimento. Também reforça a ideia de que mecanismos físicos semelhantes governam a formação de estrelas numa vasta gama de massas.  As estrelas massivas desempenham um papel fundamental como motores cósmicos, impulsionando ventos e explosões que alimentam as galáxias com elementos pesados.

Os astrônomos visaram transições específicas do amoníaco que são excitadas a temperaturas superiores a 100 K, o que lhes permitiu detectar gás denso e quente perto de HW2. Estes resultados destacam o poder da interferometria rádio para sondar os processos ocultos por detrás da formação dos objetos mais influentes na nossa Galáxia, e dentro de dez anos a próxima versão atualizada do VLA tornará possível estudar o amoníaco circunestelar a escalas do nosso Sistema Solar.

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

Fonte: National Radio Astronomy Observatory

A causa de uma fratura num segmento galáctico

Os astrônomos descobriram uma explicação provável para uma fratura num enorme segmento cósmico na Via Láctea, utilizando o observatório de raios X Chandra da NASA e radiotelescópios.

© NASA (pulsar e fratura em estrutura)

O segmento cósmico parece ter sido atingido por uma estrela de nêutrons, ou pulsar, que se move rapidamente e gira a grande velocidade. As estrelas de nêutrons são as estrelas mais densas que se conhecem e formam-se a partir do colapso e explosão de estrelas massivas.

Estas estrelas recebem frequentemente um poderoso "pontapé" destas explosões, que as afasta do local da explosão a grande velocidade. Perto do centro da Via Láctea encontram-se estruturas enormes que se assemelham a ossos ou cobras. Estas formações alongadas são vistas no rádio e estão enlaçadas por campos magnéticos que correm paralelamente a elas.

As ondas de rádio são causadas por partículas energizadas que se movem em espiral ao longo dos campos magnéticos. Esta nova imagem mostra um destes segmentos cósmicos, chamado G359.13142-0.20005 (G359.13 para abreviar), com dados de raios X do Chandra (em azul) e dados de rádio da rede MeerKAT na África do Sul (em cinza). Os pesquisadores também se referem a G359.13 como a Serpente.

A análise desta imagem revela a presença de uma quebra, ou fratura, no segmento contínuo de G359.13 visto na imagem. Os dados combinados de raios X e rádio fornecem pistas para a causa desta fratura. Os astrônomos descobriram agora uma fonte de raios X e de rádio no local da fratura, utilizando os dados do Chandra, do MeerKAT e do VLA (Very Large Array).

O provável pulsar responsável por estes sinais de rádio e raios X está rotulado na imagem. Uma possível fonte extra de raios X localizada perto do pulsar pode vir de elétrons e pósitrons (os equivalentes antimatéria dos elétrons) que foram acelerados com altas energias.

Os cientistas pensam que o pulsar terá causado a fratura ao embater contra G359.13 a uma velocidade entre 1,6 e 3,2 milhões de quilômetros por hora. Esta colisão distorceu o campo magnético do segmento, fazendo com que o sinal de rádio também se deformasse. Com cerca de 230 anos-luz de comprimento, G359.13 é uma das estruturas mais longas e brilhantes do seu gênero na Via Láctea. Para contextualizar, existem mais de 800 estrelas a essa distância da Terra. G359.13 está localizada a cerca de 26.000 anos-luz da Terra, perto do centro da Via Láctea.

O artigo científico que descreve estes resultados foi publicado no periódico Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Fonte: Harvard University