O clima numa anã marrom próxima

Pesquisadores da Universidade McGill e de instituições colaboradoras mapearam as características atmosféricas de uma anã marrom de massa planetária, um tipo de objeto celeste que não é nem uma estrela nem um planeta, existindo numa categoria intermediária.

© Anastasiia Nahurna (ilustração do exoplaneta SIMP 0136)

A massa desta anã marrom em particular, no entanto, está no limiar entre ser um planeta tipo Júpiter e uma anã marrom. Por isso, também foi chamada de planeta errante, ou flutuante, por não estar ligado a uma estrela.

Utilizando o telescópio espacial James Webb, a equipe captou mudanças sutis na luz de SIMP 0136, revelando complexos padrões climáticos, e em evolução, na sua superfície.

Apesar do fato de, neste momento, não podermos obter imagens diretas de planetas habitáveis à volta de outras estrelas, podemos desenvolver métodos para aprender sobre a meteorologia e a composição atmosférica de mundos muito semelhantes.

SIMP 0136 situa-se a cerca de 20 anos-luz de distância, na direção da constelação de Peixes. Com uma massa cerca de 13 vezes superior à de Júpiter, é demasiado pequeno para sustentar a fusão nuclear que alimenta as estrelas, mas possivelmente demasiado grande para ser considerado um planeta normal. Provavelmente formou-se como uma estrela antes de arrefecer e escurecer ao longo de centenas de milhões de anos. SIMP 0136 é um planeta que flutua livremente, vagueando sozinho pelo espaço, e o seu ambiente isolado torna-o um laboratório ideal para estudar as atmosferas dos gigantes gasosos sem a interferência da luz das estrelas.

O objeto foi observado durante uma rotação completa, que durou apenas 2,4 horas. Ao analisar as flutuações minúsculas de brilho em diferentes comprimentos de onda, foi descoberto que a luz de SIMP 0136 é moldada por pelo menos três camadas atmosféricas distintas. Cada camada contém nuvens feitas de diferentes materiais, tais como forsterite (uma rocha) e ferro, com temperaturas e composições químicas variáveis.

Embora não foi criado um mapa meteorológico de SIMP 0136, foi determinado que algumas camadas atmosféricas têm sinais claros de assimetria norte-sul. Esta assimetria é importante porque significa que os futuros esforços para mapear as atmosferas destes planetas terão de ser efetuados em duas dimensões: longitude e latitude. O estudo também mostrou que nenhum modelo isolado podia explicar os dados observados; apenas uma combinação de vários modelos atmosféricos podia reproduzir o espectro.

Esta descoberta apoia as teorias de que as anãs marrons e os exoplanetas gigantes têm um clima caótico e em rápida mudança, semelhante às bandas de Júpiter, mas muito mais turbulento. Compreender esta variabilidade pode ajudar na interpretação dos sinais de exoplanetas distantes. Os pesquisadores esperam aperfeiçoar as suas técnicas para mapear não só a temperatura e as nuvens, mas também os padrões de vento e os ciclos químicos em mundos alienígenas.

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal.

Fonte: Institute for Research on Exoplanets

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

A maior e mais distante erupção de um buraco negro

As estrelas mais massivas do Universo estão destinadas a explodir como supernovas brilhantes antes de colapsarem em buracos negros.

© Caltech (buraco negro dilacerando uma estrela massiva)

No entanto, uma estrela enorme parece nunca ter cumprido o seu destino; em jeito de ironia, a estrela aproximou-se demasiado de um buraco negro gigantesco, que a engoliu, desfazendo-a em pedaços.

Esta é a explicação mais provável que descreve a mais poderosa e mais distante erupção energética alguma vez registada por um buraco negro supermassivo. O objeto cósmico foi observado pela primeira vez em 2018 pelo ZTF (Zwicky Transient Facility), situado no Observatório Palomar, e pelo CRTS (Catalina Real-Time Transient Survey).

O surto aumentou rapidamente de intensidade por um fator de 40 durante um período de meses e, no seu pico, foi 30 vezes mais luminoso do que qualquer outra erupção observada até à data. No seu ponto mais intenso, a erupção brilhou com a luz de 10 trilhões de sóis. O buraco negro supermassivo por detrás do evento está em acreção, a cujo tipo se dá o nome núcleo galáctico ativo (NGA). Referido como J2245+3743, estima-se que este NGA seja 500 milhões de vezes mais massivo do que o nosso Sol. Encontra-se a 10 bilhões de anos-luz de distância, no Universo remoto.

Como a luz tem uma velocidade finita e leva tempo a chegar até nós, os astrônomos observam eventos distantes como este no passado, quando o Universo era jovem. A erupção do buraco negro continua sendo monitorada, embora esta esteja desaparecendo com o tempo. Realmente, para além do objeto ser observado no passado, o próprio tempo corre mais devagar no local remoto do buraco negro, em comparação com a nossa própria experiência do tempo. Trata-se de um fenômeno chamado dilatação cosmológica do tempo, devido ao alongamento do espaço e do tempo. À medida que a luz viaja através do espaço em expansão para chegar até nós, o seu comprimento de onda estica-se, tal como o próprio tempo. Estamos assistindo à reprodução do evento a um-quarto da velocidade.

Para determinar o que poderia causar uma explosão tão dramática de luz no cosmos, os pesquisadores examinaram minuciosamente uma lista de possibilidades, concluindo que o culpado mais provável é um evento de perturbação de marés. Este fenômeno ocorre quando a gravidade de um buraco negro supermassivo rasga uma estrela que se aproxime demasiado, consumindo-a lentamente ao longo do tempo, à medida que espirala para o buraco negro.

O motivo de a erupção do buraco negro J2245+3743 ainda estar em curso indica que estamos assistindo a uma estrela que ainda não foi totalmente devorada. Se o surto for de fato um evento de perturbação de marés, os cientistas estimam que o buraco negro supermassivo devorou uma estrela com uma massa pelo menos 30 vezes superior à do nosso Sol. O anterior detentor do recorde de maior candidato a um evento de perturbação de marés, apelidado de "Scary Barbie" após a sua classificação ZTF inicial como ZTF20abrbeie, não foi tão intenso. Esse evento de perturbação de marés, que também se pensa ter tido origem num NGA, foi 30 vezes mais fraco do que o de J2245+3743, e estima-se que a sua estrela condenada tivesse entre três e 10 massas solares.

A maioria dos cerca de 100 evento de perturbação de marés observados até agora não ocorre em torno de NGAs, estruturas massivas que consistem em buracos negros supermassivos rodeados por grandes discos de material que alimentam o buraco negro central. O NGA fervilha com a acreção, o que pode mascarar as explosões de evento de perturbação de marés e torná-las mais difíceis de encontrar.

A recente supererupção J2245+3743, por outro lado, foi tão grande que até foi mais fácil de observar. No entanto, ao início, J2245+3743 não parecia ser nada de especial. Em 2018, depois de o objeto ter sido avistado pela primeira vez, os pesquisadores utilizaram o telescópio Hale de 200 polegadas do Observatório Palomar para obter um espectro da luz do objeto, mas este não revelou nada de incomum. Em 2023, a equipe notou que o surto estava decaindo mais lentamente do que o esperado, pelo que obtiveram outro espectro pelo Observatório W. M. Keck, no Havaí, que indicou o brilho extremo deste NGA em particular.

No final, depois de terem sido excluídos outros cenários, os pesquisadores concluíram que J2245+3743 era a erupção mais brilhante alguma vez registada num buraco negro. Se convertermos o nosso Sol inteiro em energia, usando a famosa fórmula de Albert Einstein E=m.c², é essa a quantidade de energia que tem saído deste surto desde que a observação foi iniciada.

Uma vez estabelecido o brilho sem precedentes do evento, a equipa analisou o que o poderia ter causado. As supernovas não são suficientemente brilhantes para explicar isto; ao invés, a explicação preferida é um buraco negro supermassivo que rasga lentamente uma estrela enorme até à morte. Estrelas tão massivas são raras, mas pensa-se que as estrelas dentro do disco de um NGA podem crescer ainda mais. A matéria do disco é despejada sobre as estrelas, fazendo-as crescer em massa.

Encontrar "refeições" de buracos negros com proporções tão grandes indica que é provável que outros eventos como este estejam ocorrendo no cosmos. Os pesquisadores esperam poder explorar mais dados do ZTF para encontrar outros e o Observatório Vera C. Rubin pode também encontrar evento de perturbação de marés incomumente grandes.

Um artigo foi publicado no periódico Nature Astronomy.

Fonte: California Institute of Technology

Ejeções de massa coronal no alvorecer do Sistema Solar

Astrônomos utilizaram observações simultâneas feitas da Terra e do espaço para medir a temperatura e a velocidade do gás ejetado por uma estrela jovem semelhante ao Sol.

© NAOJ (ilustração de ejeção de massa coronal na estrela EK Draconis)

Esta medição mostrou uma ejeção de dois componentes, consistindo em um componente quente e rápido seguido por um componente mais lento e frio. Este resultado é importante para a compreensão de como as estrelas jovens afetam o ambiente ao seu redor, onde planetas e vida podem estar se formando inicialmente, e, por extensão, fornece informações sobre os primórdios do Sistema Solar, da Terra e da vida na Terra.

O Sol ejeta frequentemente enormes massas de gás ionizado quente, chamadas plasma, associadas a erupções solares. Esses eventos são conhecidos como Ejeções de Massa Coronal (EMCs). Elas costumam ocorrer juntamente com súbitos brilhos chamados erupções solares e, às vezes, se estendem o suficiente para perturbar a magnetosfera da Terra, gerando fenômenos climáticos espaciais, incluindo auroras ou tempestades geomagnéticas, e até mesmo danificando redes elétricas em algumas ocasiões.

Observou-se que estrelas jovens semelhantes ao Sol emitem erupções estelares frequentes, e sabe-se que algumas delas estão associadas a grandes EMCs, que superam em muito qualquer uma observada no Sol atual. As EMCs no Sol contêm componentes em diferentes temperaturas, variando de 10.000 Kelvin a 1.000.000 Kelvin, mas até agora os dados sobre EMCs em outras estrelas se limitavam a um único componente de temperatura, especialmente o plasma de baixa temperatura.

Enormes EMCs do Sol primitivo podem ter impactado severamente os ambientes primordiais da Terra, Marte e Vênus. No entanto, ainda não está claro até que ponto as explosões nessas estrelas jovens exibem EMCs semelhantes às solares. Nos últimos anos, o plasma frio das EMCs foi detectado por meio de observações ópticas terrestres. No entanto, a alta velocidade e a esperada ocorrência frequente de EMCs fortes no passado permaneceram um mistério.

Para obter uma compreensão mais completa dos eventos de EMC em estrelas jovens, uma equipe internacional de pesquisadores liderada por Kosuke Namekata, da Universidade de Kyoto, organizou observações em ultravioleta com o telescópio espacial Hubble e observações ópticas com telescópios terrestres no Japão e na Coreia para medir simultaneamente diferentes componentes de temperatura de um evento de EMC estelar.

Seu alvo era a jovem estrela semelhante ao Sol, EK Draconis, localizada a 111 anos-luz de distância, na direção da constelação de Draco. A equipe obteve sucesso na observação de diferentes componentes de temperatura de um evento de EMC. Primeiramente, um plasma quente de 100.000 Kelvin foi ejetado a uma velocidade entre 300 e 550 km/s, seguido, cerca de dez minutos depois, por um gás mais frio, a aproximadamente 10.000 Kelvin, ejetado a 70 km/s. Isso indica que os componentes mais quentes das Ejeções de Massa Coronal (EMCs) estelares possuem energias cinéticas maiores do que os componentes mais frios e, portanto, podem afetar as atmosferas de exoplanetas de forma mais severa do que se inferia anteriormente a partir de medições limitadas apenas ao plasma frio. 

Como o jovem Sol era presumivelmente semelhante a EK Draconis, isso fornece informações sobre as condições no Sistema Solar primitivo, que provavelmente foi perturbado por EMCs enormes e rápidas. Estudos teóricos e experimentais sugerem que as EMCs rápidas desempenham um papel na iniciação de biomoléculas e gases de efeito estufa, essenciais para o surgimento e a manutenção da vida em um planeta primitivo.

Portanto, essa descoberta tem implicações importantes para a compreensão da habitabilidade planetária e das condições sob as quais a vida surgiu na Terra e, possivelmente, em outros lugares. A equipe planeja continuar sua pesquisa com novas observações usando raios X, ondas de rádio e telescópios espaciais ultravioleta de última geração para entender melhor as condições ao redor de estrelas jovens onde planetas, e possivelmente vida, se formam. Em particular, este estudo destaca a importância da astronomia ultravioleta, que será explorada mais a fundo pela futura missão LAPYUTA da JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency).

Um artigo foi publicado na revista Nature Astronomy.

Fonte: National Astronomical Observatory of Japan

Um "morcego assustador" no céu

O "morcego assustador" foi avistado sobrevoando o Observatório Europeu do Sul (ESO) no Paranal, Chile, mesmo a tempo do Halloween.

© VST / VISTA (nebulosas RCW 94 e RCW 95)

Graças ao seu amplo campo de visão, o VLT Survey Telescope (VST) conseguiu captar esta enorme nuvem de gás e poeira cósmica, cuja aparência hipnotizante se assemelha à silhueta de um morcego.

Situado a cerca de 10 mil anos-luz de distância da Terra, este "morcego cósmico" voa entre as constelações austrais do Compasso e da Régua. Abrangendo uma área do céu equivalente a quatro luas cheias, o "morcego cósmico" parece estar tentando caçar a mancha brilhante por cima dele para se alimentar.

Esta nebulosa é uma maternidade estelar, uma vasta nuvem de gás e poeira na qual estão formando estrelas. As estrelas recém formadas liberam energia suficiente para excitar os átomos de hidrogênio à sua volta, fazendo-os brilhar no tom avermelhado forte que vemos na imagem. Os filamentos escuros na nebulosa, que parecem o esqueleto do nosso morcego espacial, são estruturas de acumulação de gás mais frio e denso, com grãos de poeira que bloqueiam a luz visível das estrelas que se encontram por detrás.

Retirando o seu nome de um extenso catálogo de regiões brilhantes de formação estelar do céu austral, as nuvens mais proeminentes que aqui vemos são a RCW 94, que representa a asa direita do morcego, e a RCW 95, que forma o corpo, enquanto as outras partes do morcego não têm designação oficial.

Esta impressionante maternidade estelar foi obtida com auxílio do telescópio de rastreio VST, que é o telescópio perfeito para captar estas grandes "criaturas assustadoras", já que conta com a OmegaCAM, uma câmara de última geração com 268 milhões de pixels, com a qual consegue captar imagens de enormes áreas do céu. Esta imagem foi montada combinando observações obtidas através de diferentes filtros para diferentes cores ou comprimentos de onda da luz.

A maior parte da forma do morcego, incluindo o brilho vermelho, foi captado no visível no âmbito do rastreio VPHAS+ (VST Photometric Hα Survey of the Southern Galactic Plane and Bulge). Dados adicionais obtidos no infravermelho dão um toque colorido às zonas mais densas da nebulosa e foram obtidos com auxílio do telescópio VISTA (Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy) do ESO, no âmbito do rastreio VVV (VISTA Variables in the Via Láctea). Ambos os rastreios são públicos, disponíveis a todos os que desejem mergulhar profundamente neste poço infinito de fotografias cósmicas.

Atreva-se a olhar mais de perto e deixe a sua curiosidade ser assombrada pelas maravilhas que o esperam na escuridão. Feliz Halloween!

Fonte: ESO

A evolução de um par de fusões distintas de buracos negros

As fusões contribuem para a compreensão científica da natureza da formação dos buracos negros e da física fundamental.

© OzGrav (ilustração de um par de buracos negros)

Um par de fusões de buracos negros cósmicos distantes, medidas com apenas um mês de diferença no final de 2024 pela colaboração LIGO-Virgo-KAGRA, está melhorando a forma como os cientistas compreendem a natureza e a evolução das mais violentas colisões do espaço profundo no nosso Universo.

Os dados recolhidos a partir das fusões também validam, com uma precisão sem precedentes, leis fundamentais da física que foram previstas há mais de 100 anos por Albert Einstein e promovem a procura de novas e ainda desconhecidas partículas elementares com potencial para extrair energia dos buracos negros.

A primeira fusão detectada, GW241011, ocorreu a cerca de 700 milhões de anos-luz de distância e resultou da colisão de dois buracos negros com cerca de 20 e 6 vezes a massa do Sol. O maior dos buracos negros de GW241011 foi avaliado como um dos buracos negros de rotação mais rápida observados até à data. A segunda fusão, GW241110, ocorreu a cerca de 2,4 bilhões de anos-luz de distância e envolveu buracos negros com cerca de 17 e 8 vezes a massa do Sol.

Enquanto a maioria dos buracos negros observados gira na mesma direção que a sua órbita, o buraco negro primário de GW241110 girava na direção oposta à da sua órbita, um caso inédito. Curiosamente, ambas as fusões detectadas apontam para a possibilidade de se tratarem de buracos negros de "segunda geração". 

Com ambos os eventos possuirem um buraco negro significativamente mais massivo do que o outro e girando rapidamente, fornecem evidências tentadoras de que estes buracos negros se formaram a partir de anteriores fusões de buracos negros. Este processo, designado por fusão hierárquica, sugere que estes sistemas se formaram em ambientes densos, em regiões como aglomerados de estrelas, onde é mais provável que os buracos negros se cruzem e se fundam uma e outra vez.

Estas duas fusões de buracos negros binários fornecem alguns dos conhecimentos mais interessantes acerca do início da vida dos buracos negros. Mostra que alguns buracos negros não existem apenas como parceiros isolados, mas provavelmente como membros de uma multidão densa e dinâmica. No futuro, a esperança é que estes eventos e outras observações nos ensinem cada vez mais sobre os ambientes astrofísicos que acolhem estas populações.

A precisão com que GW241011 foi medida também permitiu que as previsões fundamentais da teoria da relatividade geral de Einstein fossem testadas em condições extremas. A equipe encontrou uma excelente concordância com a solução de Kerr e verificou a previsão de Einstein com uma precisão sem precedentes. A solução de Kerr descreve a geometria do espaço-tempo ao redor de um buraco negro massivo e em rotação, sem carga elétrica, sendo uma solução exata para as equações de campo da relatividade geral. Ela introduz a noção de um buraco negro com momento angular (spin), que tem simetria axial e possui uma região chamada ergosfera, onde o espaço-tempo é arrastado pela rotação do buraco negro. 

A descoberta recente teve ainda outra aplicação na física de partículas. A observação de que o buraco negro massivo do sistema binário que produziu GW241011 continua girando rapidamente, mesmo milhões ou bilhões de anos após a sua formação, exclui uma vasta gama de massas de bósons ultraleves previstas por algumas extensões do Modelo Padrão da física de partículas.

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: Max Planck Institute for Gravitational Physics