O fascínio do obscuro

Os observadores não resistem ao desafio de procurar objetos tênues com nomes curiosos. Mergulhando fundo e visitando dois deles: o Paraquedas de Andrômeda e o Chivito de Drácula.

© Hubble (Chivito de Drácula)

A imagem acima mostra o Chivito de Drácula, que é um grande disco protoplanetário visto de perfil, que circunda uma estrela recém-formada na constelação de Cefeu. Uma espessa faixa de poeira divide a nebulosa de reflexão brilhante, com formato semelhante a um pão, e esconde a estrela recém-nascida, que se encontra a aproximadamente 980 anos-luz de distância.

O Chivito de Drácula é oficialmente designado IRAS 23077+6707. A primeira parte do nome faz referência ao personagem fictício Conde Drácula, assim chamado porque o primeiro autor, Ciprian Berghea, cresceu na Transilvânia, Romênia, e porque as protuberâncias muito tênues que se estendem para o norte a partir dos dois lóbulos do disco lembram 'presas'. A segunda parte faz referência a um chivito, sugerido por Ana Mosquera, que é do Uruguai. Chivito é uma combinação de carne grelhada, mussarela, presunto, tomates, azeitonas e maionese servida em um pão, lanche tardicional no Uruguai.

A seguir, a imagem mostra o Paraquedas de Andrômeda, que é um quasar com lente gravitacional quádrupla, descoberto em 2017 e localizado a 10,9 bilhões de anos-luz da Terra, na constelação de Andrômeda.

© Gary Imm (Paraquedas de Andrômeda)

Esta imagem, obtida pelo telescópio de levantamento Pan-STARRS-1 de 1,8 metros em Haleakalā, no Havaí, mostra os quatro quasares de Andrômeda obtidos através de lente gravitacional, rotulados de A a D em ordem decrescente de brilho. O paraquedas tem cerca de 3,8″ de diâmetro, e os três componentes mais brilhantes têm magnitude aproximada de 15. O quasar D está mais próximo da magnitude 18. À direita: Uma visão mais ampla mostra a região de 2′ ao redor do objeto, incluindo uma estrela de magnitude 11 imediatamente a sudeste.

O objeto é formalmente conhecido pelo nome mais sóbrio de J014710+463040. O X marca a localização da galáxia massiva interposta, muito tênue para aparecer na imagem acima, age como uma lente que distorce o tecido do espaço-tempo, criando quatro imagens de um quasar remoto a cerca de 11 bilhões de anos-luz de distância. Considerando a expansão do Universo desde que a luz deixou o quasar, o objeto está a cerca de 18,9 bilhões de anos-luz de distância!

Raramente os observadores têm o privilégio de ver algo através de um abismo espacial tão vasto, um testemunho do aumento de brilho proporcionado pelo processo de lente gravitacional.

Fonte: Sky & Telescope

Em busca das primeiras estrelas do Universo

Os astrônomos há muito tempo buscam evidências da primeira geração de estrelas do Universo e, à medida que galáxias mais distantes se tornam visíveis, parece que essas estrelas podem finalmente estar no nosso alvo.

© STScI (ilustração da formação de estrelas no início do Universo)

Desde o seu lançamento em 2021, o telescópio espacial James Webb (JWST) tem fornecido aos astrônomos olhos para observar o passado distante, descobrindo muitas galáxias cuja luz revela os estágios iniciais da formação de estrelas e galáxias no Universo.

Dentro da população de galáxias recém-descobertas, existem algumas com propriedades químicas bizarras que, à primeira vista, parecem ser muito ricas para existirem tão cedo no Universo. Essas abundâncias difíceis de conciliar podem ser um sinal das primeiras estrelas do Universo. Conhecidas como estrelas da População III, as primeiras estrelas do Universo nasceram de nuvens gigantes de gás primordial (hidrogênio, hélio e um pouco de lítio) e foram capazes de se formar com massas centenas a milhares de vezes maiores que a massa do nosso Sol.

Embora tenham brilhado intensamente, sua queima não durou muito tempo, terminando suas vidas em violentas supernovas e lançando seus componentes recém-enriquecidos de volta ao ambiente ao redor. Apesar dessas estrelas estejam mortas há muito tempo, as marcas químicas que deixaram em suas galáxias hospedeiras podem persistir, e entender como as estrelas da População III criam e distribuem metais pode nos dar pistas sobre as estranhas assinaturas químicas recentemente encontradas com o JWST. 

Pesquisadores identificaram algumas galáxias que exibem altas proporções de nitrogênio para oxigênio (N/O) que não podem ser explicadas por estrelas semelhantes às que existem no Universo hoje. Algumas dessas galáxias poderiam ser explicadas por meio de múltiplas populações estelares, estrelas em rápida rotação, explosões massivas ou os estágios iniciais da formação de aglomerados globulares. No entanto, GS 3073, uma galáxia com um desvio para o vermelho de z = 5,55 (cerca de um bilhão de anos após o Big Bang), tem um excesso de N/O tão alto que, até agora, desafiou qualquer explicação. 

Com o objetivo de compreender esse fenômeno bizarro, Devesh Nandal (Universidade da Virgínia; Centro de Astrofísica de| Harvard & Smithsonian) e colaboradores usaram modelos de evolução estelar para verificar se as estrelas da População III poderiam ser as culpadas. Modelando estrelas com massas de 1.000 a 10.000 vezes a massa do nosso Sol, os autores rastrearam os rendimentos elementares dessas estrelas supermassivas à medida que passam pelos vários estágios de queima nuclear.

A análise leva em consideração a mistura dentro das estrelas, a perda de massa ao longo de suas vidas e como o material ejetado pela supernova se mistura no meio interestelar. A partir dessa modelagem, foi descoberto que estrelas massivas da População III, entre 1.000 e 10.000 massas solares, podem produzir as abundâncias elementares observadas em GS 3073. Estrelas menos massivas não produzem razões N/O suficientemente altas, e estrelas mais massivas têm razões oxigênio-hidrogênio muito menores, sugerindo fortemente limites de massa superior e inferior para as possíveis estrelas supermassivas que poderiam ter produzido a composição química de GS 3073. 

Este estudo da GS 3073 é o primeiro do gênero a confirmar as marcas químicas de estrelas da População III em sua galáxia hospedeira neste desvio para o vermelho. A abundância única de nitrogênio só pode ser produzida por meio das fases evolutivas de estrelas da População III que queimam rápido o suficiente para produzir e liberar uma quantidade excessiva de nitrogênio, enquanto outros elementos permanecem consistentes. A partir de sua modelagem, os pesquisadores sugerem que galáxias com excesso de nitrogênio ainda maior podem existir, e novas observações com o JWST podem encontrá-las.

A busca por estrelas da População III está em plena expansão; outro estudo recente examinou a galáxia LAP1-B. Enquanto GS 3073 mostra evidências de estrelas da População III por meio de abundâncias químicas, o estudo de LAP1-B descobriu que a galáxia corresponde às previsões teóricas para os ambientes de formação e distribuições de massa de estrelas da População III. Ambos os trabalhos de pesquisa atuais estão lançando as bases para a riqueza de descobertas possíveis com o JWST, e as primeiras estrelas do Universo não estão mais fora de alcance.

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: American Astronomical Society

Theia e o planeta Terra eram vizinhos

Há cerca de 4,5 bilhões de anos teve lugar o acontecimento mais marcante da história do nosso planeta: um enorme corpo celeste chamado Theia colidiu com a jovem Terra.

© M. Garlick (colisão entre a Terra primitiva e Theia)

O modo como a colisão se desenrolou e o que aconteceu exatamente depois ainda não foi determinado de forma conclusiva. O que é certo, no entanto, é que o tamanho, a composição e a órbita da Terra mudaram como resultado, e que o impacto marcou o nascimento da nossa companheira constante no espaço, a Lua.

Que tipo de corpo foi este que alterou tão dramaticamente o curso do desenvolvimento do nosso planeta? Qual era a dimensão de Theia? De que é que era feito? E de que parte do Sistema Solar se precipitou em direção à Terra?

É difícil encontrar respostas para estas perguntas. Afinal de contas, Theia foi completamente destruído na colisão. No entanto, ainda hoje se podem encontrar vestígios dele, por exemplo, nas atuais composições da Terra e da Lua. Num estudo recente, pesquisadores do Instituto Max Planck para a Investigação do Sistema Solar e da Universidade de Chicago utilizam esta informação para deduzir a possível "lista de ingredientes" de Theia; e, consequentemente, o seu local de origem.

As proporções em que certos isótopos metálicos estão presentes num corpo são particularmente reveladoras. Os isótopos são variantes do mesmo elemento que diferem apenas no número de nêutrons no seu núcleo atômico; e, portanto, no seu peso. Mesmo na nuvem molecular a partir da qual o nosso Sol e o disco protoplanetário se formaram, os isótopos destes elementos não estavam aparentemente distribuídos de forma homogênea. Pelo contrário, até mesmo nesse momento, dependendo da distância ao centro, deve ter havido diferenças nas proporções dos isótopos. 

Assim, os corpos planetários que ainda estavam crescendo foram formados a partir de material de construção com diferentes composições isotópicas, dependendo se o material se aglomerava perto ou longe do Sol. A informação sobre a origem dos seus blocos de construção originais é assim armazenada na composição isotópica de um corpo planetário.

No estudo atual, os pesquisadores determinaram a proporção de diferentes isótopos de ferro nas rochas da Terra e da Lua com uma precisão sem precedentes. Para o efeito, examinaram 15 rochas terrestres e seis amostras lunares que os astronautas das missões Apollo trouxeram para a Terra. O resultado não é surpreendente: como as medições anteriores das taxas isotópicas do crômio, cálcio, titânio e zircônio já tinham demonstrado, a Terra e a Lua são indistinguíveis neste aspecto.

No entanto, a grande semelhança não permite quaisquer conclusões diretas sobre Theia. Há simplesmente demasiados cenários possíveis de colisão. Embora a maioria dos modelos assuma que a Lua se formou quase exclusivamente a partir de material de Theia, também é possível que seja constituída principalmente por material do manto terrestre primitivo ou que as rochas da Terra e de Theia se tenham misturado inseparavelmente. 

Para saber mais sobre Theia, os pesquisadores aplicaram uma espécie de engenharia reversa para planetas. Para tal, não utilizam modelos computacionais complexos que simulam vários cenários de impacto envolvendo Theia, mas concentram-se nas misturas de isótopos nas rochas terrestres e lunares. Com base nas taxas de isótopos correspondentes nas atuais rochas terrestres e lunares, a equipe analisou quais as composições e tamanhos de Theia e qual a composição da Terra primitiva que poderia ter levado a este estado final.

Nas suas investigações, os cientistas olharam não só para os isótopos de ferro, mas também para os de crômio, molibdênio e zircônio. Os diferentes elementos dão acesso a diferentes fases da formação planetária.

Mas como podemos saber que material já lá estava e qual foi trazido para o sistema Terra-Lua por Theia? Muito antes do encontro devastador com Theia, teve lugar, no interior da Terra primitiva, uma espécie de processo de seleção. Com a formação do núcleo de ferro, alguns elementos, como o ferro e o molibdênio, acumularam-se aí; depois disso, estavam praticamente ausentes do manto rochoso. O ferro que se encontra atualmente no manto terrestre só pode, portanto, ter "chegado" após a formação do núcleo; por exemplo, a bordo de Theia.

O metal omnipresente, a partir do qual os humanos fizeram ferramentas, navios e pontes, pode, portanto, ser atribuído principalmente a Theia. Outro elemento é o zircônio, que é muito resistente e quase não sofre alterações. Está no manto desde que a Terra existe e não se afundou no núcleo. O zircônio documenta, assim, não apenas uma janela de tempo, mas toda a história da formação do nosso planeta. 

Os pesquisadores usam estes diferentes suportes de informação para definir de que material e mistura de materiais Theia deve ter sido constituído e, finalmente, de que parte do disco de gás e poeira primitivo este material teve origem antes de formar Theia. De acordo com os resultados da investigação, as taxas isotópicas do material de Theia diferem significativamente dos da Terra. Por conseguinte, não são daqui e podem ainda atualmente ser identificados como tal na mistura de material da Terra. No entanto, os cálculos matemáticos revelam vários cenários e composições da Terra e de Theia antes da sua colisão.

Alguns destes cenários são implausíveis, pois são incompatíveis com o conhecimento sobre a formação planetária inicial que também foi obtido através da análise de meteoritos. Os meteoritos que podem ser analisados após o impacto com a Terra são tão antigos como o Sistema Solar. Permitem conhecer a época em que os planetas e outros corpos se formaram. Alguns meteoritos são originários da região interior do disco de formação dos planetas, enquanto outros são originários da região exterior. As taxas de isótopos do manto terrestre são os que mais se assemelham aos dos meteoritos do Sistema Solar interior. Os isótopos que a equipe atribui a Theia, neste estudo, têm proporções que eram anteriormente desconhecidas e não correspondem aos blocos de construção da Terra. Ao compará-los com classes de meteoritos, conclui-se que Theia deve ter tido origem na parte interior do Sistema Solar primitivo, mais perto do Sol do que a órbita atual da Terra.

Um artigo foi publicado na revista Science.

Fonte: Max Planck Institute for Solar System Research

Galáxia segue produzindo estrelas mesmo sem combustível

Cientistas se encontram diante de um enigma astronômico envolvendo a galáxia anã NGC 6789, que desafia as expectativas ao continuar seu processo de formação estelar sem o combustível necessário para tal.

© SDSS (NGC 6789)

A galáxia anã NGC 6789 está localizada a aproximadamente 12 milhões de anos-luz da Terra, em uma região escassa conhecida como Vazio Local, ela foi descrita pela primeira vez em 1883. No entanto, apenas recentemente os pesquisadores descobriram que a galáxia ainda está produzindo novas estrelas.

Estudos realizados nas últimas duas décadas indicam que cerca de 4% da massa estelar, cerca de 100 bilhões M⊙ (massa solar), da NGC 6789 se formou nos últimos 600 milhões de anos. A ausência de material propício à formação de estrelas, assim como a escassez de outras galáxias nas proximidades, deixou os cientistas perplexos quanto à origem dessa atividade estelar.

Em uma tentativa de elucidar essa questão, uma equipe liderada pelo astrônomo Ignacio Trujillo, do Instituto de Astrofísica das Ilhas Canárias (IAC), utilizou o Telescópio Binário de Dois Metros no Observatório do Teide, na Espanha. Os pesquisadores examinaram as regiões externas da galáxia em busca de indícios de fusões passadas com outros aglomerados estelares, como características de maré que poderiam explicar a formação das novas estrelas. Eles também investigaram profundamente o núcleo formador de estrelas da galáxia. No entanto, a investigação não revelou qualquer evidência de fusões.

A galáxia anã NGC 6789 aparenta estar intacta. Isso sugere que as novas estrelas provavelmente se formaram dentro da própria galáxia. Assim, o núcleo central responsável pela formação estelar pode ter sido alimentado por gás remanescente da própria formação da galáxia ou por gás primitivo oriundo do exterior que conseguiu se acumular em seu interior e foi rapidamente utilizado.

Essa atividade recente confere ao núcleo da galáxia uma aparência irregular. De fato, com base em imagens superficiais, ela foi inicialmente classificada como um sistema irregular. No entanto, imagens mais profundas revelaram posteriormente que a região central de formação estelar está inserida em uma estrutura externa elíptica, aparentemente não perturbada e mais avermelhada. Essa descoberta sugere uma classificação típica de galáxias anãs compactas azuis.

Um estudo espectroscópico detalhado realizado por R. García-Benito e E. Pérez-Montero (2012) sugeriu que a queda de gás primordial e pobre em metais poderia explicar tanto a elevada razão N/O quanto os episódios de formação estelar quase simultâneos em múltiplas regiões centrais. Isso levanta uma questão fundamental: dada a isolação da galáxia e sua forma externa aparentemente intacta, qual é a fonte do gás que sustenta sua recente formação estelar?

Essa pesquisa mostra imagens multibanda substancialmente mais profundas da NGC 6789, que explora suas regiões externas buscando características tênues que possam revelar evidências de fusões menores passadas ou eventos de acreção de gás capazes de fornecer o combustível necessário para construir seu núcleo de formação estelar.

Observações futuras podem oferecer esclarecimentos sobre como a NGC 6789 continua crescendo sem uma fonte aparente de combustível, mas, por ora, a origem do processo formador de estrelas da galáxia segue sendo um grande mistério.

Essa hipótese foi discutida em um artigo publicado recentemente no periódico Research Notes of the American Astronomical Society.

Fonte: American Astronomical Society

Conchas de poeira espiralando num par de estrelas Wolf-Rayet

O telescópio espacial James Webb captou algo inédito: uma imagem nítida, no infravermelho médio, de um sistema com quatro espirais serpenteantes de poeira, uma se expandindo para além da outra, exatamente com o mesmo padrão.

© Webb (par de estrelas Wolf-Rayet)

Observações efetuadas antes do Webb apenas detectaram uma concha e, embora se tenha levantado a hipótese da existência de outras conchas, as pesquisas com telescópios terrestres não conseguiram descobrir nenhuma. Estas conchas foram emitidas nos últimos 700 anos por duas estrelas Wolf-Rayet envelhecidas num sistema conhecido como Apep, uma homenagem ao deus egípcio do caos.

A imagem obtida pelo Webb, combinada com vários anos de dados do VLT (Very Large Telescope) do ESO, no Chile, permitiu determinar a frequência com que o par passa um pelo outro: uma vez em cada 190 anos. Em cada órbita incrivelmente longa, ficam relativamente perto durante 25 anos e formam poeira.

O Webb também confirmou que existem três estrelas ligadas gravitacionalmente umas às outras neste sistema. A poeira expelida pelas duas estrelas Wolf-Rayet é "cortada" por uma terceira estrela, uma supergigante massiva, que abre buracos em cada nuvem de poeira em expansão a partir da sua órbita mais larga (as três estrelas são vistas como um único ponto brilhante de luz na imagem do Webb).

Os pesquisadores refinaram a órbita das estrelas Wolf-Rayet combinando medições precisas da localização dos anéis a partir da imagem do Webb com a velocidade de expansão das conchas a partir de observações efetuadas pelo VLT ao longo de oito anos. A próxima órbita mais longa para um binário Wolf-Rayet poeirento é de cerca de 30 anos. A maioria tem órbitas entre dois e 10 anos.

Quando as duas estrelas Wolf-Rayet se aproximam e passam uma pela outra, os seus fortes ventos estelares colidem e misturam-se, formando e lançando grandes quantidades de poeira rica em carbono durante um quarto de século de cada vez. Em sistemas semelhantes, a poeira é projetada ao longo de meros meses, como as conchas de Wolf-Rayet 140.

As estrelas Wolf-Rayet produtoras de poeira em Apep não estão exatamente num cruzeiro tranquilo. Atravessam o espaço e lançam poeira a uma velocidade de 2.000 a 3.000 quilómetros por segundo. Essa poeira é também muito densa. A composição específica da poeira é outra razão pela qual o Webb foi capaz de observar muito mais: é constituída majoritariamente por carbono amorfo. Os grãos de poeira de carbono mantêm uma temperatura mais elevada mesmo quando se afastam da estrela. Embora os pequenos grãos de poeira sejam considerados quentes no espaço, a luz que emitem é também extremamente fraca, razão pela qual só pode ser detectada a partir do espaço pelo instrumento MIRI (Mid-Infrared Instrument) do Webb.

Para encontrar os buracos que a terceira estrela obliterou na poeira, procure o ponto central de luz e trace uma forma de V como ponteiros do relógio entre as 10 horas e as 2 horas. A cavidade está mais ou menos no mesmo local em cada concha e parece um funil. O Webb provou que a terceira estrela está gravitacionalmente ligada a este sistema.

Os pesquisadores já sabiam da existência da terceira estrela desde que o VLT observou a concha mais brilhante e as estrelas em 2018, mas as observações do Webb levaram a um modelo geométrico atualizado, confirmando a ligação. 

O mistério restante é a distância exata das estrelas à Terra, o que exigirá observações futuras. As duas estrelas Wolf-Rayet eram inicialmente mais massivas do que a sua companheira supergigante, mas já perderam a maior parte da sua massa. É provável que ambas as estrelas Wolf-Rayet tenham entre 10 e 20 vezes a massa do Sol, e que a supergigante seja 40 ou 50 vezes mais massiva do que o Sol.

Eventualmente, as estrelas Wolf-Rayet explodirão como supernovas, enviando rapidamente o seu conteúdo para o espaço. Qualquer uma delas pode também emitir uma explosão de raios gama, um dos eventos mais poderosos do Universo, antes de possivelmente se transformarem em buracos negros.

As estrelas Wolf-Rayet são incrivelmente raras no Universo. Estima-se que existam apenas mil na Via Láctea, que contém centenas de bilhões de estrelas. Das poucas centenas de binários Wolf-Rayet que foram observados até à data, Apep é o único exemplo, na nossa Galáxia, que contém duas estrelas Wolf-Rayet deste tipo, a maioria só tem uma.

Dois artigos foram publicados no periódico The Astrophysical Journal.

Fonte: California Institute of Technology