Onda de choque misteriosa em torno de estrela morta

Astrônomos foram surpreendidos por onda de choque misteriosa em torno de estrela morta.

© ESO / VLT (estrela morta criando uma onda de choque)

O gás e a poeira ejetados pelas estrelas podem, nas condições certas, colidir com o meio circundante e criar uma onda de choque. Com o auxílio do Very Large Telescope (VLT) do Observatório Europeu do Sul (ESO), os astrônomos captaram imagens de uma onda de choque em torno de uma estrela morta, uma descoberta que os deixou intrigados. Segundo todos os mecanismos conhecidos, a pequena estrela morta RXJ0528+2838 não deveria ter este tipo de estrutura em seu redor. A descoberta, tão enigmática quanto impressionante, desafia a nossa compreensão de como as estrelas já mortas interagem com o meio que as rodeia. As observações revelaram um poderoso jato que, de acordo com o nosso conhecimento atual, não deveria existir.

A estrela RXJ0528+2838 situa-se a 730 anos-luz de distância de nós e, tal como o Sol e outras estrelas, orbita em torno do centro da nossa Galáxia. À medida que se move, a estrela vai interagindo com o gás do meio interestelar (o espaço que existe entre as estrelas), criando um tipo de onda de choque que pode ser descrita como um arco curvo de material, semelhante à onda que se forma na frente de um navio em movimento. Estas ondas de choques são geralmente criadas por material ejetado pela estrela central mas, no caso da RXJ0528+2838, nenhum dos mecanismos conhecido consegue explicar totalmente as observações agora obtidas.

A RXJ0528+2838 é uma anã branca, ou seja, o núcleo que resta de uma estrela de pequena massa na fase final da sua vida, e tem em sua órbita uma estrela companheira semelhante ao Sol. Em sistemas binários deste tipo, o material da companheira é transferido para a anã branca, dando frequentemente origem a um disco em seu redor. Este disco vai alimentando a anã branca, mas uma parte da matéria é também ejetada para o espaço, o que produz jatos poderosos. No entanto, a RXJ0528+2838 não mostra sinais de possuir um disco, o que torna a origem do jato e da nebulosa resultante um mistério.

A equipe detectou pela primeira vez uma estranha nebulosidade em torno da RXJ0528+2838 em imagens obtidas pelo telescópio Isaac Newton, na Espanha. Notando a sua forma incomum, os pesquisadores observaram-na com mais detalhe com o auxílio do instrumento MUSE montado no VLT. As observações do MUSE permitiram mapear a onda de choque com todo o detalhe e analisar a sua composição, o que foi crucial para confirmar que esta estrutura tem realmente origem no sistema binário e não numa nebulosa ou nuvem interestelar não relacionadas.

A forma e o tamanho da onda de choque observada sugerem que a anã branca está expelindo um poderoso jato há, pelo menos, um milhar de anos. Os cientistas não sabem exatamente como é que uma estrela morta sem disco é capaz de alimentar um jato tão duradouro, mas têm algumas ideias. Sabe-se que a RXJ0528+2838 possui um forte campo magnético, agora confirmado pelos dados do MUSE. Este campo magnético transfere o material transferido à estrela companheira diretamente para a anã branca, sem que haja a formação de um disco em seu redor.

Os resultados sugerem a existência de uma fonte de energia oculta, provavelmente o forte campo magnético. Os dados mostram que o campo magnético atual é suficientemente forte para alimentar uma onda de choque deste tipo com duração de algumas centenas de anos, ou seja, apenas explica parcialmente o que está sendo observado. Para melhor compreender a natureza destes jatos sem disco, é necessário estudar muito mais sistemas binários. O futuro Extremely Large Telescope (ELT) do ESO ajudará os astrônomos a detectar e a mapear com todo o detalhe muitos destes sistemas, e também outros mais tênues, o que, eventualmente, ajudará na compreesão da misteriosa fonte de energia que permanece inexplicada.

Este trabalho foi publicado na revista Nature Astronomy.

Fonte: ESO

Evolução do remanescente da Supernova de Kepler

Um novo vídeo mostra a evolução do remanescente da Supernova de Kepler.

© Chandra / Pan-STARRS (Supernova de Kepler)

O vídeo mostra as alterações no remanescente da Supernova de Kepler, utilizando dados do Observatório de raios X Chandra da NASA, captados ao longo de mais de duas décadas e meia, com observações efetuadas em 2000, 2004, 2006, 2014 e 2025. Neste vídeo, que é o mais abrangente com dados coletados pelo Chandra, os raios X (azul) do telescópio foram combinados com uma imagem óptica (vermelho, verde e azul) do Pan-STARRS.

A Supernova de Kepler, cujo nome honra o astrônomo alemão Johannes Kepler, foi observada pela primeira vez no céu noturno em 1604. Atualmente, sabemos que uma estrela anã branca explodiu quando excedeu uma massa crítica, depois de ter retirado material de uma estrela companheira ou de se ter fundido com outra anã branca. Este tipo de supernova é conhecido como Tipo Ia, e os cientistas utilizam-no para medir a expansão do Universo. Os remanescentes de supernova, os campos de detritos deixados para trás depois de uma explosão estelar, brilham frequentemente em raios X, porque o material foi aquecido a milhões de graus devido à explosão.

O remanescente está localizado na nossa Galáxia, a cerca de 17.000 anos-luz da Terra, permitindo ao Chandra obter imagens detalhadas dos detritos e da forma como muda com o tempo. Foi mostrado que as partes mais rápidas do remanescente estão viajando a cerca de 22,2 milhões de quilômetros por hora (2% da velocidade da luz), movendo-se em direção à parte inferior da imagem. Entretanto, as partes mais lentas estão viajando em direção ao topo a cerca de 6,4 milhões de quilômetros por hora (0,5% da velocidade da luz). Esta grande diferença de velocidade deve-se ao fato de o gás no qual o remanescente está penetrando, na parte superior da imagem, ser mais denso do que o gás na parte inferior.

A equipe também examinou a largura das orlas que formam a onda de choque da explosão. A onda de choque é a borda principal da explosão e a primeira a encontrar material fora da estrela. Ao medir a sua largura e a velocidade a que se desloca, os astrônomos obtêm mais informações sobre a explosão estelar e sobre os seus arredores.

Fonte: Harvard–Smithsonian Center for Astrophysics

Cloud-9: o primeiro de um novo tipo de objeto

Uma equipe examinou um novo tipo de objeto astronômico, uma nuvem de matéria escura, sem estrelas e rica em gás, que é considerada uma "relíquia" ou um resquício da formação galáctica inicial.

© STScI (localização da nuvem Cloud-9)

Esta imagem mostra a localização da nuvem Cloud-9, que está a 14 milhões de anos-luz da Terra. A cor magenta difusa é constituída por dados de rádio do VLA (Very Large Array), que mostram a presença da nuvem. O círculo tracejado marca o pico da emissão de rádio, que é onde a busca por estrelas está concentrada.

A Cloud-9 é a primeira detecção confirmada de um objeto deste tipo no Universo. O objeto é chamado de "Reionization-Limited H I Cloud", ou "RELHIC". O termo 'H I' refere-se a hidrogênio neutro, e "RELHIC" descreve uma nuvem natal de hidrogênio dos primórdios do Universo, um resquício fóssil que não formou estrelas. Durante anos, os cientistas procuraram evidências de um tal objeto fantasma, que foi proposto em teoria. Mas só quando viraram o telescópio espacial Hubble para a nuvem é que puderam confirmar que ela, de fato, não tem estrelas.

Antes da utilização do telescópio espacial Hubble, poderia argumentar que se tratava de uma tênue galáxia anã que não poderia ser vista com telescópios terrestres. Simplesmente não tinham sensibilidade suficiente para descobrir estrelas. Mas com a ACS (Advanced Camera for Surveys) do Hubble, foi possível confirmar que não existem estrelas em seu interior.

Pensa-se que as RELHICs são nuvens de matéria escura que não conseguiram acumular gás suficiente para formar estrelas. Representam uma janela para as fases iniciais da formação das galáxias. Cloud-9 sugere a existência de muitas outras pequenas estruturas dominadas por matéria escura no Universo, outras galáxias falhadas. 

Esta descoberta fornece novos conhecimentos sobre os componentes escuros do Universo que são difíceis de estudar através de observações tradicionais, que se concentram em objetos brilhantes como estrelas e galáxias. Há muitos anos que os cientistas estudam as nuvens de hidrogênio perto da Via Láctea, e estas nuvens tendem a ser muito maiores e irregulares do que Cloud-9. Em comparação com outras nuvens observadas, Cloud-9 é menor, mais compacta e muito esférica, o que a torna muito diferente das outras nuvens. O núcleo deste objeto é composto por hidrogênio neutro e tem cerca de 4.900 anos-luz de diâmetro. 

O hidrogênio gasoso de Cloud-9 tem aproximadamente 1 milhão de vezes a massa do Sol. Mas se a pressão do gás está equilibrando a gravidade da nuvem de matéria escura, o que parece ser o caso, Cloud-9 deve ser fortemente dominada por matéria escura, com cerca de 5 bilhões de massas solares. Cloud-9 é um exemplo das estruturas e dos mistérios que não envolvem estrelas. Olhar apenas para as estrelas não dá uma imagem completa. O estudo do gás e da matéria escura ajuda a compreender melhor o que se passa nestes sistemas que, de outra forma, não seriam conhecidos.

Observacionalmente, a identificação destas galáxias falhadas é um desafio porque os objetos próximos as ofuscam. Estes sistemas são também vulneráveis a efeitos ambientais, como a remoção de gás por pressão dinâmica, que pode remover gás à medida que a nuvem se desloca pelo espaço intergaláctico.

Cloud-9 foi descoberta há três anos, no âmbito de um levantamento de rádio efetuado pelo FAST (Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope), em Guizhou, na China, descoberta posteriormente confirmada pelo GBT (Green Bank Telescope) e pelo VLA (Very Large Array), nos Estados Unidos. Ao contrário da cultura do hemisfério ocidental, a alcunha "Cloud-9" não tem qualquer significado para os chineses. Foi simplesmente batizada sequencialmente, tendo sido a nona nuvem de gás identificada na periferia de uma galáxia espiral próxima, Messier 94 (M94). A nuvem está próxima de M94 e parece ter uma associação física com a galáxia. Dados de rádio de alta resolução mostram ligeiras distorções no gás, possivelmente indicando interação entre a nuvem e a galáxia.

Cloud-9 pode vir a formar uma galáxia no futuro, dependendo dela se tornar mais massiva. Se fosse muito maior, teria entrado em colapso, formado estrelas e transformado numa galáxia que não seria diferente de qualquer outra galáxia que vemos. Se fosse muito menor, o gás poderia ter-se dispersado e ionizado e não restaria muito. Mas está num ponto ideal onde também pode permanecer como uma RELHIC.

Esta descoberta contribui para a compreensão da formação de galáxias, do Universo primitivo e da natureza da própria matéria escura. A ausência de estrelas neste objeto fornece uma janela única para as propriedades intrínsecas das nuvens de matéria escura. Espera-se que a raridade de tais objetos e o potencial para futuros levantamentos aumentem a descoberta de mais destas galáxias falhadas, resultando em conhecimentos sobre o Universo primitivo e a física da matéria escura.

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: National Radio Astronomy Observatory

Detectado o rastro da estrela companheira de Betelgeuse

Astrônomos rastrearam a influência de uma estrela companheira recentemente descoberta, Siwarha, no gás em torno de Betelgeuse.

© STScI (Betelgeuse e estrela companheira em órbita)

As observações efetuadas por cientistas do Centro de Astrofísica da Harvard & Smithsonian, revelam um rastro de gás denso que gira através da vasta e extensa atmosfera de Betelgeuse, esclarecendo por que razão o brilho e a atmosfera da estrela gigante mudaram de forma estranha e incomum. Os resultados do novo estudo foram apresentados numa conferência de imprensa na 247.ª reunião da Sociedade Astronômica Americana em Phoenix.

A equipe detectou o rastro de Siwarha seguindo cuidadosamente as alterações na luz da estrela ao longo de quase oito anos. Estas alterações mostram os efeitos da companheira, anteriormente não confirmada, à medida que atravessa a atmosfera exterior de Betelgeuse. Esta descoberta resolve um dos maiores mistérios sobre a estrela gigante, ajudando os cientistas a explicar como se comporta e evolui, enquanto abre novas portas para a compreensão de outras estrelas massivas que estão chegando ao fim das suas vidas.

Localizada a cerca de 650 anos-luz de distância da Terra, na direção da constelação de Oríon, Betelgeuse é uma estrela supergigante vermelha tão grande que mais de 400 milhões de sóis poderiam caber no seu interior (em termos de volume, não de massa). Devido ao seu enorme tamanho e proximidade, Betelgeuse é uma das poucas estrelas cuja superfície e atmosfera circundante podem ser diretamente observadas, o que a torna um importante e acessível laboratório para estudar a forma como as estrelas gigantes envelhecem, perdem massa e eventualmente explodem como supernovas.

Utilizando o Hubble da NASA e os telescópios terrestres do Observatório Fred Lawrence Whipple e do Observatório Roque de Los Muchachos, a equipe conseguiu observar um padrão de alterações em Betelgeuse, que forneceu evidências claras de uma estrela companheira há muito prevista e do seu impacto na atmosfera exterior da supergigante vermelha. Essas alterações incluem mudanças no espectro da estrela, ou nas cores específicas da luz emitida por diferentes elementos, e na velocidade e direção dos gases na atmosfera exterior devido a um rastro de material mais denso, ou trilha. Este rastro aparece logo após a companheira passar em frente de Betelgeuse de seis em seis anos, ou cerca de 2.100 dias, confirmando os modelos teóricos.

Durante décadas, os astrônomos seguiram as mudanças no brilho e nas características da superfície de Betelgeuse, na esperança de descobrir porque é que a estrela se comporta desta maneira. A curiosidade intensificou-se depois de a estrela gigante parecer ejetar gás e tornar-se inesperadamente tênue em 2020. Dois períodos distintos de variação na estrela foram especialmente intrigantes para os cientistas: um ciclo curto de 400 dias, recentemente atribuído a pulsações dentro da própria estrela, e o longo período secundário de 2.100 dias.

Até agora, os cientistas consideraram tudo, desde grandes células de convecção e nuvens de poeira até à atividade magnética e à possibilidade de uma estrela companheira oculta. Estudos recentes concluíram que o longo período secundário era mais bem explicado pela presença de uma companheira de baixa massa orbitando nas profundezas da atmosfera de Betelgeuse, e outra equipe de cientistas relatou uma possível detecção, mas até agora, os astrônomos não tinham evidências para provar o que pensavam estar acontecendo.

Agora, pela primeira vez, têm evidências concretas de que uma companheira está perturbando a atmosfera desta estrela supergigante. Com Betelgeuse agora eclipsando a sua companheira, do ponto de vista da Terra, os astrônomos estão planejando novas observações para o seu próximo reaparecimento em 2027. Esta descoberta pode também ajudar a explicar mistérios semelhantes em outras estrelas gigantes e supergigantes.

Um artigo foi aceito para publicação no periódico The Astrophysical Journal.

Fonte: Harvard–Smithsonian Center for Astrophysics

Uma estrela tão incrível que explode duas vezes

Uma equipe de astrônomos, utilizando diversos telescópios, incluindo o Observatório W. M. Keck em Maunakea, na Ilha Havaí, descobriu uma possível "superkilonova" que explodiu não uma, mas duas vezes.

© Caltech (ilustração de uma superkilonova)

A ilustração retrata um evento hipotético conhecido como superquilonova. Inicialmente, uma estrela massiva explode em uma supernova, gerando elementos como carbono e ferro (esquerda). Em seguida, duas estrelas de nêutrons nascem, sendo que pelo menos uma delas acredita-se ser menos massiva que o nosso Sol (centro). As estrelas de nêutrons espiralam em direção uma à outra, enviando ondas gravitacionais que se propagam pelo cosmos, antes de se fundirem em uma dramática kilonova (direita). As kilonovas semeiam o Universo com os elementos mais pesados que brilham em luz vermelha.

Essa descoberta sugere que o evento incomum pode ser a primeira superkilonova desse tipo, ou seja, uma kilonova desencadeada por uma supernova. Tal evento nunca havia sido observado. Quando as estrelas mais massivas chegam ao fim de suas vidas, elas explodem em espetaculares explosões de supernova, que semeiam o Universo com elementos mais pesados, como carbono e ferro. Outro tipo de explosão, a kilonova ocorre quando um par de estrelas densas e mortas, chamadas estrelas de nêutrons, colidem, forjando elementos ainda mais pesados, como ouro, platina e urânio. Os elementos pesados criados por ambas as explosões estão entre os blocos de construção básicos das estrelas e dos planetas.

Até o momento, apenas uma kilonova foi confirmada de forma inequívoca: um evento histórico conhecido como GW170817, ocorrido em 2017. Nesse caso, duas estrelas de nêutrons colidiram, enviando ondulações no espaço-tempo, conhecidas como ondas gravitacionais, bem como ondas de luz, através do cosmos. A explosão cósmica foi detectada em ondas gravitacionais pelo Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) e seu parceiro europeu, o detector de ondas gravitacionais Virgo, na Itália, e em ondas de luz por dezenas de telescópios terrestres e espaciais ao redor do mundo.

O curioso caso da candidata a kilonova, AT2025ulz, é complexo e acredita-se que tenha se originado de uma explosão de supernova ocorrida horas antes, obscurecendo a visão dos astrônomos naquela ocasião e tornando o caso ainda mais complicado. Em agosto de 2025, um novo sinal de onda gravitacional foi captado pelo LIGO e pelo Virgo. Em poucos minutos, um alerta foi emitido para a comunidade astronômica contendo um mapa aproximado da fonte, sinalizando aos pesquisadores que ondas gravitacionais haviam sido registradas a partir do que parecia ser uma fusão entre dois objetos, sendo pelo menos um deles excepcionalmente pequeno.

As observações confirmaram que a erupção de luz havia se dissipado rapidamente e brilhado em comprimentos de onda vermelhos, assim como a GW170817 oito anos antes. No caso da kilonova GW170817, as cores vermelhas provinham de elementos pesados como o ouro; esses átomos possuem mais níveis de energia eletrônica do que elementos mais leves, bloqueando a luz azul, mas permitindo a passagem da luz vermelha. Então, dias após a explosão, a AT2025ulz começou a brilhar novamente, adquirir uma tonalidade azul e apresentar hidrogênio em seu espectro, todos sinais de uma supernova, e não de uma kilonova (especificamente uma supernova de colapso de núcleo e envelope despojado).

Geralmente, não se espera que supernovas de galáxias distantes gerem ondas gravitacionais suficientes para serem detectadas pelo LIGO e Virgo, enquanto as kilonovas são. Isso levou alguns astrônomos a concluir que a AT2025ulz foi desencadeada por uma supernova típica e comum, e não relacionada ao sinal de ondas gravitacionais. 

Embora AT2025ulz não se assemelhasse à kilonova clássica GW170817, também não parecia uma supernova comum. Além disso, os dados de ondas gravitacionais do LIGO e Virgo revelaram que pelo menos uma das estrelas de nêutrons na fusão era menos massiva que o nosso Sol, um indício de que uma ou duas pequenas estrelas de nêutrons poderiam ter se fundido para produzir uma kilonova.

Estrelas de nêutrons são os restos de estrelas massivas que explodem como supernovas. Acredita-se que elas tenham aproximadamente o tamanho de cerca de 22 a 30 quilômetros de diâmetro, com massas que variam de 1,2 a cerca de 3 vezes a massa do nosso Sol. Alguns teóricos propuseram maneiras pelas quais as estrelas de nêutrons poderiam ser ainda menores, com massas inferiores à do Sol, mas nenhuma foi observada até o momento.

Os teóricos invocam dois cenários para explicar como uma estrela de nêutrons poderia ser tão pequena. Num cenário, uma estrela massiva em rápida rotação explode em supernova e se divide em duas minúsculas estrelas de nêutrons subsolares num processo chamado fissão. No segundo cenário, chamado fragmentação, a estrela em rápida rotação explode novamente em supernova, mas desta vez um disco de material se forma ao redor da estrela em colapso. O material irregular do disco se coalesce em uma minúscula estrela de nêutrons, de maneira semelhante à formação de planetas. 

A única maneira que os teóricos encontraram para o nascimento de estrelas de nêutrons subsolares é durante o colapso de uma estrela com rotação muito rápida. Se essas estrelas se emparelharem e se fundirem emitindo ondas gravitacionais, é possível que tal evento seja acompanhado por uma supernova, em vez de ser visto como uma kilonova pura. Mas, embora essa teoria seja instigante e interessante de se considerar, a equipe de pesquisa ressalta que não há evidências suficientes para fazer afirmações definitivas. A única maneira de testar a teoria das superkilonovas é encontrar mais eventos desse tipo.

O estudo, liderado pelo Instituto de Tecnologia da Califórnia, foi publicado no periódico The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: W. M. Keck Observatory