Hubble espia galáxias fracas no Universo primordial

Astrônomos utilizaram o telescópio espacial Hubble captaram as galáxias mais fracas no Universo distante.

© STScI/Hubble (aglomerado de galáxia MACS 0416)

Na imagem, a cor ciano marca a distribuição de massa no aglomerado, principalmente na forma de matéria escura; a cor magenta destaca o grau em que as galáxias de fundo são ampliadas, o que está relacionado com a distribuição de massa.

O resultado fornece novas informações sobre uma época mal compreendida na história primitiva de nosso cosmos.

De acordo com Rachael Livermore (Universidade do Texas, Austin), estas galáxias emitem menos de um centésimo da luminosidade da Via Láctea. A galáxia mais sombria é 2.000 vezes mais fraca do que nossa galáxia. "Elas são as precursoras de sistemas anões como a vizinha galáxia Fornax," diz Livermore.

Livermore e seus colegas encontraram 167 galáxias fracas entre redshifts de 5,3 e 8,8, ou seja, sua luz viajou entre 12,6 e 13,1 bilhões de anos para a Terra. Normalmente, mesmo o Hubble nunca seria capaz de detectá-las; o Hubble pode detectar objetos até a 31ª magnitude, mas a combinação da fraqueza intrínseca destes objetos além de sua incrível distância os coloca fora do alcance do Hubble. Eles foram detectados apenas porque a lente gravitacional aumentou seu brilho.

Ao longo dos últimos anos, o Hubble analisou longamente seis enormes aglomerados de galáxias no chamado programa Frontier Fields. Os astrônomos estão à procura de galáxias fracas nos fundos destes aglomerados, utilizando a gravidade do aglomerado no primeiro plano que magnifica as imagens de galáxias remotas. Quanto mais forte a ampliação, mais fraca as galáxias que o Hubble pode detectar.

Há um problema, porém: A ampliação produzida pela lente gravitacional é mais forte nas regiões centrais do aglomerado no primeiro plano. Mas isso também é por causa das galáxias do aglomerado que são mais brilhantes e unidas. Todas as galáxias ampliadas do fundo são inundadas por esta luz do primeiro plano.

Juntamente com seu colega Steven Finkelstein (também na Universidade do Texas, Austin) e Jennifer Lotz (Space Telescope Science Institute), Livermore conseguiu filtrar a luz de galáxias em primeiro plano em dois aglomerados do Frontier Fields: Abell 2744, Na constelação Sculptor, também conhecido como Aglomerado Pandora, e MACS 0416.1-2403 em Eridanus.

"Usamos uma técnica conhecida como decomposição de ondas," explica Livermore. "Você basicamente analisa uma imagem em muitas escalas físicas possíveis para isolar as maiores estruturas. É um pouco comparável à forma como a compressão de imagens funciona, ou à técnica por trás de fones de ouvido com cancelamento de ruído. "A decomposição de ondas tem sido usada em astronomia antes, mas não para este propósito específico," acrescenta ela.

Algumas das galáxias fracas de fundo que esta análise revelou são ampliadas por um fator de 50 ou 60. "Elas são até cem vezes menos luminosas do que as mais fracas galáxias observadas noHubble Ultra Deep Field," diz Livermore.

O Hubble está finalmente vendo as galáxias mais comuns deste período de tempo. Graças à combinação de lente gravitacional, a sensibilidade sem precedentes do Hubble e a técnica de decomposição de ondas, os astrônomos agora têm uma melhor imagem da quantidade de luz que estas galáxias emitem como população.

Em particular, há agora forte evidência de que estas pequenas e fracas galáxias agiram como uma importante fonte de luz no Universo jovem, mesmo que as galáxias menos massivas emitiam menos luz, elas compensaram pelos seus números.

É uma boa notícia para os cosmólogos que tentam entender a assim chamada Época da Reionização: Algumas centenas de milhões de anos após o Big Bang, átomos de hidrogênio neutro no espaço intergaláctico se ionizaram, perdendo seu único elétron devido à radiação ultravioleta energética. É chamado de reionização porque o hidrogênio também estava em estado ionizado logo após o Big Bang, antes que o Universo esfriasse e escurecesse.

No passado, os cientistas não foram capazes de concordar sobre a principal fonte de radiação energética. A luz poderia ter vindo da primeira geração de estrelas em uma enorme população de pequenas galáxias apenas formadas, ou quasares raros, mas muito luminosos, alimentados por buracos negros supermassivos, poderiam ter fornecido a radiação. O primeiro cenário agora parece ser o mais promissor; pois, há um grande número de galáxias fracas necessárias para reionizar o Universo.

Um artigo sobre a observação foi publicado no periódico Astrophysical Journal.

Fonte: Sky & Telescope

Jatos de rádio de um buraco negro estimulam a formação estelar

Astrônomos utilizaram o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) e descobriram uma ligação surpreendente entre um buraco negro supermassivo e a galáxia onde reside.

© NRAO/ESO/NASA (jatos de rádio do buraco negro no centro de uma galáxia)

Poderosos jatos de rádio do buraco negro, que normalmente suprimem a formação de estrelas, estão estimulando a produção de gás frio no halo estendido de gás quente da galáxia. Esta fonte recentemente identificada de gás frio e denso poderia eventualmente abastecer o futuro nascimento de estrelas, assim como alimentar o buraco negro.

Os pesquisadores estudaram uma galáxia no núcleo do aglomerado Phoenix, uma coleção de galáxias localizada a cerca de 5,7 bilhões de anos-luz da Terra.

A galáxia central neste aglomerado abriga um buraco negro supermassivo que está no processo de devorar o gás formador de estrelas, que alimenta um par de poderosos jatos que irrompem do buraco negro em direções opostas para o espaço intergaláctico. Este tipo de sistema alimentado por um buraco negro é denominado Núcleo Galáctico Ativo (AGN).

Pesquisas anteriores com o observatório de raios X da Chandra da NASA revelaram que os jatos desta AGN estão esculpindo um par de gigantes "bolhas de rádio", enormes cavidades no plasma quente e difuso que rodeia a galáxia.

Estas bolhas de expansão devem criar condições que são demasiado inóspito para o gás quente circundante para esfriar e condensar, que são passos essenciais para a formação de futuras estrelas.

As últimas observações do ALMA, no entanto, revelaram filamentos longos de condensação de gás molecular frio ao redor das bordas externas das bolhas de rádio. Estes filamentos estendem-se até 82.000 anos-luz de ambos os lados do AGN. Eles coletivamente contêm material suficiente para produzir cerca de 10 bilhões de sóis.

"Com o ALMA podemos ver que existe uma ligação direta entre estas bolhas de rádio infladas pelo buraco negro supermassivo e o futuro combustível para o crescimento das galáxias," disse Helen Russell, astrônomo da Universidade de Cambridge, no Reino Unido. "Isso nos fornece novas perspectivas sobre como um buraco negro pode regular o futuro nascimento de estrelas e como uma galáxia pode adquirir material adicional para alimentar um buraco negro ativo."

As novas observações do ALMA revelam conexões previamente desconhecidas entre um AGN e a abundância de gás molecular frio que alimenta o nascimento de estrelas.

"Para produzir jatos poderosos, os buracos negros devem se alimentar do mesmo material que a galáxia usa para criar novas estrelas," disse Michael McDonald, astrofísico do Massachusetts Institute of Technology (MIT) em Cambridge. "Este material alimenta os jatos que extingue a formação de estrelas, o que ilustra como os buracos negros podem retardar o crescimento de suas galáxias hospedeiras".

Sem uma fonte significativa de calor, as galáxias mais massivas do Universo estariam formando estrelas a taxas extremas que ultrapassam em muito as observações. Os astrônomos acreditam que o calor, na forma de radiação e jatos, de um buraco negro supermassivo se alimentando ativamente evita o resfriamento da atmosfera de gás quente do aglomerado, suprimindo a formação de estrelas.

Esta história, no entanto, agora parece mais complexa. No aglomerado Phoenix, Russell e sua equipe encontraram um processo adicional que une a galáxia e seu buraco negro. Os jatos de rádio que aquecem o núcleo da atmosfera quente do aglomerado também parecem estimular a produção do gás frio necessário para sustentar o AGN.

"Isso é o que torna este resultado tão surpreendente," disse Brian McNamara, um astrônomo da Universidade de Waterloo, Ontário. "Este buraco negro supermassivo está regulando o crescimento da galáxia, soprando bolhas e aquecendo os gases ao redor dele." Notavelmente, ele também está arrefecendo bastante o gás para se alimentar."

Este resultado ajuda os astrônomos a entender o funcionamento do "termostato" cósmico que controla o lançamento de jatos de rádio a partir do buraco negro supermassivo.

"Isto poderia também explicar como os buracos negros supermassivos suprimem e regulam o crescimento de suas galáxias anfitriãs nos seis bilhões de anos passados ​​da história cósmica," observou Russell.

Esta pesquisa é apresentada em um artigo intitulado "ALMA observations of massive molecular gas filaments encasing radio bubbles in the Phoenix Cluster," por H.R. Russell et al., publicado no Astrophysical Journal.

Fonte: National Radio Astronomy Observatory

A estrutura de um sistema protoestelar de baixa massa

Uma equipe de astrônomos usou o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) para observar o sistema, quase de lado, da protoestrela de baixa massa L1527.

© ESO/N. Sakai (ilustração de L1527)

Esta protoestrela encontra-se numa região de formação estelar da nuvem molecular de Touro, a cerca de 450 anos-luz de distância, e tem um disco protoplanetário giratório que, da perspetiva da Terra, é visto quase de lado, embebido num grande invólucro de moléculas e poeira. O ALMA permitiu com que os pesquisadores resolvessem, pela primeira vez, a estrutura deste jovem sistema estelar.

Um dos grandes enigmas da astrofísica é o de como estrelas parecidas com o Sol conseguem formar-se a partir do colapso de nuvens moleculares em regiões de formação estelar no Universo. O enigma é conhecido, tecnicamente, como "problema do momento angular na formação estelar". Essencialmente, o problema é que o gás na nuvem formadora de estrelas tem alguma rotação, o que dá a cada elemento do gás um determinado momento angular. À medida que colapsam para dentro, eventualmente chegam a um estado em que a força gravitacional da protoestrela é equilibrada pela força centrífuga, de modo que a partir de um certo raio deixam de se dirigir para o interior, a não ser que possam liberar parte deste momento angular. Este ponto é conhecido como barreira centrífuga.

Agora, usando medições obtidas pelas antenas de rádio do ALMA, um grupo liderado por Nami Sakai do Laboratório RIKEN de Formação Estelar e Planetária encontrou pistas de como o gás na nuvem pode encontrar o caminho até à superfície da estrela em formação. Para entender melhor o processo, Sakai e o seu grupo voltaram-se para o observatório ALMA, uma rede de 55 antenas de rádio localizadas no alto do deserto de Atacama, no norte do Chile. As antenas estão ligadas numa configuração cuidadosamente coreografada para que possam fornecer imagens de emissões de rádio de regiões protoestelares no céu.

Anteriormente, Sakai tinha descoberto, a partir de observações de moléculas em torno da mesma protoestrela, que, ao contrário da hipótese mais aceita, a transição do invólucro até ao disco interior, que mais tarde forma planetas, não era simples, mas muito complexa. "Ao analisarmos os dados observacionais percebemos que a região perto da barreira centrífuga, onde as partículas já não podem cair para o interior, é bastante complexa e que a análise dos movimentos nesta zona de transição pode ser crucial para a compreensão de como o invólucro colapsa," comenta Sakai.

As novas observações mostram uma dilatação do invólucro na zona de transição entre o disco interno e o invólucro exterior. Sakai compara-o com um "engarrafamento na região mesmo além da barreira centrífuga, onde o gás aquece como resultado de uma onda de choque; que ficou claro, graças às observações, que uma parte significativa do momento angular é perdido pelo gás que é moldado na direção vertical a partir do disco protoplanetário achatado que se formou ao redor da protoestrela."

Este comportamento está de acordo com simulações computacionais que o grupo havia feito usando um modelo puramente balístico, onde as partículas se comportam como simples projéteis que não precisam de ser influenciadas por forças magnéticas ou outras.

Sakai planeja continuar usando observações do poderoso ALMA "para refinar ainda mais a compreensão da dinâmica da formação estelar e para explicar completamente como é que a matéria colapsa sobre a estrela em formação. Este trabalho também pode ajudar a entender melhor a evolução do nosso próprio Sistema Solar."

Fonte: RIKEN Star and Planet Formation Laboratory

Exoplaneta massivo faz sua estrela palpitar

Uma estrela distante pulsa cada vez que seu planeta se aproxima.

© NASA/MIT (órbita excêntrica de exoplaneta ao redor de sua estrela)

A estrela HAT-P-2, localizada a cerca de 400 anos-luz de distância da Terra, é orbitada por um enorme planeta gasoso.

O planeta, chamado HAT-P-2b, tem oito vezes a massa de Júpiter e possui uma órbita altamente excêntrica, o que significa que passa perto da estrela e, em seguida, foge muito para longe antes de retornar.

Usando 350 horas de observações feitas pelo telescópio espacial Spitzer da NASA, uma equipe de cientistas estava estudando as mudanças de temperatura no planeta, quando os pesquisadores notaram inesperadas e minúsculas vibrações no brilho da estrela.

Eles descobriram que cada vez que o planeta se aproximava da estrela, a luz da estrela pulsava. De fato, as oscilações correspondem às harmônicas da frequência orbital do HAT-P-2b. Depois de garantir que as vibrações não foram causadas pelo telescópio, Julien de Wit do Massachusetts Institute of Technology (MIT) nos EUA e colegas sugerem que o exoplaneta pode realmente ser grande o suficiente para distorcer periodicamente a estrela durante sua órbita excêntrica.

Isto vai contra predições e modelos teóricos precedentes a respeito da relação do planeta com a estrela que orbita. No entanto, como o planeta pode estar afetando a estrela permanece desconhecido.

O estudo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: Massachusetts Institute of Technology

Descobertos novos vizinhos do Sistema Solar

Uma equipe internacional de astrônomos encontrou 60 novos planetas que orbitam estrelas próximas ao Sistema Solar da Terra.

© University of Hertfordshire/Ricardo Ramirez (ilustração de uma super-Terra)

Baseados em observações feitas durante 20 anos com o telescópio Keck-I, no Havaí, os resultados chamam atenção para Gliese 411b, uma super-Terra quente e com uma superfície rochosa que orbita a quarta estrela mais próxima do nosso Sol. Além dos nossos novos vizinhos, os cientistas também encontraram evidências de outros 54 planetas adicionais, que ficam em regiões mais distantes, totalizando 114 astros descobertos.

De acordo com os cientistas, a descoberta demonstra que quase todas as estrelas mais próximas do Sol têm planetas que as orbitam, e alguns podem ser parecidos com a Terra. “Esses novos planetas também nos ajudam a entender o processo de formação de sistemas planetários e trazem objetivos interessantes para futuros esforços de captar imagens desses planetas diretamente”, afirma Mikko Tuomi, da Universidade de Hertfordshire, no Reino Unido, o único astrônomo que participou do estudo em uma base europeia.

A pesquisa é parte do Lick-Carnegie Exoplanet Survey, um programa de buscas por novos planetas que teve início em 1996. Para fazer as descobertas, a equipe de astrônomos se baseou em 61.000 pesquisas de observação individual de 1.600 estrelas.

“É fascinante pensar que, quando olhamos para estrelas mais próximas, todas parecem ter planetas em sua órbita. Isso é algo de que os astrônomos não estavam convencidos até cinco anos atrás”, diz Tuomi.

A descoberta foi publicada no periódico The Astrophysical Journal.

Fonte: University of Hertfordshire

A Nebulosa da Tulipa e Cygnus X-1

Enquadrando uma região brilhante de emissão, esta visão telescópica foi realizada ao longo do plano da Via Láctea, na direção da constelação rica em nebulosas Cygnus, o Cisne.

© Éder Iván (Nebulosa da Tulipa e Cygnus X-1)

Popularmente conhecida como Nebulosa da Tulipa, a nuvem de brilho avermelhado de gás e poeira interestelar faz parte também do catálogo de 1959, criado pelo astrônomo Stewart Sharpless, e é codificada como Sh2-101. Localizada a cerca de 8.000 anos-luz de distância da Terra, e com cerca de 70 anos-luz de diâmetro, a complexa e bela nebulosa domina o centro da imagem.

A radiação ultravioleta de estrelas energéticas localizadas na borda da associação OB3 Cygnus, incluindo a estrela do Tipo O, HDE 227018, ioniza os átomos e amplifica a emissão da Nebulosa da Tulipa.

A HDE 227018, é a estrela brilhante localizada no centro da nebulosa. Também enquadrado nesta imagem está o microquasar Cygnus X-1, uma das fontes mais fortes de raios X no céu da Terra. Dirigido pelos jatos poderosos do disco de acreção de um buraco negro, ele é fracamente visível como uma frente de choque curva, localizada acima e a direita, logo depois de uma das pétalas da Tulipa.

Fonte: NASA

A Nebulosa Roseta

Se a Nebulosa Roseta tivesse outro nome pareceria tão delicada?

© Evangelos Souglakos (NGC 2237)

A insípida designação dada pelo New General Catalog de NGC 2237 não parece influenciar e diminuir a beleza da aparência desta florida nebulosa de emissão.

Dentro da nebulosa reside um aglomerado estelar aberto com brilhantes estrelas, designado como NGC 2244. As estrelas por lá se formaram a cerca de 4 milhões de anos dos escombros da nebulosa. Seus poderosos ventos estelares estão agora gerando uma cavidade no centro da nebulosa, isolada por uma camada de poeira cósmica e gás aquecido.

A radiação ultravioleta das energéticas estrelas quentes do aglomerado fazem com que a nebulosa circundante se ilumine. A Nebulosa Roseta tem um diâmetro estimado de 100 anos-luz e reside a acerca de 5.000 anos-luz de distância. A NGC 2237 pode ser observada com pequenos telescópios na direção da constelação do Unicórnio (Monoceros).

Fonte: NASA

O tempo de vida da nebulosa solar

Há cerca de 4,6 bilhões de anos atrás, uma enorme nuvem de hidrogênio gasoso e poeira colapsou sob o seu próprio peso, eventualmente achatando-se num disco chamado nebulosa solar.

© Hernan Canellas (ilustração da nebulosa solar)

A maioria deste material interestelar contraiu-se no centro do disco para formar o Sol e parte do gás e da poeira restante desta nebulosa solar condensou-se para formar os planetas e o resto do nosso Sistema Solar.

Agora, cientistas do Massachusetts Institute of Technology (MIT) e colegas, incluido a brasileira Maria Zucolotto do Museu Nacional do Rio de Janeiro, estimaram a vida útil da nebulosa solar, uma fase crítica durante a qual uma grande parte da evolução do Sistema Solar teve lugar.

Esta nova estimativa sugere que os gigantes gasosos Júpiter e Saturno devem ter-se formado dentro dos primeiros 4 milhões de anos da formação do Sistema Solar. Além disso, é provável que até este momento tenham completado uma migração das suas posições orbitais.

Ao estudar as orientações magnéticas em amostras imaculadas de meteoritos antigos formados há 4,653 bilhões de anos, a equipe determinou que a nebulosa solar durou cerca de 3 a 4 milhões de anos. Este é um valor muito mais preciso do que as estimativas anteriores, que colocaram o tempo de vida da nebulosa solar entre 1 e 10 milhões de anos.

A equipe chegou a esta conclusão depois de analisar cuidadosamente angritos, algumas das rochas planetárias mais antigas e pristinas. Os angritos são rochas ígneas, muitas das quais pensa-se que tenham entrado em erupção à superfície de asteroides no início da história do Sistema Solar e, em seguida, arrefecido rapidamente, congelando as suas propriedades originais, incluindo a sua composição e sinais paleomagnéticos.

Os cientistas consideram os angritos registos excepcionais do início do Sistema Solar, particularmente porque as rochas também contêm grandes quantidades de urânio, que podem usar para determinar precisamente a sua idade. Muitos angritos parecem-se com o que entra em erupção no Havaí, mas arrefeceram num planetesimal muito precoce.

Os cientistas analisaram quatro angritos que caíram na Terra em diferentes lugares e épocas.

Um caiu na Argentina e parecia com uma tigela indígena. Os outros três meteoritos foram descobertos no Brasil, na Antártida e no deserto do Saara. Todos os quatro meteoritos estão notavelmente bem preservados, não tendo sofrido nenhum aquecimento adicional ou grandes mudanças de composição desde a sua formação original.

A equipe obteve amostras de todos os quatro meteoritos. Ao medir a proporção de urânio para chumbo em cada uma, os estudos anteriores haviam determinado que os três mais antigos se formaram há cerca de 4,653 bilhões de anos atrás. Os pesquisadores mediram então a magnetização remanescente das rochas usando um magnetômetro de precisão no Laboratório de Paleomagnetismo do MIT.

"Os elétrons são como pequenas agulhas das bússolas e se alinharmos muitos deles numa rocha, a rocha torna-se magnetizada," explica Benjamin Weiss, professor de ciências terrestres, atmosféricas e planetárias do MIT. "Uma vez alinhados, o que pode acontecer quando uma rocha arrefece na presença de um campo magnético, assim ficam. É isso que usamos como registos de antigos campos magnéticos."

Quando colocaram os angritos no magnetômetro foi observado muito pouca magnetização remanescente, o que indica a presença de um campo magnético muito fraco durante a formação dos angritos.

A equipe deu um passo em frente e tentou reconstruir o campo magnético que teria produzido os alinhamentos das rochas, ou a falta dele. Para tal, aqueceram as amostras e arrefeceram-nas novamente num campo magnético controlado por laboratório. Foi descoberto que só são permitidos campos muito fracos, dado quão pouca magnetização remanescente está nestes três angritos.

Especificamente, a equipe descobriu que a magnetização remanescente dos angritos pode ter sido produzida por um campo magnético extremamente fraco de não mais de 0,6 µT (microteslas), há 4,653 bilhões de anos atrás, ou cerca de 4 milhões de anos após o início do Sistema Solar.

Em 2014, o grupo de Weiss analisou outros meteoritos antigos que se formaram dentro dos primeiros 2 a 3 milhões de anos do Sistema Solar e encontrou evidências de um campo magnético cerca de 10 a 100 vezes mais forte, aproximadamente de 5 a 50 µT.

"Prevê-se que, assim que o campo magnético cai por um fator de 10 a 100 no Sistema Solar interior, o que agora mostramos, a nebulosa solar desaparece rapidamente, dentro de 100.000 anos," realça Weiss. "Assim, mesmo que a nebulosa solar não tivesse desaparecido completamente após 4 milhões de anos, estava basicamente acabada."

A nova estimativa dos cientistas é muito mais precisa do que as estimativas anteriores, que foram baseadas em observações de estrelas distantes.

"Além disso, o paleomagnetismo dos angritos restringe a vida da nossa própria nebulosa solar, enquanto as observações astronômicas, obviamente, medem outros sistemas solares distantes. Dado que o tempo de vida da nebulosa solar afeta criticamente as posições finais de Júpiter e Saturno, também afeta a formação posterior da Terra, bem como a formação dos outros planetas terrestres," acrescenta Huapei Wang, pós-doutorado do MIT e o autor principal deste estudo.

Agora que os cientistas têm uma melhor ideia de quanto tempo a nebulosa solar persistiu, podem também restringir-se à formação dos planetas gigantes como Júpiter e Saturno. Os planetas gigantes são feitos, na maior parte, de gás e gelo, e existem duas hipóteses principais para o modo como todo este material se aglomerou para formar um planeta. Uma sugere que os gigantes gasosos se formaram a partir do colapso gravitacional de gás, tal como o Sol. A outra sugere que se formaram num processo de duas fases chamado acreção do núcleo, no qual pedaços de material foram esmagados e fundidos para formar corpos gelados e rochosos maiores. Assim que esses corpos se tornaram suficientemente massivos, geraram uma força gravitacional que atraiu grandes quantidades de gás para, finalmente, formar um planeta gigante.

De acordo com previsões anteriores, os planetas gigantes formados através do colapso gravitacional de gás devem completar a sua formação geral em 100.000 anos. A acreção do núcleo, em contraste, pensa-se que demore muito mais tempo, entre 1 e vários milhões de anos. Weiss diz que se a nebulosa solar estivesse presente nos primeiros 4 milhões de anos da formação do Sistema Solar, isto daria suporte ao cenário de acreção do núcleo, que é geralmente mais aceito entre os cientistas.

Os resultados foram relatados num artigo publicado na revista Science.

Fonte: Massachusetts Institute of Technology

Um objeto parecido com o cometa Halley próximo de uma anã branca

Cientistas através do telescópio espacial Hubble observaram, pela primeira vez, um objeto gigantesco semelhante a um cometa que foi dilacerado e espalhado na atmosfera de uma anã branca.

© Z. Levy/STScI (ilustração de um cometa caindo numa anã branca)

A equipe internacional de astrônomos observou a anã branca WD 1425+540, localizada a cerca de 170 anos-luz da Terra na constelação Boötes (o Pastor). A anã branca foi encontrada pela primeira vez em 1974 e faz parte de um amplo sistema binário, com uma estrela companheira separada por 2.000 vezes a distância que a Terra é do Sol. Enquanto estudava a atmosfera da anã branca usando o telescópio espacial Hubble e o observatório W. M. Keck, a equipe encontrou evidências de que um objeto, como um cometa massivo, estava caindo sobre a estrela, que foi despedaçado.

A equipe determinou que o objeto tinha uma composição química similar ao famoso cometa de Halley, mas era 100.000 vezes mais massivo e teve duas vezes a proporção da água. A análise espectral mostrou que o objeto destruído era rico em elementos essenciais para a vida, incluindo carbono, oxigênio, enxofre e até mesmo nitrogênio. As medições de carbono, nitrogênio, oxigênio, silício, enxofre, ferro, níquel e hidrogênio foram obtidas pelo Cosmic Origins Spectrograph (COS), instalado no telescópio espacial Hubble, enquanto que os telescópios do observatório W. M. Keck forneceram as medições de cálcio, magnésio e hidrogênio.

Isto faz com que seja a primeira detecção de nitrogênio nos detritos caindo sobre uma anã branca. O autor principal Siyi Xu do Observatório Europeu do Sul (ESO), Alemanha, explica a importância da descoberta: "O nitrogênio é um elemento muito importante para a vida como a conhecemos. Este objeto particular é bastante rico em nitrogênio, mais do que qualquer objeto observado em nosso Sistema Solar."

Existem mais de uma dúzia de anãs brancas conhecidas por serem poluídas com restos de objetos rochosos semelhantes a asteroides, mas esta é a primeira vez que um corpo feito de material gelado semelhante a um cometa tem sido visto poluindo a atmosfera de uma anã branca. Estes achados são evidências de um cinturão de corpos parecidos a um cometa, semelhante ao Cinturão de Kuiper do Sistema Solar, orbitando a anã branca. Estes corpos gelados, aparentemente, sobreviveram à evolução da estrela na sequência principal, semelhante ao nosso Sol, se tornando uma gigante vermelha e após seu colapso final gerando uma pequena e densa anã branca.

A equipe que fez esta descoberta também considerou como este objeto massivo efetuou sua órbita original e distante em um curso de colisão com sua estrela progenitora. A equipe calculou que o objeto originalmente residiu cerca de 300 UA (unidades astronômicas - 300 vezes a distância Terra-Sol) longe da anã branca. Isto é sete vezes mais longe do que os objetos do Cinturão de Kuiper no Sistema Solar.

A mudança na órbita poderia ter sido causada pela distribuição gravitacional de planetas sobreviventes que ainda não haviam sido detectados, que perturbaram o cinturão de cometas. Outra explicação poderia ser que a estrela companheira da anã branca perturbou o cinturão e fez com que objetos viajassem em direção à anã branca. A mudança na órbita poderia também ter sido causada por uma combinação destes dois cenários.

O Cinturão de Kuiper no Sistema Solar, que se estende para fora da órbita de Netuno, é o lar de muitos planetas anões, cometas e outros pequenos corpos deixados pela formação do Sistema Solar. As novas descobertas agora fornecem evidências observacionais para apoiar a ideia de que os corpos gelados também estão presentes em outros sistemas planetários e sobreviveram ao longo da história da evolução da estrela.

Fonte: ESA & Astronomy

Encontrada uma nova classe de buracos negros

Alguns buracos negros são pequenos. Alguns buracos negros são gigantes. Mas estranhamente, na luta cósmica entre estrelas passageiras inocentes e buracos negros vorazes, os cientistas nunca encontraram um buraco negro de tamanho médio. Até agora.

© Hubble (aglomerado globular 47 Tucanae)

O aglomerado de estrelas 47 Tucanae (NGC 104), localizado a cerca de 13.000 a 16.000 anos-luz da Terra, é uma densa bola de estrelas. Centenas de milhares de estrelas compactadas em um espaço de 120 anos-luz emitem raios X e raios gama, mas até a data, nenhum buraco negro havia sido encontrado neste aglomerado globular. O centro parecia consistente para a possibilidade de encontrar um, mas uma falta de eventos de ruptura de maré e um emaranhado de estrelas dificultou a identificação de qualquer buraco negro escondido.

O Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics voltou-se para duas táticas para encontrar o buraco negro em vez disso. Na primeira, foi observado o movimento das estrelas no aglomerado, e compararam a taxa de rotação com o que aconteceria se um buraco negro estivesse presente. Na segunda, foi observado a posição dos pulsares no aglomerado globular.

Os buracos negros são os objetos mais densos do Universo. Mas as estrelas de nêutrons (que incluem os pulsares) são objetos também densos, como ambos podem resultar de eventos semelhantes em que uma estrela gigante se torna uma supernova e seu núcleo denso estelar colapsa (embora alguns outros mecanismos podem criar buracos negros).

Se os pulsares fossem os maiores objetos do aglomerado globular, estariam mais próximos do núcleo e atuariam como principais atrativos gravitacionais. Mas, os pulsares estão espalhados pelo aglomeradoao invés de se reunir no centro do aglomerado.

Tudo isso sugere que um buraco negro de 2.200 massas solares está no centro de 47 Tucanae. Até agora, porém, os astrônomos normalmente só encontraram buracos negros de menos de 100 ou acima de 10.000 massas solares. Acredita-se que estes buracos negros de massa intermediária sejam sementes de buracos negros supermasivos. À medida que os buracos negros se abastecem, ganham massa.

Os buracos negros de massa intermediária podem formar-se a partir de várias estrelas em um aglomerado denso em colapso, com os buracos negros resultantes se fundindo e criando um buraco negro maior. Eles também poderiam ser buracos negros que acumulam massa ao longo do tempo; e, de fato, 47 Tucanae tem 12 bilhões de anos de idade, dando tempo suficiente para absorver matéria. Há também um cenário em que, logo após o Big Bang, certas áreas do Universo em expansão eram tão densas que formaram buracos negros pouco depois do evento.

Encontrar mais buracos negros de médio porte pode ser difícil. Os buracos negros, especialmente os maiores, tipicamente limpam sua área de detritos. Mas se uma estrela infeliz cruzar com um, o evento resultante poderia ser detectado, permitindo a observação de um buraco negro de massa intermediária em ação.

A pesquisa foi publicada na revista Nature.

Fonte: Astronomy

Uma ponte de estrelas conecta as Nuvens de Magalhães

De acordo com uma equipe internacional de astrônomos liderada por investigadores da Universidade de Cambridge, as Nuvens de Magalhães, as duas maiores galáxias-satélite da Via Láctea, parecem estar ligadas por uma ponte que se estende por 43.000 anos-luz.

© V. Belokurov/D. Erkal/A. Mellinger (véus esbranquiçados e a tênue ponte entre as nuvens)

A descoberta baseia-se no censo estelar galáctico realizado pelo observatório espacial Gaia da ESA.

Há 15 anos que os cientistas antecipavam ansiosamente pelos dados do Gaia. A primeira porção da informação do satélite foi divulgada há três meses atrás e está livremente disponível para todos. Este conjunto de dados de qualidade sem precedentes é um catálogo das posições e brilhos de bilhões de estrelas na nossa Via Láctea e seus arredores.

O que o Gaia transmitiu para a Terra é único. A resolução angular do satélite é semelhante à do telescópio espacial Hubble mas, dado o seu maior campo de visão, pode cobrir todo o céu em vez de apenas uma pequena parte. Na verdade, para obter imagens digitais do céu, o Gaia tem ao seu dispor o maior número de pixels de qualquer instrumento espacial. Melhor ainda, o Observatório não tem apenas um telescópio, mas dois, partilhando o plano focal de um metro de abertura.

Ao contrário dos telescópios normais, o Gaia não se limita a apontar e a observar: roda constantemente em torno do seu eixo, varrendo o céu inteiro em menos de um mês. Portanto, não só mede as propriedades instantâneas das estrelas, como também acompanha as suas mudanças ao longo do tempo. Isto proporciona uma oportunidade perfeita para encontrar uma variedade de objetos, como por exemplo estrelas que pulsam ou explodem, mesmo que este não seja o objetivo principal do satélite.

A equipe de Cambridge concentrou-se na área ao redor das Nuvens de Magalhães e usou os dados do Gaia para escolher estrelas pulsantes de um tipo em particular: as chamadas RR Lyrae, estrelas muito velhas e muito pouco desenvolvidas quimicamente. Tendo em conta que estas estrelas remontam aos primeiros dias da existência das Nuvens, fornecem informações sobre a história do par. O estudo da Grande e da Pequena Nuvem de Magalhães (GNM e PNM, respetivamente) sempre foi difícil, uma vez que se estendem por uma grande área. Mas com a visão global do Gaia, tornou-se muito mais fácil.

Em torno da Via Láctea, as Nuvens são os maiores e mais brilhantes exemplos de galáxias anãs suas satélites. Conhecidas desde o início da história da Humanidade (e pelos europeus desde as primeiras viagens ao hemisfério sul), as Nuvens de Magalhães têm sempre permanecido um enigma. Mesmo sendo uma constante dos céus, os astrônomos só recentemente ganharam a oportunidade de as estudar em detalhe.

Se as Nuvens encaixam ou não na teoria convencional da formação galáctica, isso depende criticamente da sua massa e da data da sua primeira aproximação à Via Láctea. Os pesquisadores do Instituto de Astronomia de Cambridge encontraram pistas que podem ajudar a responder a ambas as perguntas.

Em primeiro lugar, as estrelas RR Lyrae detectadas pelo Gaia foram usadas para traçar a dimensão da Grande Nuvem de Magalhães. Descobriu-se que a GNM possui um "halo" difuso e de baixa luminosidade que se estica até 20 graus do seu centro. A GNM só seria capaz de segurar as estrelas a distâncias tão grandes se fosse substancialmente maior do que se pensava anteriormente, totalizando talvez até um-décimo da massa de toda a Via Láctea.

A cronometragem exata da chegada das Nuvens à Galáxia é impossível de determinar sem o conhecimento das suas órbitas. Infelizmente, as órbitas das galáxias-satélite são difíceis de medir: a estas grandes distâncias, o movimento dos objetos no céu é tão pequeno que é simplesmente não observável ao longo de uma vida humana. Na ausência de uma órbita, o Dr. Vasily Belokurov e colegas encontraram a melhor ideia seguinte: um fluxo estelar.

Os fluxos estelares formam-se quando um satélite - uma galáxia anã ou um aglomerado de estrelas - começa a sentir a força de marés do corpo em torno do qual orbita. A maré estica a satélite em duas direções: na direção da hospedeira e na direção oposta. Como resultado, formam-se duas aberturas na periferia do satélite: pequenas regiões onde a atração gravitacional do satélite é balançada pela atração da hospedeira. As estrelas satélites que entram nessas regiões descobrem que é fácil deixar o satélite completamente e começar a orbitar a hospedeira. Lentamente, as estrelas começam a abandonar o satélite, deixando um rasto luminoso no céu e assim revelando a órbita do satélite.

"Os fluxos estelares ao redor das Nuvens foram previstos, mas nunca observados," explica o Dr. Belokurov. "Tendo marcado as posições das estrelas RR Lyrae do Gaia no céu, ficamos surpreendidos ao ver uma estreita estrutura tipo-ponte a ligar as duas nuvens. Nós pensamos que, pelo menos em parte, esta 'ponte' é composta por estrelas despojadas da Pequena Nuvem pela Grande Nuvem. O resto podem ser, na verdade, estrelas da GNM puxadas pela Via Láctea."

Os cientistas pensam que a ponte de estrelas RR Lyrae ajudará a esclarecer a história da interação entre as Nuvens e a nossa Galáxia.

Nós comparamos a forma e a posição exata da ponta estelar Gaia com simulações de computador das Nuvens de Magalhães à medida que se aproximam da Via Láctea," explica o Dr. Denis Erkal, da Universidade de Cambridge. "Muitas das estrelas na ponte parecem ter sido removidas da PNM durante a interação mais recente, há cerca de 200 milhões de anos atrás, quando as galáxias anãs passaram relativamente perto uma da outra. "Nós achamos que, como resultado dessa passagem rasante, não só as estrelas, mas também o hidrogênio gasoso, foram removidos da PNM. Através da medição do deslocamento entre a ponte de estrelas RR Lyrae e a ponte de hidrogênio, podemos colocar limites na densidade da coroa Galáctica gasosa."

Composta por gás ionizado a uma densidade muito baixa, a quente coroa Galáctica é notoriamente difícil de estudar. No entanto, tem sido objeto de intenso escrutínio, porque os cientistas acreditam que pode conter a maior parte do ausente material bariônico (matéria comum). Os astrônomos estão tentando estimar a localização desta matéria em falta (os átomos e íons que compõem estrelas, planetas, poeira e gás). Pensa-se que a maior parte, ou mesmo a totalidade, destes bárions em falta estão na coroa. Esperam, através da medição da densidade coronal a grandes distâncias, resolver este enigma.

Durante o encontro anterior entre a Pequena e a Grande Nuvem de Magalhães, tanto as estrelas como o gás foram arrancados da PNM, formando uma corrente de marés. Inicialmente, o gás e as estrelas moviam-se à mesma velocidade. No entanto, à medida que as Nuvens se aproximavam da Via Láctea, a coroa Galáctica exerceu uma força de arrasto sobre ambas. As estrelas, sendo relativamente pequenas e densas, perfuraram através da coroa sem nenhuma mudança na sua velocidade. No entanto, o hidrogênio gasoso mais tênue e neutro diminuiu substancialmente de velocidade na coroa. Comparando a posição atual das estrelas e do gás, e considerando a densidade do gás e o tempo que as Nuvens já passaram na coroa, a equipe estimou a sua densidade. O Dr. Erkal conclui: "a nossa estimativa mostra que a coroa pode constituir uma fração significativa dos bárions em falta, em concordância com técnicas anteriores e independentes. Com o problema dos bárions ausentes aparentemente aliviado, o modelo atual da formação galáctica aguenta-se bem ao exame minucioso com o Gaia."

A descoberta foi divulgada na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Fonte: University of Cambridge

Descoberto misterioso pulsar de anã branca

Um sistema binário exótico foi identificado como um elusivo pulsar de anã branca, o primeiro do seu gênero a ser descoberto no Universo.

© U. de Warwick/Mark Garlick (ilustração de um pulsar de anã branca)

Os professores Tom Marsh e Boris Gänsicke do Grupo de Astrofísica da Universidade de Warwick, com o Dr. David Buckley do Observatório Astronômico da África do Sul, identificaram a estrela AR Scorpii (AR Sco) como a primeira versão de anã branca de um pulsar, objetos descobertos na década de 1960 e associados com astros muito diferentes chamados estrelas de nêutrons.

O pulsar de anã branca tem escapado aos olhares dos astrônomos durante mais de meio século.

A estrela AR Sco contém um remanescente estelar de rápida rotação chamado anã branca, que chicoteia a sua vizinha, uma anã vermelha, com poderosos feixes de partículas elétricas e radiação, fazendo com que todo o sistema brilhe e desvaneça dramaticamente a cada dois minutos.

A pesquisa mais recente estabelece que o chicote de energia da AR Sco é um feixe focalizado, que emite radiação concentrada numa única direção, tal como um acelerador de partículas, algo que é totalmente único no Universo conhecido.

A estrela AR Sco situa-se na direção da constelação de Escorpião, a 380 anos-luz da Terra, um vizinho próximo em termos astronômicos. A anã branca AR Sco é do tamanho da Terra, mas tem 200.000 vezes a sua massa e encontra-se numa órbita de 3,6 horas com uma estrela fria que tem 1/3 da massa do Sol.

Com um campo eletromagnético 100 milhões de vezes mais poderoso do que o da Terra, e girando num período ligeiramente inferior a 2 minutos, AR Sco produz feixes de radiação e partículas, parecidos aos de um farol, que bombardeiam a face da anã vermelha mais fria.

Tal como os cientistas descobriram anteriormente, este poderoso efeito de farol acelera elétrons na atmosfera da anã vermelha até perto da velocidade da luz, um efeito nunca antes observado em tipos semelhantes de estrelas binárias. A anã vermelha é assim alimentada pela energia cinética da sua vizinha giratória.

A distância entre as duas estrelas é de cerca de 1,4 milhões de quilômetros, o equivalente a três vezes a distância entre a Lua e a Terra.

O professor Tom Marsh comenta: "Os novos dados mostram que a luz da AR Sco é altamente polarizada, mostrando que o campo magnético controla a emissão de todo o sistema, um comportamento idêntico dos pulsares associados às mais tradicionais estrelas de nêutrons."

O professor Boris Gänsicke realça: "AR Sco é como um dínamo gigante: um imã, do tamanho da Terra, com um campo cerca de 10.000 vezes mais forte do que qualquer campo que possamos produzir em laboratório e que gira a cada dois minutos. Isto produz uma enorme corrente elétrica na estrela companheira, que então gera as variações na luz que detectamos."

Esta pesquisa foi recentemente publicada na revista Nature Astronomy.

Fonte: University of Warwick

A Nebulosa da Borboleta vista pelo Hubble

Os brilhantes aglomerados e as brilhantes nebulosas no céu noturno da Terra normalmente recebem nomes de flores ou insetos.

© Hubble/Jesús M.Vargas/Maritxu Poyal (NGC 6302)

Apesar das suas asas cobrirem mais de 3 anos-luz, a NGC 6302, não é uma exceção e recebe o nome de Nebulosa da Borboleta. Com uma temperatura superficial estimada em cerca de 250.000 ºC, a estrela moribunda central desta nebulosa planetária particular tem se tornado excepcionalmente quente, brilhando intensamente na radiação ultravioleta, mas ficando escondida da visão direta por uma densa camada de poeira.

Esta bela imagem da Nebulosa da Borboleta foi registrada pelo telescópio espacial Hubble e é apresentada aqui em cores reprocessadas. Cortando a cavidade central de gás ionizado é possível ver um toróide de poeira ao redor da estrela central, que aparece quase de lado do nosso ponto de vista. O hidrogênio molecular tem sido detectado no escudo de poeira cósmica desta estrela quente.

A NGC 6302 localiza-se a cerca de 4.000 anos-luz de distância da Terra na constelação de Escorpião.

Fonte: NASA

Buraco negro engole lentamente os restos de uma estrela

Um buraco negro gigante dilacerou uma estrela e depois engoliu os seus restos durante aproximadamente uma década. Esta duração é mais de dez vezes superior a qualquer episódio observado da morte de uma estrela por um buraco negro.

© M. Weiss/CFHT/Chandra (ilustração de um evento de ruptura de maré)

Os pesquisadores fizeram esta descoberta usando dados do observatório de raios X Chandra da NASA, o satélite Swift e o XMM-Newton da ESA.

O trio de telescópios de raios X em órbita encontrou evidências de um "evento de ruptura de maré", onde as forças de maré, devido à intensa gravidade do buraco negro, podem destruir um objeto, como uma estrela, que vagueia demasiado perto. Durante um evento de ruptura de maré, alguns dos detritos estelares são lançados para fora com altas velocidades, enquanto o resto cai na direção do buraco negro. À medida que viaja para dentro, para ser ingerido pelo buraco negro, o material aquece até milhões de graus e gera um brilho distinto em raios X.

"Nós testemunhamos a morte espetacular e prolongada de uma estrela," comenta Dacheng Lin da Universidade de New Hampshire em Durham, New Hampshire, EUA, que liderou o estudo. "Desde a década de 1990 que foram detectados dúzias de eventos de ruptura de maré, mas nenhum que tivesse permanecido brilhante tanto tempo quanto este."

A extraordinariamente longa fase de brilho do evento, mais de dez anos, significa que entre os eventos de ruptura de maré estudados, este ou contou com a estrela mais massiva destruída completamente durante o evento, ou foi o primeiro onde uma estrela pequena foi completamente despedaçada.

A fonte de raios X que contém este buraco negro alimentado à força, conhecida pelo nome abreviado de XJ1500+0154, está localizada numa pequena galáxia a cerca de 1,8 bilhões de anos-luz da Terra.

A fonte não foi detectada numa observação do Chandra de 2 de abril de 2005, mas foi detectada numa observação do XMM-Newton no dia 23 de julho de 2005 e atingiu o pico de brilho numa observação do Chandra de 5 de junho de 2008. Estas observações mostram que a fonte se tornou, pelo menos, 100 vezes mais brilhante em raioscX. Desde então, o Chandra, Swift e XMM-Newton observaram-na várias vezes.

A visão nítida, em raios X, dos dados do Chandra, mostra que XJ1500+0154 está localizada no centro da sua galáxia hospedeira, o local esperado de um buraco negro supermassivo.

Os dados de raios X também indicam que a radiação do material que rodeia este buraco negro tem superado, consistentemente, o chamado limite de Eddington, definido por um equilíbrio entre a pressão de saída da radiação do gás quente e a atração gravitacional do buraco negro.

"Durante a maior parte do tempo que observamos este objeto, este tem crescido rapidamente," afirma James Guillochon do Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics em Cambridge, no estado norte-americano de Massachusetts. "Isto diz-nos algo incomum: uma estrela com o dobro da massa do nosso Sol está alimentando o buraco negro."

A conclusão de que os buracos negros supermassivos podem crescer graças a eventos de ruptura de maré e, quem sabe, por outros meios, a velocidades acima das correspondentes ao limite de Eddington, tem implicações importantes. Este rápido crescimento pode ajudar a explicar como os buracos negros supermassivos foram capazes de atingir massas cerca de bilhões de vezes superiores à do Sol quando o Universo tinha apenas bilhões de anos.

"Este evento mostra que os buracos negros podem, realmente, crescer a ritmos extraordinariamente altos," salienta Stefanie Komossa da QianNan Normal University for Nationalities em Duyun, China. "Isto pode ajudar a entender a formação dos buracos negros precoces."

Com base nos modelos dos cientistas, a fonte de alimentação do buraco negro deverá reduzir significativamente na próxima década. Isto resultará no desvanecimento de XJ1500+0154, em raios X, ao longo dos próximos anos.

O artigo que descreve estes resultados foi publicado na revista Nature Astronomy.

Fonte: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics

Quando as estrelas explodem

A cerca de 75 milhões de anos-luz de distância, na constelação da Virgem, situa-se a NGC 4981, uma galáxia espiral com um passado bastante explosivo.

© ESO/Josh Barrington (NGC 4981)

A NGC 4981 foi descoberta por William Herschel a 17 de Abril de 1784 e subsequentemente documentada no New General Catalogue (NGC) de John Dreyer. Quase dois séculos mais tarde, a 23 de Abril de 1968, esta galáxia foi uma vez mais digna de destaque quando ocorreu no seu âmago a explosão de uma supernova do Tipo Ia, uma explosão estelar num sistema binário de estrelas: a SN 1968l. Esta supernova não seria, no entanto, a única observada desta galáxia, já que décadas mais tarde, o colapso do núcleo de uma estrela massiva deu origem à supernova SN 2007c.

Esta bela imagem da NGC 4981 foi obtida pelo instrumento FORS (FOcal Reducer and low dispersion Spectrograph), o espectrógrafo que opera no visível e ultravioleta próximo no Very Large Telescope (VLT) do ESO. O FORS é tipo o "canivete suíço" dos instrumentos do ESO, capaz de estudar muitos objetos astronômicos de muitas maneiras diferentes, e é responsável por algumas das mais icônicas fotografias jamais captadas pelo VLT, tais como: a  Nebulosa do Caranguejo e a Nebulosa da Cabeça de Cavalo.

Os dados que deram origem a esta imagem foram selecionados a partir do arquivo do ESO por Josh Barrington no âmbito do concurso Tesouros Escondidos.

Fonte: ESO