Efeitos relativísticos em estrelas que orbitam um buraco negro

Uma nova análise de dados obtidos com o Very Large Telescope (VLT) do ESO e outros telescópios sugere que as órbitas das estrelas em torno do buraco negro supermassivo situado no centro da Via Láctea mostram os efeitos sutis previstos pela teoria da relatividade geral de Einstein.

© ESO/M. Parsa/L. Calçada (órbitas de 3 estrelas próximas do Centro Galáctico)

A órbita da estrela S2 parece desviar-se ligeiramente do percurso calculado pela física clássica. Este resultado é um prelúdio a medições muito mais precisas e testes de relatividade que serão executados pelo instrumento GRAVITY quando a estrela S2 passar muito perto do buraco negro em 2018.

No centro da Via Láctea, a 26.000 anos-luz de distância da Terra, situa-se o buraco negro supermassivo mais próximo de nós, com uma massa de 4 milhões de vezes a massa do Sol. Um pequeno grupo de estrelas orbitam a alta velocidade no forte campo gravitacional do buraco negro. Trata-se do ambiente perfeito para testar a física gravitacional e, em particular, a teoria da relatividade geral de Einstein.

Uma equipe de astrônomos alemães e checos aplicou novas técnicas de análise a observações já existentes das estrelas que orbitam o buraco negro, obtidas durante os últimos 20 anos. A equipe comparou as medições das órbitas das estrelas com previsões feitas, tanto com a teoria da gravidade clássica de Newton como com a teoria da relatividade geral de Einstein.

Os pesquisadores encontraram indicações de um pequeno desvio no movimento de uma das estrelas, chamada S2, consistente com as previsões da relatividade geral. S2 é uma estrela com 15 vezes a massa solar que se encontra numa órbita elíptica em torno do buraco negro supermassivo. Tem um período orbital de cerca de 15,6 anos e chega a aproximar-se do buraco negro 17 horas-luz, ou seja, cerca de 120 vezes a distância média entre a Terra e o Sol. O desvio devido a efeitos relativísticos é pequeno na forma da órbita e de cerca de 1/6 de grau na orientação da órbita. Se confirmada, esta terá sido a primeira vez que se conseguiu fazer uma medição da intensidade dos efeitos da relatividade geral em estrelas que orbitam um buraco negro supermassivo.

Observa-se um efeito semelhante mas muito menor na órbita do planeta Mercúrio no Sistema Solar, tendo esta sido uma das melhores medições e uma das mais antigas evidências, do final do século XIX, que sugeriram que a visão de Newton relativa à gravidade não estaria completa e que uma nova aproximação seria necessária para compreender a gravidade no caso de forças mais intensas. Este resultado culminou com a publicação por Einstein da sua teoria da relatividade geral, baseada no espaço-tempo curvo, em 1915. Quando as órbitas das estrelas ou planetas são calculadas usando a relatividade geral, em vez da gravidade newtoniana, a sua evolução é diferente. As previsões dos pequenos desvios na forma e orientação das órbitas são diferentes nas duas teorias e podem por isso ser comparados a medições para testar a validade da relatividade geral.

A elevada precisão das medições de posição, possível graças aos instrumentos de óptica adaptativa do VLT operando no infravermelho próximo, foi essencial para o sucesso deste estudo, tendo sido vital não apenas durante a aproximação da estrela ao buraco negro, mas particularmente durante o período de tempo em que S2 se encontrava mais afastada do buraco negro. Estes últimos dados permitiram determinar exatamente a forma da órbita.

Para além de informação mais precisa sobre a órbita de S2, a nova análise também fornece a massa do buraco negro e a sua distância à Terra com um elevado grau de precisão. A equipe determinou uma massa de 4,2 milhões de vezes a massa do Sol para o buraco negro e uma distância de 8,2 kpc (kiloparsec).

Esta análise é precursora de um interessante período de observações do Centro Galáctico que será realizado por astrônomos em todo o mundo. Durante 2018 a estrela S2 irá aproximar-se bastante do buraco negro supermassivo. Neste momento o instrumento GRAVITY, desenvolvido por um grande consórcio internacional liderado pelo Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, na Alemanha, e instalado no Interferômetro do VLT, estará disponível para ajudar a medir órbitas com muito mais precisão do que o atualmente possível. Espera-se que o GRAVITY, que já se encontra fazendo medições de alta precisão do Centro Galáctico, revele não só os efeitos da relatividade geral muito claramente, mas também permita aos astrônomos procurar desvios à relatividade geral que possam revelar uma nova física.

Este trabalho será publicado no periódico Astrophysical Journal.

Fonte: ESO

Detectados quatro exoplanetas do tamanho da Terra

Um novo estudo, realizado por uma equipe internacional de astrônomos, revela que tau Ceti, a estrela do tipo solar mais próxima do Sol, abriga quatro planetas de tamanho parecido ao da Terra.

© F. Feng (comparação dos planetas em tau Ceti com os planetas interiores do nosso Sistema Solar)

A estrela tau Ceti está localizada a cerca de 12 anos-luz de distância da Terra e visível a olho nu.

Estes planetas têm massas tão baixas quanto 1,7 massas terrestres, o que os torna os menores planetas já detetados em torno de estrelas parecidas com o Sol. Dois deles são super-Terras localizados na zona habitável da estrela, o que significa que podem suportar a existência de água líquida à superfície.

Os planetas foram descobertos através da observação de oscilações no movimento de tau Ceti. Este tipo de observação requer técnicas sensíveis o suficiente para detectar variações no movimento da estrela tão pequenas quanto 30 centímetros por segundo.

"Estamos agora finalmente atravessando o limite onde, através de modelos muitos sofisticados de grandes conjuntos de dados combinados, por múltiplos observadores independentes, podemos desembaraçar o ruído da atividade da superfície estelar dos sinais muito pequenos produzidos pelas atrações gravitacionais de planetas do tamanho da Terra em órbita," afirma Steven Vogt, professor de astronomia e astrofísica da Universidade da Califórnia em Santa Cruz.

De acordo com Fabo Feng da Universidade de Hertfordshire, Reino Unido, os pesquisadores estão ficando tentadoramente perto do limite de 10 centímetros por segundo necessário para detectar análogos da Terra.

Os dois planetas exteriores em torno de tau Ceti são provavelmente candidatos a mundos habitáveis, embora um gigantesco disco de detritos ao redor da estrela reduza, provavelmente, o seu potencial de habitabilidade devido ao bombardeamento intenso por asteroides e cometas.

A mesma equipe também observou tau Ceti há quatro anos, quando Mikko Tuomi da Universidade de Hertfordshire liderou um esforço no desenvolvimento de técnicas de análise de dados usando a estrela como caso de referência, criando uma maneira engenhosa de discernir em diferentes comprimentos de onda a diferença entre sinais provocados por planetas e aqueles provocados pela atividade da estrela.

Com muito esforço, os cientistas melhoraram a sensibilidade das suas técnicas e foram capazes de descartar dois dos sinais que a equipe tinha identificado em 2013 como planetas.

Pensa-se que as estrelas parecidas com o Sol sejam os melhores alvos na busca por planetas habitáveis do tamanho da Terra devido à sua semelhança com a nossa estrela. Ao contrário das estrelas menores e mais comuns, como as anãs vermelhas Proxima Centauri e TRAPPIST-1, não são tão tênues para que sofram bloqueio de marés, mostrando sempre o mesmo lado à estrela. A estrela tau Ceti é muito semelhante ao Sol em tamanho e brilho e ambas as estrelas abrigam sistemas multiplanetários.

Os dados foram obtidos através da utilização do espectrógrafo HARPS do ESO, no Chile, e do Keck-HIRES do observatório W. M. Keck, em Mauna Kea, no Havaí).

O artigo sobre os novos achados foi aceito para publicação na revista The Astrophysical Journal.

Fonte: UC Santa Cruz

Conservação da relevância da ascensão vulcânica em Marte

Uma antiga cordilheira em Marte preserva um passado vulcânico e tectônico complexo, impresso com sinais de interações de água e gelo.

© ESA (montanhas de Thaumasia)

As imagens, obtidas no dia 9 de abril, pela camara estéreo de alta resolução no Mars Express da ESA, mostram as montanhas de Thaumasia e Coracis Fossae, que se afastam do enorme planalto vulcânico Solis Planum do sul.

A região fica a sul do vasto sistema do desfiladeiro de Valles Marineris e dos vulcões de Tharsis, e está fortemente ligada à pressão tectônica que se desenrolou durante a sua formação, há mais de 3,5 bilhões de anos.

À medida que a protuberância de Tharsis dilatava com o magma, durante o primeiro bilhão de anos do planeta, a crosta circundante encontrava-se esticada, rasgando e acabando por cair em valas. Enquanto Valles Marineris é um dos resultados mais extremos, os efeitos ainda são observados até milhares de quilômetros de distância, como na região de Coracis Fossae, observada nesta imagem, onde as falhas norte-sul quase paralelas são visíveis, principalmente, para a esquerda.

Estruturas tectônicas como estas podem controlar o movimento do magma, do calor e da água na subsuperfície, levando à atividade hidrotermal e à produção de minerais.

Os depósitos de tons claros, que podem ser minerais de argila formados na presença de água, destacam-se na parte direita da imagem colorida e na borda da grande cratera. Depósitos similares foram identificados na cratera Lampland próxima.

Há também evidências para a formação do vale pela erosão das águas subterrâneas e o escoamento superficial ocorrendo ao mesmo tempo que a atividade tectônica moldava a paisagem. A erosão à base de água significa que as valas foram parcialmente enterradas e fortemente modificadas.

A região foi posteriormente modificada por processos glaciais, vistos nos padrões lineares de tipo fluído nos pisos planos das grandes crateras.

Como representante das antigas terras altas de Marte, esta região possui uma riqueza de informações sobre a história geológica do Planeta Vermelho.

Fonte: ESA

Um encontro muito próximo

Em outubro de 2012, o asteroide 2012 TC4 aproximou-se muito da Terra; passou pelo nosso planeta a apenas um quarto da distância que separa a Terra da Lua.

© ESO/VLT (observação do asteroide 2012 TC4)

Em outubro de 2017, este pequeno asteroide, com um tamanho de apenas 15 a 30 metros, voltará para mais um encontro próximo, o que fará dele o objeto perfeito para testar a rede de detecção e acompanhamento de asteroides.

Como o 2012 TC4 não pôde ser observado durante vários anos, a sua órbita não era bem conhecida. Em particular, os astrônomos não tinham ainda previsto com precisão a sua distância de aproximação à Terra em 2017. Por isso, encontrá-lo de novo e observá-lo em detalhe tornava-se crucial para sabermos quanto se aproximaria da Terra, refinando o nosso conhecimento do percurso que seguiria.

Uma vez que o asteroide é bastante pequeno e se encontra ainda muito distante, a sua luminosidade é muito fraca e consequentemente torna-se difícil de encontrar. Apesar disso, com o Very Large Telescope (VLT) do ESO, os astrônomos conseguiram obter esta imagem do nosso futuro visitante, pela primeira vez em muitos anos, e calcular a sua trajetória. Esta nova observação aponta para uma distância máxima de aproximação à superfície da Terra de 43.000 km, o que corresponde a 6,7 raios terrestres, no dia 12 de outubro de 2017.

O VLT não é o único telescópio observando o 2012 TC4. Está em curso uma campanha internacional de observação para identificar e estudar este objeto durante sua aproximação. Agora que o VLT encontrou de novo o 2012 TC4, temos disponível uma nova órbita melhorada. Vários telescópios em todo o mundo poderão agora localizar o asteroide e começarão brevemente a observá-lo, aproveitando esta oportunidade rara de estudar um asteroide com tanto detalhe.

Fonte: ESO

Próximo alvo da New Horizons acaba de ficar muito mais interessante

Será que o próximo alvo da sonda New Horizons da NASA é na realidade dois alvos?

© NASA/JHUAPL/SwRI/Alex Parker (ilustração do objeto 2014 MU69 do Cinturão de Kuiper)

Os cientistas da New Horizons procuram responder a esta pergunta enquanto analisam novos dados do distante objeto 2014 MU69 do Cinturão de Kuiper, objeto este que a nave espacial vai visitar no dia 1 de janeiro de 2019. Este voo rasante será o mais distante da história da exploração espacial, a mais de um bilhão de quilômetros além de Plutão.

Esta relíquia do Sistema Solar, que está a mais de 6,5 bilhões de quilômetros da Terra, passou em frente de uma estrela no dia 17 de julho de 2017. Vários telescópios da equipe da New Horizons, situados numa parte remota da Patagônia, Argentina, avistaamr a sua sombra fugaz, um evento conhecido como ocultação, e foram capazes de obter dados importantes para ajudar os planejadores da missão a melhor determinar a trajetória da sonda e a compreender o tamanho, forma, órbita e ambiente ao redor de 2014 MU69.

Com base nestas novas observações de ocultação, os membros da equipe dizem que o 2014 MU69 pode não ser um objeto esférico solitário, mas suspeitam que poderá ser um "esferoide prolato extremo" ou até mesmo um binário. A forma estranha pode indicar que dois corpos podem estar orbitando muito perto um do outro ou até mesmo se tocando, o que é conhecido como binário próximo ou de contato, ou que talvez estejam observando um único corpo com um grande pedaço em falta. O tamanho do 2014 MU69 ou dos seus componentes também pode ser determinado a partir destes dados. Parece não ter mais do que 30 km de comprimento, ou, se for um binário, cada corpo terá entre 15 e 20 km em diâmetro.

A ocultação estelar de dia 17 de julho que recolheu estes dados foi a terceira de um conjunto histórico de três ambiciosas observações para a New Horizons. A equipe usou os dados do telescópio espacial Hubble e do satélite Gaia da ESA para calcular e determinar os locais onde o 2014 MU69 lançaria sombra à superfície da Terra.

Fonte: Scientific American

Uma medida da estrutura da matéria escura no Universo

Imagine que planta uma única semente e, com grande precisão, consegue prever a altura exata da árvore a partir da qual ela cresce. Agora imagine que viaja para o futuro e tira fotografias que provam que estava certo.

© Dark Energy Survey/DEC (NGC 1398)

A galáxia NGC 1398 está localizada no aglomerado da Fornalha, a cerca de 65 milhões de anos-luz da Terra. Mede 135.000 anos-luz em diâmetro, um pouco maior que a Via Láctea, e contém mais de um bilhão de estrelas.

Numa apresentação do Departamento de Partículas e Campos da Sociedade de Física Americana no Laboratório Nacional do Acelerador Fermi nos EUA, cientistas da colaboração Dark Energy Survey (DES) revelaram a medição mais precisa da atual estrutura em larga escala do Universo.

Estas medições da quantidade e distribuição da matéria escura no cosmos atual foram feitas com uma precisão tal que, pela primeira vez, rivaliza com as inferências do Universo inicial pelo observatório espacial Planck da ESA. O novo resultado da DES está perto das "previsões" feitas a partir das medições do Planck no passado distante, permitindo com que os cientistas saibam mais sobre as formas como o Universo evoluiu ao longo de 13,8 bilhões de anos.

Este resultado suporta a teoria de que 26% do Universo está sob a forma da misteriosa matéria escura e que o espaço está preenchido por uma energia escura igualmente invisível, que está acelerando a expansão do Universo e perfaz 70%.

Paradoxalmente, é mais fácil medir a distribuição em larga escala do Universo no seu passado distante do que na atualidade. Nos primeiros 400.000 anos após o Big Bang, o Universo estava preenchido por um gás incandescente, cuja luz sobrevive ainda hoje. O mapa desta radiação cósmica de fundo em micro-ondas, pelo Planck, dá-nos um instantâneo do Universo naquela época primordial. Desde então, a gravidade da matéria escura aglomerou a matéria e tornou o Universo mais "grumoso" com o passar do tempo. Mas a energia escura tem afastando a matéria. Usando o mapa do Planck como um começo, os cosmólogos podem calcular com precisão como é que esta batalha se desenvolve desde o Big Bang.

"As medições da colaboração DES, quando comparadas com o mapa do Planck, suportam a versão mais simples da teoria da matéria escura/energia escura," comenta Joe Zuntz, da Universidade de Edimburgo, que trabalhou na análise. "O momento em que nos apercebemos que a nossa medição coincidia com o resultado do Planck até 93% foi emocionante para a toda a colaboração."

O instrumento principal da DES foi a câmara DEC (Dark Energy Camera) de 570 megapixels, uma das mais poderosas atualmente em existência, capaz de captar imagens digitais da luz de galáxias a oito bilhões de anos-luz da Terra. A câmara foi contruída e testada no Fermilab, o laboratório principal da colaboração DES, e está acoplada ao telescópio Blanco de 4 metros do NSF (National Science Foundation), parte do Observatório Interamericano de Cerro Tololo no Chile, uma divisão do NOAO (National Optical Astronomy Observatory). Os dados da DES são processados pelo Centro Nacional para Aplicações de Supercomputação da Universidade de Illinois.

Os cientistas da DES estão usando a câmara para mapear um-oitavo do céu em detalhes sem precedentes ao longo de cinco anos. O quinto ano de observações começa neste mês de agosto. Os novos resultados, divulgados a semana passada, foram recolhidos apenas durante o primeiro ano do levantamento, que cobre 1/30 do céu.

Os cientistas da colaboração DES usaram dois métodos para medir a matéria escura. Primeiro, criaram mapas das posições das galáxias como se tratasse de marcos e, em segundo lugar, mediram com precisão as formas de 26 milhões de galáxias para mapear diretamente os padrões da matéria escura ao longo de bilhões de anos-luz, usando a técnica de lente gravitacional.

Para fazer estas medições ultraprecisas, a equipa da DES desenvolveu novos métodos de detectar pequenas distorções devidas ao efeito de lente nas imagens das galáxias, um efeito invisível ao olho humano, permitindo avanços revolucionários na compreensão destes sinais cósmicos. No processo, criaram o maior guia para avistar a matéria escura no cosmos alguma vez já desenhado. O novo mapa da matéria escura tem 10 vezes o tamanho do divulgado em 2015 pela DES e, eventualmente, será três vezes maior do que é agora.

Fonte: Fermi National Accelerator Laboratory

Observações revelam tempestade enorme em Netuno

O estudante de astronomia Ned Molter da UC Berkeley descobriu uma nova característica em Netuno: um sistema de tempestades quase do tamanho da Terra.

© O. W. M. Keck/N. Molter (sistema de tempestades em Netuno)

O sistema de tempestades foi avistado perto do equador de Netuno durante um teste ao crepúsculo utilizando o observatório W. M. Keck em Mauna Kea, Havaí. "Normalmente, esta área é verdadeiramente calma e só vemos nuvens brilhantes a bandas de latitude média, de modo que encontrar uma nuvem tão enorme situada no equador é espetacular," comenta Molter.

Este enorme sistema de tempestades, encontrado numa região onde nenhuma nuvem brilhante tinha sido avistada antes, mede cerca de 9.000 quilômetros em comprimento, ou um-terço do raio de Netuno, abrangendo pelo menos 30 graus tanto em latitude como em longitude. Molter observou o aumento de brilho entre 26 de junho e 2 de julho.

"Historicamente, já têm sido avistadas nuvens muito brilhantes, ocasionalmente, em Netuno, mas normalmente em latitudes mais próximas dos polos, cerca de 15 a 60 graus norte ou sul," realça Imke de Pater, professora de astronomia da UC Berkeley e orientadora de Molter.

Ao início, de Pater pensava que era o mesmo complexo de nuvens avistado pelo telescópio espacial Hubble em 1994, depois da icônica Grande Mancha Escura, fotografada pela Voyager 2 em 1989, ter desaparecido. Mas de Pater diz que as medições da sua posição não coincidem, sinalizando que este complexo de nuvens é diferente do que o Hubble viu pela primeira vez há mais de duas décadas.

Vórtices escuros, de alta pressão, ancorados nas profundezas da atmosfera de Netuno, podem ser os responsáveis pela gigantesca cobertura de nuvens. À medida que os gases sobem no vórtice, arrefecem. Quando a sua temperatura cai abaixo da temperatura de condensação de um gás, há formação nuvens, como a água na Terra. Em Netuno, espera-se a formação de nuvens de metano.

Tal como todos os planetas, os ventos na atmosfera de Netuno variam drasticamente com a latitude, de modo que se houver um grande sistema de nuvens brilhantes abrangendo muitas latitudes, algo deverá mantê-lo unido, como um vórtice escuro. Caso contrário, as nuvens se separariam.

Se não estiver ligado a um vórtice, o sistema poderá ser uma grande nuvem convectiva, semelhante àquelas vistas ocasionalmente em outros planetas como a grande tempestade em Saturno, detectada em 2010. Embora também seria de esperar que a tempestade ficasse consideravelmente "manchada" após uma semana.

"Isto mostra que existem mudanças extremamente drásticas na dinâmica atmosférica de Netuno, e talvez este seja um evento climático sazonal que ocorre a cada poucas décadas," realça de Pater.

No equador de Netuno foram observados ventos que atingiram velocidade de 1.400 km/h. Colocando este valor em perspetiva: um furacão de categoria 5 tem velocidades de vento na ordem dos 250 km/h. Netuno orbita o Sol a cada 160 anos e uma estação tem a duração aproximada de 40 anos.

A descoberta do misterioso complexo de nuvens equatoriais em Netuno foi possível graças a um novo programa do Keck, que permite que estudantes universitários e pesquisadores trabalhem com o telescópio, enquanto contribuem para o observatório e para a comunidade científica.

Fonte: University of California

Uma galáxia anã notável

A imagem abaixo efetuada pelo telescópio espacial Hubble mostra a galáxia anã chamada NGC 5949.

© Hubble (NGC 5949)

Graças a sua proximidade com a Terra, ela está a uma distância de cerca de 44 milhões de anos-luz daqui, colocando-a dentro da vizinhança da Via Láctea, e constituindo um alvo perfeito para os astrônomos estudarem as galáxias anãs.

Com uma massa equivalente a um centésimo da massa da Via Láctea, a NGC 5949 é um excelente exemplo de uma galáxia anã. Sua classificação como anã deve-se ao seu número relativamente baixo de estrelas constituintes, mas seus braços espirais a classificam também como uma espiral barrada. Esta estrutura é visível nesta imagem, que mostra a galáxia como um redemoinho brilhante. Apesar de suas pequenas proporções, a sua proximidade da NGC 5949 faz com que sua luz possa ser captada por telescópios relativamente pequenos, e isso facilitou sua descoberta pelo astrônomo William Herschel em 1801.

Os astrônomos encontram vários dilemas cosmológicos quando se trata de galáxias anãs como a NGC 5949. Por exemplo, a distribuição de matéria escura dentro das anãs é bastante intrigante (o problema do “halo concentrado”) e as simulações do Universo predizem que deveria haver mais galáxias anãs do que vemos ao nosso redor (o problema dos "satélites desaparecidos").

Fonte: ESA

Detectado exoplaneta com brilhante atmosfera de água

Os cientistas descobriram as evidências mais fortes, até agora, da existência de uma estratosfera num exoplaneta. A estratosfera é uma camada da atmosfera na qual a temperatura aumenta com altitudes mais elevadas.

© U. de Exeter (ilustração do WASP-121b com presença de uma estratosfera)

Relatado na revista Nature, os cientistas usaram dados do telescópio espacial Hubble para estudar WASP-121b, um tipo de exoplaneta chamado Júpiter quente. A sua massa é 1,2 vezes maior que a de Júpiter e o seu raio corresponde a 1,9 vezes o de Júpiter. Mas enquanto Júpiter gira em torno do Sol uma vez a cada 12 anos, WASP-121b tem um período orbital de apenas 1,3 dias. Este exoplaneta está tão perto da sua estrela que, se chegasse mais perto, a gravidade da estrela começaria a rasgá-lo. Isto também significa que o topo da atmosfera do planeta é aquecido até uns ardentes 2.500 graus Celsius, quente o suficiente para ferver alguns metais. O sistema WASP-121 está a uma distância estimada em 900 anos-luz.

Pesquisas anteriores encontraram possíveis sinais de uma estratosfera no exoplaneta WASP-33b, bem como em alguns outros Júpiteres quentes. O novo estudo apresenta as melhores evidências, até agora, devido à assinatura das moléculas de água quente que foram observadas pela primeira vez.

"Os modelos teóricos sugeriram que as estratosferas podem definir uma classe distinta de planetas ultra quentes, com implicações importantes para a sua física e química atmosférica," afirma Tom Evans, pesquisador da Universidade de Exeter, Reino Unido.

Para estudar a estratosfera de WASP-121b, os cientistas analisaram a forma como diferentes moléculas na atmosfera reagem a determinados comprimentos de onda da luz, usando as capacidades do Hubble para espectroscopia. O vapor de água na atmosfera do planeta, por exemplo, comporta-se de maneira previsível em resposta a certos comprimentos de onda, dependendo da temperatura da água.

A luz estelar é capaz de penetrar nas profundezas da atmosfera de um planeta, onde aumenta a temperatura do gás aí presente. Este gás então irradia o seu calor para o espaço sob a forma de radiação infravermelha. No entanto, se existir vapor de água mais frio no topo da atmosfera, as moléculas de água evitarão com que certos comprimentos de onda desta luz escape para o espaço. Mas se as moléculas de água no topo da atmosfera tiverem uma temperatura mais alta, vão brilhar nos mesmos comprimentos de onda.

"A emissão da luz da água significa que a temperatura aumenta com a altura," afirma Tiffany Kataria, do Jet Propulsion Laboratory da NASA.

O fenômeno é semelhante ao que acontece com os fogos-de-artifício, que recebem as suas cores dos vários compostos químicos que emitem luz. Quando as substâncias metálicas são aquecidas e vaporizadas, os seus elétrons movem-se para estados de energia mais elevados. Dependendo do material, estes elétrons emitem luz em comprimentos de onda específicos à medida que perdem energia; o sódio produz um tom amarelo-alaranjado e o estrôncio produz um tom vermelho neste processo, por exemplo. As moléculas de água na atmosfera de WASP-121b, similarmente, liberam radiação à medida que perdem energia, mas sob a forma de radiação infravermelha, que o olho humano não consegue detectar.

Na estratosfera da Terra, o ozônio prende a radiação ultravioleta do Sol, o que aumenta a temperatura desta camada atmosférica. Outros corpos do Sistema Solar também possuem estratosferas; por exemplo, o metano é o responsável pelo aquecimento na estratosfera de Júpiter e na lua de Saturno, Titã.

Nos planetas do Sistema Solar, a mudança de temperatura dentro de uma estratosfera é de aproximadamente 56ºC. Em WASP-121b, a temperatura na estratosfera sobe 560ºC. Os cientistas ainda não sabem que elementos químicos provocam o aumento de temperatura na atmosfera de WASP-121b. O óxido de vanádio e o óxido de titânio são dois candidatos, pois são observados frequentemente em anãs marrons, "estrelas falhadas" que têm algumas semelhanças com os exoplanetas. Pensa-se que estas substâncias estejam presentes apenas nos mais quentes dos Júpiteres quentes, uma vez que são necessárias temperaturas altas para as manter no estado gasoso.

"Este exoplaneta superquente será um ponto de referência para os nossos modelos atmosféricos e será um importante alvo de observação na era do telescópio James Webb," realça Hannah Wakeford, do Goddard Space Flight Center.

Fonte: University of Exeter

Atmosfera poderá não sobreviver na órbita de Proxima b

Proxima b, um planeta do tamanho da Terra fora do nosso Sistema Solar, situado na zona habitável da sua estrela, pode não ser capaz de manter sua atmosfera, deixando a superfície exposta à nociva radiação estelar e reduzindo o seu potencial de habitabilidade.

© Ricardo Ramirez/James Jenkins (Proxima b próximo de sua estrela)

A apenas 4 anos-luz de distância, Proxima b é o nosso vizinho extrassolar mais próximo. No entanto, devido ao fato de que não pode ser visto passando em frente da sua estrela progenitora, a atmosfera do exoplaneta não pode ser estudada recorrendo aos métodos habituais. Em vez disso, os cientistas apoiam-se em modelos para entender se o exoplaneta é habitável.

Um destes modelos de computador considerou o que aconteceria se a Terra orbitasse Proxima Centauri, a nossa vizinha estelar mais próxima e a estrela hospedeira de Proxima b, na mesma órbita que Proxima b. O estudo sugere que a atmosfera da Terra não sobreviveria em íntima proximidade com a violenta anã vermelha. A pesquisa foi apoiada pela NExSS da NASA, liderando a busca de vida em exoplanetas, e pelo Instituto de Astrobiologia da NASA.

Só porque a órbita de Proxima b o coloca na zona habitável, que é a distância à estrela hospedeira onde a água permanece em estado líquido à superfície de um planeta, isso não significa que é habitável. Não leva em conta, por exemplo, se a água existe realmente no planeta, ou se uma atmosfera consegue sobreviver naquela órbita. As atmosferas também são essenciais para a vida como a conhecemos: uma atmosfera ideal permite a regulação do clima, a manutenção de uma pressão superficial favorável à água, a proteção contra o perigoso clima espacial e a presença dos blocos de construção química da vida.

O modelo de computador usou a atmosfera, o campo magnético e a gravidade da Terra como homólogos para Proxima b. Foi calculada também a quantidade de radiação que Proxima Centauri produz em média, com base em observações do observatório de raios X Chandra da NASA. Com estes dados, o modelo simula como a intensa radiação estelar e as frequentes proeminências afetam a atmosfera do exoplaneta.

"A questão é, que percentagem da atmosfera já foi perdida, e quão depressa ocorre este processo? comenta Ofer Cohen, cientista espacial da Universidade de Massachusetts. "Com esta estimativa, podemos calcular quanto tempo leva para a atmosfera escapar completamente e comparar este valor com o tempo de vida do planeta."

Uma estrela anã vermelha ativa como Proxima Centauri retira atmosfera quando a extrema radiação ultravioleta altamente energética ioniza os gases atmosféricos, quebrando os elétrons e produzindo partículas carregadas. Neste processo, os elétrons recém-formados ganham energia suficiente para poderem escapar facilmente à gravidade do planeta e saírem da atmosfera.

As cargas opostas atraem-se, de modo que quando os elétrons carregados negativamente deixam a atmosfera, criam uma poderosa separação de carga que puxa com eles íons carregados positivamente, para o espaço.

Na zona habitável de Proxima Centauri, Proxima b sofre ataques de extrema radiação ultravioleta, centenas de vezes mais fortes do que os que a Terra recebe do Sol. Esta radiação fabrica energia suficiente para ionizar não apenas as moléculas mais leves, o hidrogênio, como também, ao longo do tempo, elementos mais pesados como o oxigênio e o nitrogênio.

O modelo mostra que a poderosa radiação de Proxima Centauri "drena" uma atmosfera parecida à da Terra até 10.000 vezes mais depressa do que acontece na nossa Terra propriamente dita.

Este cálculo foi baseado na atividade média da estrela hospedeira; não considera variações como o aquecimento extremo na atmosfera da estrela ou as violentas perturbações estelares sobre o campo magnético do exoplaneta, que podem fornecer ainda mais radiação ionizante e escape atmosférico.

Para entender como o processo pode variar, os cientistas analisaram outros dois fatores que agravam a perda atmosférica. Primeiro, consideraram a temperatura da atmosfera neutra, chamada termosfera. Descobriram que à medida que a termosfera aquece com a radiação estelar, a fuga atmosférica aumenta.

Os cientistas também consideraram o tamanho da região sobre a qual a fuga atmosférica tem lugar, chamada calota polar. Os planetas são mais sensíveis aos efeitos magnéticos nos polos magnéticos. Quando as linhas do campo magnético nos polos se fecham, a calota polar é limitada e as partículas carregadas permanecem presas perto do planeta. Por outro lado, ocorre uma maior fuga quando as linhas do campo magnético estão abertas, proporcionando uma via unidirecional para o espaço.

Sendo as temperaturas mais altas da termosfera e um campo magnético completamente aberto, Proxima b pode perder uma quantidade equivalente ao total da atmosfera da Terra em 100 milhões de anos, apenas uma fração dos atuais 4 bilhões de anos de Proxima b. Quando os cientistas assumiram as temperaturas mais baixas e um campo magnético fechado, esta mesma massa escapa ao longo de mais de 2 bilhões de anos.

"As coisas tornam-se interessantes caso um exoplaneta consiga manter sua atmosfera, mas as perdas atmosféricas de Proxima b são tão altas que a habitabilidade é improvável," salienta Jeremy Drake, astrofísico do Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. "No geral, isto põe em causa a habitabilidade de planetas em torno de anãs vermelhas similares."

As anãs vermelhas como Proxima Centauri ou TRAPPIST-1 são frequentemente alvo de caças exoplanetárias, porque são as estrelas mais frias, menores e as mais comuns da Galáxia. Dado que são mais frias e mais tênues, os planetas têm que permanecer em órbitas íntimas para que a água líquida esteja presente.

Mas, a menos que a perda atmosférica seja contrariada por algum outro processo, como uma enorme quantidade de atividade vulcânica ou bombardeamentos cometários, esta proximidade ocorrerá com maior frequência e não será promissora para a sobrevivência ou sustentabilidade de uma atmosfera.

O estudo foi publicado na revista The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: Goddard Space Flight Center

O monstro de poeira da IC 1396

Existe um monstro na IC 1396?

© Anis Abdul (IC 1396)

Conhecida como a Nebulosa da Tromba do Elefante, partes das nuvens de gás e poeira desta região de formação de estrelas podem assumir formas estranhas, algumas quase humanas. O único monstro real aqui nesta imagem é uma jovem estrela brilhante muito distante da Terra para nos ameaçar.

A luz energética desta estrela está consumindo a poeira do glóbulo cometário escuro perto do topo da imagem. Jatos e ventos de partículas emitidas desta estrela também estão afastando para longe o gás e a poeira ambiente.

A IC 1396 está localizada a cerca de 3.000 anos-luz de distância da Terra, o complexo relativamente fraco da IC 1396 abrange uma região no céu muito maior do que a mostrada nesta imagem, com uma largura aparente de mais de 10 luas cheias.

Fonte: NASA

Primeira luz para infraestrutura de óptica adaptativa de vanguarda

O telescópio principal 4 (Yepun) do Very Large Telescope (VLT) do ESO acaba de ser transformado num telescópio completamente adaptativo.

© ESO (IC 4406)

Após mais de uma década de planejamento, construção e testes, a nova Infraestrutura de Óptica Adaptativa (sigla do inglês, AOF) viu sua primeira luz com o instrumento MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer), tendo captado imagens extraordinariamente nítidas de nebulosas planetárias e galáxias. A junção da infraestrutura com o MUSE constitui um dos sistema tecnológicos mais avançados e poderosos construídos até hoje para a astronomia terrestre. O MUSE é um espectrógrafo de campo integral, um instrumento poderoso que produz um conjunto de dados tridimensionais do objeto pretendido, onde cada pixel da imagem corresponde a um espectro da radiação emitida pelo objeto. Isto significa que o instrumento cria milhares de imagens ao mesmo tempo, cada uma a um comprimento de onda diferente, obtendo assim uma enorme quantidade e variedade de informação.

A óptica adaptativa trabalha para compensar os efeitos de distorção da atmosfera terrestre, permitindo assim ao MUSE obter imagens muito mais nítidas e com um contraste duas vezes melhor do que anteriormente. O MUSE pode agora estudar objetos do Universo ainda mais fracos.

Na sequência de uma quantidade de testes feitos no sistema, a equipe de astrônomos e engenheiros viu o seu trabalho recompensado com uma série de belas imagens. Os astrônomos conseguiram observar as nebulosas planetárias IC 4406, situada na constelação do Lobo, e NGC 6369, situada na constelação do Serpentário (ou Ofiúco). As observações do MUSE obtidas com a AOF mostraram enormes melhorias na nitidez das imagens, revelando estruturas em concha nunca antes observadas em IC 4406.

© ESO (NGC 6369)

A AOF, que tornou possíveis estas observações, é composta por muitas partes que trabalham em conjunto, incluindo a Infraestrutura de Quatro Estrelas Guia Laser (4LGSF) e o espelho secundário deformável muito fino do telescópio principal 4. A 4LGSF lança raios laser de 22 watts para o céu, fazendo brilhar os átomos de sódio que existem na atmosfera superior e produzindo pontos de luz no céu que imitam estrelas. Sensores no módulo de óptica adaptativa GALACSI (Ground Atmospheric Layer Adaptive Corrector for Spectroscopic Imaging) usam estas estrelas artificiais para determinar as condições da atmosfera.

O sistema AOF calcula mil vezes por segundo as correções que devem ser aplicadas para alterar a forma do espelho secundário deformável do telescópio, de modo a compensar os distúrbios atmosféricos. Em particular, o GALACSI corrige a turbulência existente na camada atmosférica que se estende até um quilômetro acima do telescópio. A turbulência atmosférica varia com a altitude, dependendo das condições, no entanto estudos mostram que a maioria dos distúrbios atmosféricos ocorrem nesta primeira camada da atmosfera. O que o sistema AOF faz é essencialmente equivalente a elevarmos o VLT 900 metros no ar, suprimindo a camada mais turbulenta da atmosfera.

As correções rápidas e contínuas aplicadas pela AOF melhoram a qualidade da imagem ao concentrarem a luz, que forma imagens mais nítidas e permite ao MUSE resolver detalhes mais minuciosos e detectar estrelas mais fracas do que anteriormente possível. Atualmente, o GALACSI corrige um grande campo de visão, mas este é apenas o primeiro passo para levar a óptica adaptativa ao MUSE. Está sendo preparado um segundo modo do GALACSI, com a primeira luz prevista para o início de 2018. Este modo de campo estreito corrigirá a turbulência a qualquer altitude, permitindo observar campos menores com ainda mais resolução.

Um dos objetivos científicos principais do sistema é observar objetos tênues no Universo longínquo com a melhor qualidade de imagem possível, o que requer tempos de exposição de muitas horas. Os astrônomos estão interessados em observar as galáxias menores e mais fracas que se encontram às maiores distâncias. Tratam-se de galáxias em formação que são cruciais para a compreensão da formação galáctica.

O MUSE não será o único instrumento a se beneficiar da AOF. Num futuro próximo, outro sistema de óptica adaptativa chamado GRAAL ficará disponível com o instrumento infravermelho HAWK-I, tornando mais nítida a sua visão do Universo. E em seguida virá um novo instrumento muito poderoso, ERIS. O desenvolvimento destes sistemas de óptica adaptativa poderão ser utilizados no Extremely Large Telescope (ELT) do ESO.

Fonte: ESO

David e Golias galáctico

A dança gravitacional entre duas galáxias em nosso bairro local levou a características visuais intrigantes em ambos, como testemunhou nesta nova imagem do telescópio espacial Hubble.

© Hubble (NGC 1512 e NGC 1510)

A minúscula NGC 1510 e sua vizinha colossal NGC 1512 estão no início de uma longa fusão, um processo crucial na evolução da galáxia. Apesar do seu tamanho diminuto, a NGC 1510 teve um efeito significativo na estrutura da NGC 1512 e na quantidade de formação de estrelas.

As galáxias possuem uma variedade de formas e tamanhos, sendo classificadas com base em sua aparência. A NGC 1512, a grande galáxia à esquerda nesta imagem, é classificada como uma espiral barrada, composta de estrelas, gás e poeira cortando seu centro. A pequena NGC 1510 à direita, por outro lado, é uma galáxia anã. Apesar de seus tamanhos muito diferentes, cada galáxia afeta a outra outro através da gravidade, causando mudanças lentas em suas aparências.

A barra na NGC 1512 atua como um funil cósmico, canalizando a matéria-prima necessária para a formação de estrelas do anel externo no núcleo da galáxia. Este conduto de gás e poeira na NGC 1512 abastece o nascimento de estrelas intensas no reluzente disco interno azulado conhecido como anel circundante de estrelas, que abrange 2.400 anos-luz.

Tanto a barra como o anel de formação estelar são considerados pelo menos em parte como resultado do conflito cósmico entre as duas galáxias, uma fusão que tem ocorrido há 400 milhões de anos.

© Hubble (NGC 1512)

A NGC 1512, que foi observada pelo Hubble no passado conforme imagem acima, também abriga uma segunda região mais serena e formadora de estrelas em seu anel externo. Este anel é pontilhado com dezenas de regiões HII, onde grandes partes de gás hidrogênio estão sujeitas a radiação intensa de estrelas próximas e recém-formadas. Esta radiação faz com que o gás brilhe e crie os brilhantes nós de luz vistos ao longo do anel.

Notavelmente, a NGC 1512 se estende ainda mais do que podemos ver nesta imagem, além do anel externo, mostrando braços espirais envolvendo a NGC 1510. Estes braços enormes são contorcidos por fortes interações gravitacionais com a NGC 1510 e a acreção de material dela. Mas estas interações também estão afetando a NGC 1510.

A constante força de maré de sua vizinha girou o gás e a poeira na NGC 1510 e iniciou a formação de estrelas que é ainda mais intensa do que na NGC 1512. Isso faz com que a galáxia brilhe com a tonalidade azul que é indicativa de novas estrelas quentes.

A NGC 1510 não é a única galáxia que experimentou as intensas forças de maré gravitacional da galáxia NGC 1512. As observações feitas em 2015 mostraram que as regiões externas dos braços espirais da NGC 1512 faziam parte de uma galáxia separada e mais velha. Esta galáxia foi destruída e absorvida pela NGC 1512, assim como está fazendo agora com a NGC 1510.

O par unido demonstra como as interações entre as galáxias, mesmo que sejam de tamanhos muito diferentes, podem ter uma influência significativa nas suas estruturas, alterando a dinâmica do seu gás e poeira constituintes e até provocando explosões de estrelas. Tais interações entre galáxias e fusões de galáxias, em particular, desempenham um papel fundamental na evolução galáctica.

Veja outros detalhes acessando: O anel interno da galáxia espiral NGC 1512.

Fonte: ESA

Descubra o aglomerado

Esta imagem, obtida com o instrumento Wide Field Imager montado no telescópio MPG/ESO, mostra o céu estrelado em torno do aglomerado de galáxias PLCKESZ G296.6-31.3.

© ESO (aglomerado de galáxias PLCKESZ G296.6-31.3)

O aglomerado propriamente dito é inicialmente difícil de localizar, aparecendo como um conjunto sutil de galáxias amareladas próximo do centro da imagem.

PLCKESZ G296.6-31.3 é composto por cerca de 1.000 galáxias, enormes quantidades de gás quente e matéria escura. É por isso que o aglomerado tem uma massa total de 530 trilhões de vezes a massa do Sol!

Quando observamos PLCKESZ G296.6-31.3 a partir da Terra, o vemos através da periferia da Grande Nuvem de Magalhães, uma das galáxias satélite da Via Láctea. A Grande Nuvem de Magalhães abriga mais de 700 aglomerados estelares, além de centenas a milhares de estrelas gigantes e supergigantes. É por isso que a maioria dos objetos cósmicos captados nesta imagem são estrelas e aglomerados estelares que se encontram no interior da Grande Nuvem de Magalhães.

O telescópio MPG/ESO de 2,2 metros encontra-se em operação no Observatório de La Silla do ESO desde 1984. Este telescópio tem sido utilizado numa variedade de estudos científicos de vanguarda, incluindo pesquisas pioneiras na área das explosões de raios gama, as explosões mais potentes do Universo. O instrumento Wide Field Imager de 67 milhões de pixels, montado no foco Cassegrain do telescópio, tem obtido imagens detalhadas de objetos fracos e distantes desde 1999.

Os dados utilizados para compor esta imagem foram selecionados a partir do arquivo do ESO, no âmbito do concurso Tesouros Escondidos.

Fonte: ESO

Formação estelar intensa na região de Westerhout 43

Escondida da nossa visão, a região formadora de estrelas de Westerhout 43 é revelada nesta imagem de infravermelho distante, do observatório espacial Herschel da ESA.

© Herschel (região Westerhout 43)

Esta nuvem gigante, onde uma multidão de estrelas massivas ganha vida no vento e na poeira, está a quase 20.000 anos-luz do Sol, na constelação de Aquila, a Águia.

Agregando mais de sete milhões de Sóis, esta região abriga mais de 20 viveiros estelares, que estão sendo aquecidos pela poderosa luz de estrelas recém-nascidas. Estes eixos de formação de estrelas destacam-se em tons azuis, contra o ambiente amarelo e vermelho mais frio.

Aninhado na bolha azul brilhante de gás, no centro da imagem, encontra-se um conjunto de estrelas Wolf-Rayet e OB, extremamente quentes e massivas, que em conjunto são mais de um milhão de vezes mais brilhantes do que o nosso Sol. Esta bolha, que hospeda as sementes que crescerão em vários novos aglomerados estelares, é um dos locais de nascimento mais prolíficos das estrelas na nossa galáxia.

Uma fábrica estelar menos extrema, mas ainda muito ativa, é o grande complexo de bolhas azuis visíveis na imagem, à direita. Ao examinar as imagens do Herschel, os astrônomos encontraram evidências do que parece ser uma rede de filamentos que ligam estes dois centros intensos de formação de estrelas.

Localizado numa região muito dinâmica da Via Láctea, na transição entre a barra central da Galáxia e um dos seus braços espirais, Westerhout 43 é um excelente laboratório para estudar como as estrelas, especialmente as massivas, tomam forma na colisão de dois grandes fluxos de matéria interestelar.

Explorar as regiões formadoras de estrelas, por toda a nossa Galáxia, com detalhes sem precedentes, foi um dos principais objetivos do Herschel, que foi lançado em 2009 e operado durante quase quatro anos, observando o céu em comprimentos de onda do infravermelho distante e submilimétrico. Sensível ao calor da pequena fração de poeira fria, misturada com as nuvens de gás onde as estrelas se formam, fotografar tais regiões densas de gás onde novas estrelas estão nascendo, permiti estudar a ação em detalhe.

Esta imagem de três cores combina as observações do Herschel em 70 micrômetros (azul), 160 micrômetros (verde) e 250 micrômetros (vermelho) e abrange cerca de 3º no lado longo; o norte é para cima e o leste para a esquerda. A imagem foi obtida como parte do projeto Hi-GAL da Herschel, que criou todo o plano da Via Láctea em cinco faixas infravermelhas diferentes.

Fonte: ESA