Comportamento estranho de estrela revela buraco negro solitário

Uma estrela está comportando-se de forma muito estranha num aglomerado estelar gigante.

© ESO/L. Calçada (ilustração de sistema binário com um buraco negro)

A estrela parece orbitar um buraco negro invisível com cerca de quatro vezes a massa do Sol, o primeiro buraco negro inativo de massa estelar a ser encontrado num aglomerado globular e o primeiro descoberto diretamente através da detecção do seu efeito gravitacional. Esta importante descoberta tem um forte impacto na nossa compreensão da formação destes aglomerados estelares, buracos negros e origem de eventos de ondas gravitacionais.

Os aglomerados estelares globulares são enormes esferas de dezenas de milhares de estrelas que orbitam a maioria das galáxias. Estes objetos encontram-se entre os sistemas estelares mais velhos conhecidos no Universo, datando do início da formação e evolução galáctica. Atualmente, conhecem-se mais de 150 destes aglomerados pertencentes à Via Láctea.

Um deles em particular, chamado NGC 3201 e situado na constelação austral da Vela, foi agora estudado com o auxílio do instrumento MUSE, montado no Very Large Telescope (VLT) do ESO no Chile. Uma equipe internacional de astrônomos descobriu que uma das estrelas do NGC 3201 está sendo lançada para trás e para a frente com uma velocidade de várias centenas de milhares de km por hora, num ciclo que se repete a cada 167 dias. A estrela descoberta está na fase final da sequência principal. Tendo queimado já todo o seu hidrogênio em seu centro, está agora a caminho de se tornar uma gigante vermelha.

© Hubble (aglomerado estelar globular NGC 3201)

A relação entre buracos negros e aglomerados globulares é importante, mas misteriosa. Devido à sua grande massa e idade elevada, pensa-se que estes aglomerados deram origem a um elevado número de buracos negros estelares, formados quando estrelas massivas em seu interior explodiram e colapsaram ao longo da longa vida do aglomerado.

Na ausência de formação estelar contínua, como é o caso dos aglomerados globulares, os buracos negros de massa estelar tornam-se rapidamente os objetos mais massivos presentes. Geralmente, os buracos negros estelares em aglomerados globulares são cerca de quatro vezes mais massivos que as estrelas de baixa massa que os rodeiam. Teorias recentes concluíram que os buracos negros formam um núcleo denso no centro do aglomerado, o qual se separa depois do resto do material globular. Pensa-se por isso que movimentos no centro do aglomerado ejetem a maioria dos buracos negros, o que significa que apenas alguns sobrevivem após um bilhão de anos.

Os buracos negros estelares formam-se quando estrelas massivas morrem, colapsando sob a sua própria gravidade e explodindo sob a forma de poderosas hipernovas. Para trás fica um buraco negro com a maior parte da massa da estrela original.

O instrumento MUSE do ESO deu aos astrônomos a capacidade única de medir os movimentos de milhares de estrelas distantes simultaneamente. Deste modo, a equipe conseguiu detectar pela primeira vez um buraco negro inativo no coração de um aglomerado globular, ou seja, um buraco negro que não está atualmente “engolindo” matéria e não se encontra rodeado por um disco brilhante de gás. A equipe conseguiu estimar a massa do buraco negro a partir dos movimentos da estrela que se encontra sobre a influência da sua enorme atração gravitacional. Como a luz não consegue escapar dos buracos negros devido à enorme gravidade destes objetos, o método principal de detecção de buracos negros é através de observações de ondas de rádio e raios X emitida pelo material quente que os rodeia. No entanto, quando um buraco negro não se encontra interagindo com matéria quente e portanto não acumula massa ou emite radiação, encontra-se inativo e invisível, sendo por isso necessário aplicar outro método de detecção.

Através das propriedades observadas, determinou-se que a estrela tem cerca de 0,8 vezes a massa do nosso Sol e calculou-se que a massa do seu misterioso companheiro é cerca de 4,36 vezes a massa solar, o que faz dele quase com certeza um buraco negro.

Uma vez que o objeto não luminoso neste sistema binário não pode ser observado diretamente, existem explicações alternativas, se bem que menos plausíveis, para o que poderá ser. Por exemplo, poderia talvez ser um sistema estelar triplo composto de duas estrelas de nêutrons fortemente ligadas, com a estrela observada orbitando em torno destas. Este cenário requereria que cada uma das estrelas fortemente ligadas tivesse pelo menos duas vezes a massa do Sol, um sistema binário que nunca foi observado até agora.

Detecções recentes de fontes rádio e raios X em aglomerados globulares, assim como a detecção de 2016 de sinais de ondas gravitacionais produzidas pela fusão de dois buracos negros de massa estelar, sugerem que estes buracos negros relativamente pequenos podem ser mais comuns em aglomerados globulares do que o que se pensava anteriormente.

Até há pouco tempo, assumia-se que quase todos os buracos negros desapareceriam dos aglomerados globulares após um curto período e que sistemas como este não deveriam sequer existir. Esta descoberta possibilita entender melhor a formação dos aglomerados globulares e a evolução de buracos negros e sistemas binários, aspectos vitais para a compreensão das fontes de ondas gravitacionais.

Este trabalho foi descrito no artigo científico intitulado “A detached stellar-mass black hole candidate in the globular cluster NGC 3201”, de B. Giesers et al., que será publicado na revista especializada Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Fonte: ESO

Uma das galáxias mais distantes jamais observadas

Uma pesquisa intensiva e profunda do Universo, pelos telescópios espaciais Hubble e Spitzer, forneceu a proverbial agulha-num-palheiro: a galáxia mais distante alguma vez vista numa imagem esticada e ampliada pelo fenômeno de lente gravitacional.

© STScI/B. Salmon (aglomerado de galáxias SPT-CL J0615-5746)

A galáxia embrionária, chamada SPT0615-JD, existiu quando o Universo tinha apenas 500 milhões de anos. Embora já tenham sido observadas algumas outras galáxias primitivas desta época, parecem-se essencialmente com pontos vermelhos, dado o seu pequeno tamanho e distâncias tremendas.

No entanto, neste caso o campo gravitacional de um aglomerado de galáxias massivo em primeiro plano, chamado SPT-CL J0615-5746, não só ampliou a luz da galáxia de fundo como também maculou a imagem num arco (cerca de 2 segundos de arco).

A análise da imagem mostra que a galáxia possui mais de 3 bilhões de massas solares (aproximadamente 1/100 da massa da Via Láctea totalmente cultivada). São menos de 2.500 anos-luz, a metade do tamanho da Pequena Nuvem de Magalhães, uma galáxia via satélite da Via Láctea. O objeto é considerado prototípico de galáxias jovens que surgiram durante a época logo após o Big Bang.

Nenhum outro candidato a galáxia foi encontrado a uma distância tão grande e que ao mesmo tempo também fornece informações sobre o tamanho e massa do astro embrionário.

Fonte: Space Telescope Science Institute

Anãs marrons por todo o lado

Num levantamento profundo e sem precedentes em busca de objetos pequenos e fracos na Nebulosa de Órion, os astrônomos usaram o telescópio espacial Hubble para descobrir a maior população, até agora, de anãs marrons salpicadas entre estrelas recém-nascidas.

© STScI/G. Strampelli (anãs marrons na Nebulosa de Órion)

As anãs marrons são mais massivas que os planetas, mas demasiado pequenas para produzir energia como as estrelas. As anãs marrons fornecem pistas importantes para entender como as estrelas e os planetas se formam, e podem estar entre os objetos mais comuns na nossa Galáxia. Foi identificada a presença de água nas atmosferas das anãs marrons, atmosferas estas tão frias que possibilitam a formação de vapor de água. A água é uma clara assinatura de objetos subestelares. A assinatura da água não pode ser facilmente vista da Terra, devido aos efeitos absorventes do vapor de água na nossa própria atmosfera.

Cada símbolo na imagem identifica um par de objetos, que podem ser vistos no centro do símbolo como um único ponto de luz. Técnicas especiais de processamento de imagem foram usadas para separar a luz das estrelas em um par de objetos. O círculo interno mais espesso representa o corpo primário, e o círculo externo mais fino indica o companheiro. Os círculos são codificados por cores: vermelho para um planeta; laranja para uma anã marrom; e amarelo para uma estrela. Localizado no canto superior esquerdo está um par de planetas na ausência de uma estrela progenitora. No meio do lado direito há um par de anãs marrons. A porção da Nebulosa de Órion mede aproximadamente 4 por 3 anos-luz.

Fonte: Space Telescope Science Institute

Descoberto sistema multiplanetário

Na sua busca por exoplanetas o telescópio Kepler da NASA trilha atrás da Terra, medindo o brilho de estrelas que podem abrigar planetas.

© NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (ilustração do sistema K2-138)

No sistema K2-138 a estrela central é ligeiramente menor e mais fria que o nosso Sol. Os cinco planetas conhecidos têm tamanhos que variam entre o da Terra e o de Netuno; o planeta b pode, potencialmente, ser rochoso, mas os planetas c, d, e e f provavelmente contêm grandes quantidades de gelo e gás. Todos os cinco planetas têm períodos orbitais inferiores a 13 dias e são incrivelmente quentes, com temperaturas que variam entre os 420 e 980º C.

O instrumento identifica potenciais planetas em torno de outras estrelas, observando quedas no brilho estelar que ocorrem quando os planetas passam em frente. Normalmente, os programas de computador assinalam as estrelas com estas diminuições de brilho possibilitando observar se realmente podem hospedar um candidato a planeta.

Ao longo dos três anos da missão K2, já foram observadas 287.309 estrelas, e dezenas de milhares mais juntam-se a cada poucos meses. Então, como é que todos estes dados são examinados?

É aqui que entra o projeto de cientistas-cidadão Exoplanet Explorers, desenvolvido pelo astrônomo Ian Crossfield da Universidade da Califórnia em Santa Cruz e pela cientista Jessie Christiansen do Instituto de Tecnologia da Califórnia. O projeto Exoplanet Explorers é hospedado no Zooniverse, uma plataforma online para investigação de contribuição colaborativa.

Pessoas de qualquer lugar podem iniciar sessão e aprender o aspeto real de sinais exoplanetários, e então estudar os dados reais recolhidos pelo telescópio Kepler para votar se um determinado sinal é ou não classificado como um trânsito, ou apenas ruído. Cada sinal de trânsito potencial é observado por um mínimo de 10 pessoas, e cada um precisa de um mínimo de 90% de votos positivos para ser redirecionado para maior caracterização. Usando a profundidade da curva de trânsito e a periodicidade com que aparece é possível fazer estimativas de quão grande é um planeta e de quão perto orbita a sua estrela.

O sistema descoberto é denominado K2-138. Foi observado que os planetas giram em torno da estrela progenitora numa relação matemática interessante chamada ressonância, na qual cada um leva quase exatamente 50% mais tempo para completar uma órbita do que o próximo planeta mais perto da estrela. Os pesquisadores também encontraram um quinto planeta na mesma cadeia de ressonâncias e pistas de um sexto.

Este é o único sistema com uma cadeia de ressonâncias ininterruptas nesta configuração e pode fornecer pistas aos teóricos que procuram desvendar os mistérios da formação e migração planetária.

"A arquitetura orbital deste sistema planetário é uma reminiscência dos satélites galileanos de Júpiter. As comensurabilidades orbitais entre os planetas são fundamentalmente frágeis, de modo que a configuração atual dos planetas do sistema K2-138 aponta claramente para um ambiente de formação planetária laminar," comenta Konstantin Batygin, professor assistente de ciência planetária da Universidade da Cafifórnia, que não esteve envolvido no estudo.

"Algumas teorias atuais sugerem que os planetas se formam por dispersão caótica de rocha e gás e outros materiais nos estágios iniciais da vida do sistema planetário. No entanto, é improvável que estas teorias resultem num sistema tão íntimo e ordeiro, como o de K2-138," realça Christiansen.

O artigo que descreve o sistema foi aceito para publicação na revista The Astronomical Journal.

Fonte: California Institute of Technology

Rigel e a Nebulosa Cabeça da Bruxa

Este rosto estranho brilha no escuro devido à luz das estrelas, evidenciando um perfil torto evocando seu nome popular, a Nebulosa Cabeça da Bruxa.

© Mario Cogo (Rigel e a Nebulosa Cabeça da Bruxa)

Na verdade, este fascinante retrato telescópico dá a impressão de que a bruxa fixou seu olhar na brilhante estrela supergigante de Órion, Rigel. A Nebulosa Cabeça da Bruxa, mais formalmente conhecido como IC 2118, abrange cerca de 50 anos-luz e é composta por grãos de poeira interestelares que refletem a luz da estrela Rigel.

A cor azul da Nebulosa da Cabeça da Bruxa e provocada pela poeira que circunda Rigel é causada não só pela intensa luz azul de Rigel, mas também porque os grãos de poeira dispersam a luz azul de forma mais eficiente do que a luz vermelha. O mesmo processo físico faz com que o céu do dia da Terra apareça azul, embora os dispersores na atmosfera da Terra sejam moléculas de nitrogênio e oxigênio.

A estrela Rigel, a Nebulosa Cabeça da Bruxa, o gás e a poeira circundante ficam a cerca de 800 anos-luz de distância da Terra.

Fonte: NASA

Buraco negro supermassivo sopra enormes bolhas de gás

Pesquisadores através de vários telescópios, incluindo o telescópio espacial Hubble, descobriram um buraco negro supermassivo soprando enormes bolhas de gás quente e brilhante.

© Hubble (galáxias SDSS J1354+1327 e SDSS J1354+1328)

Uma bolha atualmente está se expandindo para fora do buraco negro, enquanto outra bolha mais velha desaparece lentamente.

Este gigante cósmico fica dentro da galáxia no fundo desta imagem, que fica a 900 milhões de anos-luz da Terra e é conhecida como SDSS J1354+1327. A galáxia maior (na parte superior da imagem) é conhecida como SDSS J1354+1328.

Os buracos negros que podem ter uma massa equivalente a bilhões de sóis, são encontrados no centro da maioria das galáxias, inclusive na Via Láctea. Estes buracos negros são capazes de absorver material em seus arredores, fazendo com que eles brilhem como Núcleos Galácticos Ativos (AGN). No entanto, este processo de absorção não é contínuo, pois depende da quantidade de matéria disponível para o buraco negro consomir; se o material circundante é irregular, um AGN pode ser visto cintilando em longos períodos cósmicos.

Esta acreção irregular pode ter acontecido com o buraco negro na SDSS J1354+1327. Os cientistas acreditam que estas duas saídas de material são o resultado do buraco negro que emana material após dois eventos de abastecimeto diferentes.

A primeira explosão criou o resquício que desvanece ao sul: um cone de gás com 33.000 anos-luz. Cerca de 100.000 anos depois, uma segunda explosão gerou a saída mais compacta e radiante que emana do topo da galáxia: um cone de gás sobressaltado com cerca de 3.300 anos-luz.

Fonte: ESA

Primeiras galáxias do Universo giravam como a Via Láctea

Os astrônomos olharam para trás no tempo, para uma época pouco depois do Big Bang, e descobriram gás turbulento em algumas das primeiras galáxias que se formaram no Universo.

© Amanda Smith (ilustração da rotação de uma galáxia no Universo jovem)

Estas galáxias primordiais, observadas como eram há quase 13 bilhões de anos, giravam como um redemoinho, de modo semelhante à nossa própria Via Láctea. No início do Universo, a gravidade fez com que o gás fluísse rapidamente para as galáxias, agitando-as e formando muitas estrelas novas, as violentas explosões de supernova destas estrelas também tornaram o gás turbulento.

Uma equipe internacional liderada por Renske Smit do Instituto Kavli de Cosmologia da Universidade de Cambridge usou o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) para abrir uma nova janela no Universo distante e identificou galáxias normais de formação estelar num estágio muito inicial da história cósmica.

A luz de objetos distantes leva tempo até alcançar a Terra, de modo que a observação de objetos a bilhões de anos-luz permite-nos olhar para trás no tempo e observar diretamente a formação das galáxias mais antigas. No entanto, naquela época o Universo estava repleto de uma "neblina" obscura de hidrogênio neutro, o que torna difícil ver a formação das primeiras galáxias com telescópios ópticos.

Smit e colegas usaram o ALMA para observar duas pequenas galáxias recém-nascidas, como existiam apenas 800 milhões de anos após o Big Bang. Ao analisarem o espectro da radiação infravermelha distante recolhida pelo ALMA, foram capazes de estabelecer a distância às galáxias e, pela primeira vez, ver o movimento interno do gás que abasteceu o seu crescimento.

"Até à construção do ALMA, nunca tínhamos conseguido ver a formação de galáxias em tão grande detalhe e nunca tínhamos sido capazes de medir o movimento do gás em galáxias tão cedo na história do Universo," afirma Stefano Carniani, do Laboratório Cavendish e do Instituto Kavli de Cosmologia, ambos de Cambridge.

Os cientistas descobriram que o gás nestas galáxias recém-nascidas rodava e girava num movimento parecido com o de um redemoinho, um movimento semelhante ao da nossa própria Galáxia e de outras galáxias mais maduras muito mais tarde na história do Universo. Apesar do seu tamanho relativamente pequeno, cerca de cinco vezes menores que a Via Láctea, estas galáxias formavam estrelas a um ritmo maior do que outras galáxias jovens, mas surpreendentemente foi descoberto que as galáxias não eram tão caóticas quanto o esperado.

Os dados deste projeto sobre galáxias pequenas preparam o caminho para estudos maiores de galáxias durante os primeiros bilhões de anos do tempo cósmico.

Os resultados foram apresentados na 231.ª reunião da Sociedade Astronômica Americana e divulgados na revista Nature.

Fonte: National Radio Astronomy Observatory

Exoplanetas têm tamanhos semelhantes e espaçamento orbital regular

Uma equipe internacional liderada pela astrofísica Lauren Weiss da Universidade de Montreal descobriu que os exoplanetas que orbitam a mesma estrela tendem a ter tamanhos semelhantes e espaçamento orbital regular.

© NASA/Tim Pyle (ilustração do exoplaneta Kepler-11)

O exoplaneta Kepler-11 é uma estrela parecida com o Sol com seis planetas em órbita.

Este padrão, revelado pelas novas observações do Observatório W. M. Keck em Mauna Kea, Havaí, de sistemas planetários descobertos pelo telescópio Kepler, pode sugerir que a maioria dos sistemas planetários tem uma história de formação diferente da do Sistema Solar.

O telescópio espacial Kepler, lançado em 2009, possibilitou a descoberta de milhares de exoplanetas. Esta grande amostra permite não apenas estudar sistemas individuais, mas também tirar conclusões sobre os sistemas planetários em geral. Weiss faz parte do levantamento CKS (California-Kepler Survey), que usou o Observatório W. M. Keck para obter espectros de alta resolução de 1.305 estrelas que hospedam 2.025 planetas de trânsito originalmente descobertos pelo Kepler. A partir destes espectros, mediram os tamanhos precisos das estrelas e dos seus planetas.

Nesta nova análise liderada por Weiss, a equipe focou-se em 909 planetas pertencentes a 355 sistemas multiplanetários. Estes planetas estão localizados principalmente entre 1.000 e 4.000 anos-luz de distância da Terra. Usando uma análise estatística foram encontrados dois padrões surpreendentes. Foi descoberto que os exoplanetas tendem a ter o mesmo tamanho que os seus vizinhos. Se um planeta é pequeno, o próximo planeta ao redor da mesma estrela muito provavelmente também será pequeno. Foi descoberto também que os planetas em órbita da mesma estrela tendem a ter um espaçamento orbital regular.

Os tamanhos semelhantes e o espaçamento orbital dos planetas têm implicações para a forma como a maioria dos sistemas planetários se formam. Na teoria clássica da formação planetária, os planetas formam-se num disco protoplanetário que rodeia uma estrela recém-formada. Os planetas podem formar-se em configurações compactas com tamanhos semelhantes e um espaçamento orbital regular, de forma semelhante ao padrão recém-observado em sistemas exoplanetários. No entanto, no nosso Sistema Solar, os planetas interiores têm espaçamentos surpreendentemente grandes e tamanhos diversos. As evidências abundantes no Sistema Solar sugerem que Júpiter e Saturno perturbaram a estrutura inicial do nosso sistema, resultando nos quatro planetas terrestres amplamente espaçados que temos hoje. O fato de que os planetas na maioria dos sistemas ainda têm tamanhos parecidos e a razão de estarem regularmente espaçados sugerem que talvez tenham permanecido não perturbados desde a sua formação.

Para testar esta hipótese, Weiss está realizando um novo estudo no Observatório Keck para procurar análogos de Júpiter em torno de sistemas multiplanetários do Kepler. Os sistemas planetários estudados têm múltiplos planetas bastante perto da sua estrela. Devido à duração limitada da missão Kepler, pouco se sabe sobre o tipo de planetas que orbitam a maiores distâncias orbitais. Espera-se testar como a presença ou a ausência de planetas parecidos com Júpiter, a grandes distâncias orbitais, se relacionam com padrões nos sistemas planetários interiores.

Independentemente das suas populações exteriores, a semelhança dos planetas nas regiões internas dos sistemas extrassolares requer uma explicação. Se o fator decisivo para os tamanhos dos planetas puder ser identificado, isto poderá ajudar a determinar quais as estrelas suscetíveis de abrigar planetas terrestres adequados para a vida.

Um artigo foi publicado na revista The Astronomical Journal.

Fonte: Université de Montréal

Titã apresenta características típicas da Terra

Usando o agora completo conjunto de dados da sonda Cassini, astrônomos da Universidade de Cornell criaram um novo mapa topográfico global da lua de Saturno, Titã, que abriu novas janelas para entender os seus fluxos líquidos e os seus terrenos.

© NASA/Cassini (Titã)

A sonda Cassini usou radar e câmaras infravermelhas para observar por baixo da espessa atmosfera de Titã e mapear os detalhes à superfície.

A criação do mapa demorou cerca de um ano. Ele combina todos dados topográficos de Titã obtidos de várias fontes. Uma vez que apenas 9% de Titã foi observado em alta resolução, com 25 a 30% da topografia observada em resoluções mais baixas, o resto do satélite foi mapeado usando um algoritmo de interpolação e um processo de minimização global, que reduziu erros tais como os decorrentes da posição da nave espacial.

O mapa revelou várias características novas em Titã, incluindo novas montanhas, nenhuma superior a 700 metros. O mapa também fornece uma visão dos altos e baixos da topografia de Titã, que permitiu a confirmação que dois locais na região equatorial de Titã são depressões que podem ou ser mares antigos e secos ou fluxos criovulcânicos.

O mapa também revelou que Titã é um pouco mais achatado do que se sabia anteriormente, o que sugere que há mais variabilidade na espessura da crosta de Titã.

O conjunto de dados pode ser descarregado sob a forma dos dados que foram observados, bem como estes mesmos dados mais os interpolados que não foram observados. O mapa será importante para aqueles que modelam o clima de Titã, estudando a forma e gravidade de Titã, e testando os modelos do interior, bem como para aqueles que procurem compreender formas morfológicas em Titã.

Foram encontrados três resultados importantes usando os dados topográficos do novo mapa. O primeiro é que os três mares de Titã compartilham uma superfície equipotencial comum, o que significa que se formam ao nível do mar, tal como os oceanos da Terra. Ou porque existe fluxo subsuperficial entre os mares ou porque os canais entre eles permitem com que passe líquido suficiente, os oceanos em Titã estão todos à mesma elevação.

"Estamos medindo a elevação de uma superfície líquida em outro corpo a 10 UA do Sol com uma precisão de aproximadamente 40 centímetros. Dado que temos uma precisão tão incrível, fomos capazes de ver que entre estes dois mares a elevação variou suavemente cerca de 11 metros, em relação ao centro de massa de Titã, consistente com a mudança esperada no potencial gravitacional. Estamos medindo o geoide de Titã. Esta é a forma que a superfície tomaria sob a influência, apenas, da gravidade e da rotação, que é a mesma forma que domina os oceanos da Terra," comenta Alex Hayes, professor assistente de astronomia da Universidade de Cornell.

O segundo resultado prova uma hipótese que os lagos de Titã comunicam uns com os outros através da subsuperfície. Hayes e a sua equipe mediram a elevação dos lagos ainda com líquido, bem como aqueles atualmente secos, e descobriram que os lagos existem a centenas de metros acima do nível do mar e que, dentro de uma bacia hidrográfica, as bases dos lagos vazios estão todas em maiores elevações do que as dos lagos com líquido na vizinhança.

"Nós não vemos nenhum lago vazio abaixo dos lagos com líquido locais, porque se estivessem abaixo deste nível, estariam preenchidos. Isto sugere que existe um fluxo subterrâneo e que estão se comunicando uns com os outros," comenta Hayes. "Também nos diz que existem hidrocarbonetos líquidos armazenados à subsuperfície de Titã."

O resultado final levanta um novo mistério sobre Titã. Os pesquisadores descobriram que a vasta maioria dos lagos do satélite de Saturno situa-se em depressões e os lagos estão rodeados por cumes altos, em alguns casos com centenas de metros de altura.

Os lagos parecem ter sido formados da mesma maneira que os lagos do tipo cársico, na Terra, onde o material situado por baixo dissolve-se e a superfície colapsa, formando furos no chão. Os lagos em Titã, como estes lagos terrestres, são topograficamente fechados, sem canais de entrada ou de saída. Mas os da Terra não possuem orlas elevadas e acentuadas.

A forma dos lagos indica um processo chamado retiro de escarpas uniforme, onde as bordas dos lagos expandem-se a um ritmo constante. O maior lago a sul, por exemplo, parece-se com uma série de lagos vazios mais pequenos que coalesceram ou se reuniram numa única grande característica.

"Mas se estas características crescem de dentro para fora, será que isso significa que estão sempre destruindo e recriando as orlas e que as orlas se movem para fora também? Isto propiciará compreender a evolução das bacias polares de Titã," realça Hayes.

Foram publicados dois artigos descrevendo o mapa na revista Geophysical Review Letters.

Fonte: Cornell University

RCW 114: Um Coração do Dragão no Altar

Esta nuvem cósmica, grande e dramaticamente moldada com formato de um coração, abrange quase 7 graus ou 14 luas cheias no céu do planeta Terra em direção à constelação Ara (Altar) no hemisfério celestial sul.

© Andrew Campbell (RCW 114)

Este mosaico telescópico mostra a RCW 114, uma nebulosa filamentar que revela a emissão avermelhada de átomos de hidrogênio ionizado.

A RCW 114 foi reconhecida como um remanescente de supernova. Seus extensos filamentos de emissão são produzidos à medida que a onda de choque ainda em expansão da explosão da morte de uma estrela massiva varre o meio interestelar circundante.

Estimativas consistentes indicam que sua distância é mais de 600 anos-luz, cujo diâmetro é de cerca de 100 anos-luz ou mais. A luz da explosão da supernova que criou a RCW 114 alcançou a Terra há cerca de 20 mil anos. Uma estrela de nêutrons ou pulsar foi recentemente identificada como restos colapsados do núcleo estelar.

Fonte: NASA

Um par de galáxias em fusão

Onde as estrelas se formam quando duas galáxias colidem?

© Hubble (Arp 243)

Para ajudar a descobrir isso, os astrônomos fizeram imagens do par de galáxias em fusão, conhecido como NGC 2623, usando o telescópio espacial Hubble. A análise desta imagem no visível efetuada pelo Hubble, bem como imagens da NGC 2623 realizadas em infravermelho pelo telescópio espacial Spitzer, em raios X pelo XMM-Newton e em ultravioleta pelo GALEX, indicaram que as duas galáxias espirais originais, aparecem agora muito misturadas e que seus núcleos estão unidos em um Núcleo Galáctico Ativo (AGN).

A formação de estrelas continua ao redor deste núcleo perto do centro da imagem, ao longo das caudas de marés esticadas e talvez, de forma surpreendente numa região deslocada do núcleo, na parte superior esquerda onde existem aglomerados de estrelas brilhantes e azuis. O processo de colisão entre galáxias pode levar centenas de milhões de anos, e passar por momentos gravitacionalmente destrutivos.

A NGC 2623, também conhecida como Arp 243, se estende por cerca de 50 mil anos-luz e localiza-se a cerca de 250 milhões de anos-luz de distância da Terra, na constelação do Caranguejo. Reconstruir as galáxias originais e saber como a fusão aconteceu é normalmente algo desafiador, algumas vezes impossível, mas geralmente muito importante para se entender como ocorreu a evolução do Universo.

Fonte: NASA

Ondas gravitacionais medem o Universo

A detecção direta de ondas gravitacionais em pelo menos cinco fontes nos últimos dois anos fornece uma confirmação espetacular do modelo de gravidade e espaço-tempo de Albert Einstein.

© NASA/ESA (NGC 4993 e GW170817)

A galáxia NGC 4993 hospeda o evento de onda gravitacional GW170817 que foi usado para medir a idade do Universo. A fonte deste evento é o ponto avermelhado para cima e para a esquerda do centro da galáxia; não estava aí em imagens anteriores.

A modelagem destes eventos também forneceu informações sobre a formação de estrelas massivas, explosões de raios gama, características das estrelas de nêutrons e a verificação de ideias teóricas sobre como os elementos muito pesados, como o ouro, são produzidos.

Os astrônomos usaram agora um único evento de onda gravitacional (GW170817) para medir a idade do Universo. Uma equipe composta por 1.314 cientistas de todo o mundo contribuiu para a detecção de ondas gravitacionais oriundas da fusão de um par de estrelas de nêutrons, seguida pela detecção de raios gama e depois pela identificação da origem do cataclismo numa fonte localizada na galáxia NGC4993 avistada em imagens obtidas com vários atrasos de tempo e em comprimentos de onda que vão desde os raios X até ao rádio.

A análise das ondas gravitacionais deste evento infere a sua força intrínseca. A força observada é menor, o que implica que a fonte está a aproximadamente 140 milhões de anos-luz de distância. A NGC 4993, a sua galáxia hospedeira, tem uma velocidade externa devido à expansão do Universo que pode ser medida a partir das linhas do espectro. A determinação da distância da galáxia e da velocidade com que se afasta de nós permite que os cientistas calculem o tempo desde que a expansão começou, a idade do Universo: entre aproximadamente 11,9 e 15,7 bilhões de anos, tendo em conta as incertezas experimentais.

A idade derivada deste único evento é consistente com as estimativas de décadas de observações que se baseiam em métodos estatísticos usando outras duas fontes: a radiação cósmica de fundo em micro-ondas e os movimentos das galáxias. A primeira baseia-se no mapeamento da distribuição muito fraca de luz que remonta a uma época mais ou menos 400 mil anos após o Big Bang; a segunda envolve uma análise estatística das distâncias e movimentos de dezenas de milhares de galáxias em épocas relativamente recentes. O fato de que este único evento de onda gravitacional foi capaz de determinar a idade do Universo, é incrível, e não é possível para cada detecção de ondas gravitacionais. Neste caso, houve a identificação óptica da fonte, de modo que uma velocidade pôde ser medida, e a fonte nem estava muito longe nem era muito tênue. Com uma grande amostra estatística de eventos de ondas gravitacionais de todos os tipos, o intervalo atual de valores para a idade vai ficar menor.

O novo resultado é intrigante por outro motivo. Embora tanto a radiação cósmica de fundo em micro-ondas e as medições das galáxias sejam bastante precisas, parecem discordar uma da outra em mais ou menos 10%. Esta divergência pode ser apenas um erro observacional, mas alguns astrônomos suspeitam que pode ser uma diferença real, refletindo algo que falta atualmente na nossa imagem do processo de expansão cósmica, talvez relacionada com a radiação cósmica de fundo remontar a uma época radicalmente diferente do tempo cósmico do que os dados das galáxias. Este terceiro método, os eventos de ondas gravitacionais, podem ajudar a resolver o enigma.

Fonte: Harvard–Smithsonian Center for Astrophysics

O Universo é repleto de estrelas massivas

Uma equipe internacional de astrônomos revelou uma abundância surpreendente de estrelas massivas numa galáxia vizinha.

© ESO/TRAPPIST (Nebulosa da Tarântula)

A descoberta, feita na gigantesca região de formação estelar 30 Doradus na Grande Nuvem de Magalhães, tem consequências importantes para a nossa compreensão de como as estrelas transformaram o Universo pristino até o atual.

"Ficamos surpreendidos quando percebemos que 30 Doradus formou muitas mais estrelas massivas do que o esperado," afirma o pesquisador Fabian Schneider, do Departamento de Física da Universidade de Oxford.

Como parte do levantamento VFTS (VLT-FLAMES Tarantula Survey), a equipe usou o VLT (Very Large Telescope) do ESO para observar quase 1.000 estrelas gigantes em 30 Doradus, um enorme berçário estelar também conhecido como Nebulosa da Tarântula. Foram efetuadas análises detalhadas de aproximadamente 250 estrelas com massas entre 15 e 200 vezes a massa do nosso Sol para determinar a distribuição de estrelas massivas nascidas em 30 Doradus, a chamada função de massa inicial.

As estrelas massivas são particularmente importantes para os astrônomos devido à sua enorme influência nos arredores. Podem explodir como espetaculares supernovas no final das suas vidas, formando alguns dos objetos mais exóticos do Universo, as estrelas de nêutrons e buracos negros.

"Nós fomos não só surpreendidos pelo grande número de estrelas massivas, mas também pela sua função de massa inicial que é densamente amostrada até às 200 massas solares," acrescenta Hugues Sana da Universidade de Leuven, na Bélgica.

Até recentemente, a existência de estrelas até 200 massas solares era altamente disputada e o estudo mostra que parece provável uma massa máxima de nascimento estelar de 200 a 300 sóis.

Na maior parte dos locais do Universo estudados pelos astrônomos até à data, as estrelas tornam-se mais raras quanto mais massivas são. A função de massa inicial prevê que a maioria da massa estelar se encontre em estrelas de baixa massa e que menos de 1% de todas as estrelas nascem com massas superiores a 10 vezes a do Sol. A medição da proporção de estrelas massivas é extremamente complexa, principalmente devido à sua escassez, e há apenas um punhado de locais no Universo onde isto pode ser feito.

A região explorada 30 Doradus, a maior região local de formação estelar, hospeda algumas das estrelas mais massivas já encontradas, possibilitando determinar as massas estelares com ferramentas observacionais, teóricas e estatísticas únicas. Esta grande amostra permitiu que os cientistas obtivessem o segmento mais preciso de massa elevada da função de massa inicial até o momento, e mostrar que as estrelas massivas são muito mais abundantes do que se pensava.

"De fato, os nossos resultados sugerem que a maioria da massa estelar, na realidade, já não está em estrelas de baixa massa, mas que uma fração significativa está em estrelas de massa elevada," acrescenta Chris Evans do Centro de Astronomia e Tecnologia do Reino Unido.

As estrelas são motores cósmicos e produziram a maioria dos elementos químicos mais pesados do que o hélio, desde o oxigênio que respiramos todos os dias até ao ferro no nosso sangue. Durante as suas vidas, as estrelas gigantes produzem grandes quantidades de radiação ionizante e energia cinética através de fortes ventos estelares. A radiação ionizante das estrelas massivas foi crucial para a reiluminação do Universo após a chamada Idade das Trevas, e o seu retorno mecânico impulsiona a evolução das galáxias.

"Os nossos resultados têm consequências de longo alcance para a compreensão do nosso cosmos: podem existir 70% mais supernovas, triplicando os rendimentos químicos e até quatro vezes a radiação ionizante das populações de estrelas massivas. Além disso, a taxa de formação de buracos negros pode aumentar 180%, traduzindo-se diretamente num aumento correspondente de fusões de buracos negros binários que foram recentemente detectados através dos seus sinais de ondas gravitacionais," complementou Fabian Schneider.

Esta pesquisa deixa muitas questões em aberto: quão universais são os achados e quais são as consequências para a evolução do nosso cosmos e para a ocorrência de supernovas e eventos de ondas gravitacionais?

Os resultados foram publicados na revista Science.

Fonte: University of Oxford

Buracos negros supermassivos controlam formação estelar em galáxias

As galáxias jovens resplandecem com novas estrelas brilhantes que se formam a um ritmo elevado, mas a formação estelar eventualmente cessa quando uma galáxia evolui.

© ESO-MPG/MPIfR-APEX/NASA-Chandra (Centauro A)

O poder de um buraco negro supermassivo pode ser visto nesta imagem de Centauro A, um dos núcleos galácticos ativos mais próximos da Terra. A imagem combina dados de vários telescópios em diferentes comprimentos de onda, mostrando jatos e lóbulos alimentados pelo buraco negro supermassivo no centro da galáxia.

Um novo estudo mostra que a massa do buraco negro no centro da galáxia determina quando a "extinção" de formação estelar ocorre.

Cada galáxia massiva tem um buraco negro supermassivo central, com mais de um milhão de vezes a massa do Sol, revelando a sua presença através dos efeitos gravitacionais nas estrelas da galáxia e por vezes alimentando a radiação energética de um núcleo galáctico ativo (AGN). Pensa-se que a energia que a galáxia recebe do núcleo galáctico ativo desliga a formação estelar através do aquecimento e dissipação do gás que, de outra forma, se condensaria em estrelas à medida que arrefecia.

Esta ideia já existe há décadas e os astrofísicos descobriram que as simulações da evolução galáctica devem incorporar retorno do buraco negro a fim de reproduzir as propriedades observadas das galáxias. Mas as evidências observacionais de uma ligação entre os buracos negros supermassivos e a formação estelar não existiam, até agora. Esta é a primeira evidência observacional direta onde é possível ver o efeito do buraco negro na história da formação estelar da galáxia.

Os novos resultados revelam uma interação contínua entre a atividade do buraco negro e a formação estelar ao longo da vida de uma galáxia, afetando todas as gerações de estrelas formadas à medida que a galáxia evolui.

Liderado por Ignacio Martín-Navarro, pesquisador de pós-doutorado da Universidade da Califórnia em Santa Cruz, o estudo focou-se nas galáxias massivas para as quais a massa do buraco negro central já foi medida em estudos anteriores através da análise dos movimentos das estrelas perto do centro da galáxia. Para determinar as histórias de formação estelar das galáxias, Martín-Navarro examinou os espectros detalhados da luz obtidos pelo Hobby-Eberly Telescope Massive Galaxy Survey.

A espectroscopia permite aos astrônomos separar e medir os diferentes comprimentos de onda da luz de um objeto. Martín-Navarro utilizou técnicas computacionais para analisar o espectro de cada galáxia e recuperar a sua história de formação estelar, encontrando a melhor combinação de populações estelares que mais se adequa aos dados espectroscópicos.

Quando comparou as histórias de formação estelar de galáxias com buracos negros de diferentes massas, encontrou diferenças marcantes. Estas diferenças só se correlacionaram com a massa do buraco negro e não com a morfologia, tamanho e outras propriedades galácticas.

"Para as galáxias com a mesma massa de estrelas, mas um buraco negro de massa diferente no centro, estas galáxias com buracos negros maiores 'apagaram-se' mais cedo do que aquelas com buracos negros menores. Portanto, a formação estelar durou mais tempo nas galáxias com buracos negros centrais menores," explica Martín-Navarro.

Outros pesquisadores procuraram correlações entre a formação estelar e a luminosidade dos núcleos galácticos ativos, sem sucesso. Isto pode ser devido às escalas de tempo serem tão diferentes, com a formação estelar ocorrendo ao longo de centenas de milhões de anos, enquanto as explosões dos núcleos galácticos ativos ocorrem em períodos mais curtos.

Um buraco negro supermassivo só é luminoso quando está engolindo ativamente matéria das regiões internas da sua galáxia hospedeira. Os núcleos galácticos ativos são altamente variáveis e as suas propriedades dependem do tamanho do buraco negro, da taxa de acreção de material que cai na sua direção e de outros fatores.

"Existem várias maneiras pelas quais um buraco negro lança energia para a galáxia e os teóricos têm muitas ideias sobre o modo como esta extinção acontece, mas para encaixar estas novas observações nos modelos precisamos de continuar trabalhando," conclui Aaron Romanowsky, astrônomo da Universidade Estatal de San Jose e da Universidade da Califórnia.

O estudo foi publicado dia 1 de janeiro na revista Nature.

Fonte: University of California

Uma visão profunda dos corações das estrelas

À primeira vista, parece impossível observar o interior de uma estrela.

© ESA/Earl Bellinger (ilustração do interior estelar)

Uma equipe internacional de astrônomos, sob a orientação de Earl Bellinger e Saskia Hekker do Instituto Max Planck para Pesquisa do Sistema Solar em Göttingen, Alemanha, determinou pela primeira vez a estrutura interna profunda de duas estrelas com base nas suas oscilações.

O nosso Sol, e a maioria das outras estrelas, têm "pulsações" que se espalham pelo interior estelar como ondas sonoras. As frequências destas ondas são impressas na luz da estrela e podem mais tarde ser observadas pelos astrônomos aqui na Terra. Semelhante à forma como os sismólogos decifram a estrutura interna do nosso planeta através da análise de sismos, os astrônomos determinam as propriedades de estrelas a partir das suas oscilações, um campo chamado asterosismologia. Agora, pela primeira vez, uma análise detalhada destas vibrações permitiu que Earl Bellinger, Saskia Hekker e colegas medissem a estrutura interna de duas estrelas distantes.

As duas estrelas que analisaram fazem parte do sistema 16 Cygni (16 Cyg A e 16 Cyg B) e ambas são muito parecidas com o nosso Sol. "Devido à sua pequena distância de apenas 70 anos-luz, estas estrelas são relativamente brilhantes e, portanto, ideais para a nossa análise," comenta Eartl Bellinger. "Anteriormente, só era possível fazer modelos do interior das estrelas. Agora podemos medi-los."

Para fazer um modelo do interior de uma estrela, os astrofísicos variam os modelos de evolução estelar até que um deles encaixe no espectro de frequência observado. No entanto, as oscilações dos modelos teóricos diferem frequentemente daquelas das estrelas, provavelmente devido a alguma física estelar ainda desconhecida.

Bellinger e Hekker decidiram, portanto, usar o método inverso. Aqui, derivaram as propriedades locais do interior estelar a partir das frequências observadas. Este método depende menos dos pressupostos teóricos, mas requer uma excelente qualidade dos dados medidos e é matematicamente complexo.

Usando o método inverso, os pesquisadores analisaram mais de 500.000 km para o interior das estrelas, e descobriram que a velocidade do som nas regiões centrais é maior do que a prevista pelos modelos. "No caso de 16 Cyg B, estas diferenças podem ser explicadas corrigindo a massa e o tamanho da estrela," explica Bellinger. No entanto, no caso de 16 Cyg A, a causa das discrepâncias não pôde ser identificada.

É possível que fenômenos físicos ainda desconhecidos não sejam suficientemente levados em consideração pelos modelos evolutivos atuais. "Os elementos que foram criados nos estágios iniciais da evolução da estrela podem ter sido transportados desde o núcleo da estrela até às suas camadas exteriores," acrescenta Bellinger. "Isso mudaria a estratificação interna da estrela, o que então afeta a forma como oscila."

Esta primeira análise estrutural das duas estrelas será seguida por mais. "Dez a vinte estrelas adicionais, adequadas para esta análise, podem ser encontradas nos dados do telescópio espacial Kepler," comenta Saskia Hekker, que lidera o grupo de pesquisa SAGE (Stellar Ages and Galactic Evolution) no Instituto Max Planck. No futuro, a missão TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) da NASA e o telescópio espacial PLATO (Planetary Transits and Oscillation of Stars) planejado pela ESA vão recolher ainda mais dados para este campo de pesquisa.

O método inverso fornece novas informações que ajudarão a melhor entender a física no interior das estrelas. Isto levará a melhores modelos estelares, que aperfeiçoarão a nossa capacidade de prever a evolução futura do Sol e de outras estrelas na nossa Galáxia.

Fonte: Max Planck Institute for Solar System Research