Uma formiga espacial dispara os seus lasers

Um fenômeno raro, relacionado com a morte de uma estrela, foi descoberto em observações feitas pelo observatório espacial Herschel da ESA: uma emissão de laser incomum da espetacular Nebulosa da Formiga, que sugere a presença de um sistema duplo de estrelas escondido no seu coração.

© Hubble (Nebulosa da Formiga)

Quando as estrelas de baixo a médio peso, como o nosso Sol, se aproximam do fim das suas vidas, tornam-se, eventualmente, estrelas anãs brancas e densas. No processo, expelem as suas camadas externas de gás e poeira para o espaço, criando um caleidoscópio de padrões intricados, conhecidos como uma nebulosa planetária.

As observações do Herschel, em infravermelho, mostraram que a morte dramática da estrela central no núcleo da Nebulosa da Formiga é ainda mais teatral do que sugerido pela sua aparência colorida em imagens visíveis, como aquelas obtidas pelo tlescópio espacial Hubble da NASA/ESA. Conforme revelado pelos novos dados, a Nebulosa da Formiga também irradia intensa emissão de laser a partir do seu núcleo.

Embora os lasers da vida cotidiana atual possam significar efeitos visuais especiais em concertos de música, no espaço, as emissões concentradas são detectadas em diferentes comprimentos de onda sob condições específicas. Apenas alguns destes lasers infravermelhos espaciais são conhecidos.

Por coincidência, o astrônomo Donald Menzel, o primeiro que observou e classificou esta nebulosa planetária em particular, na década de 1920 (é oficialmente conhecida como Menzel 3), também foi um dos primeiros a sugerir que, em certas condições, a amplificação da luz natural por emissão estimulada de radiação, a partir do qual a sigla ‘laser’ deriva (light amplification by stimulated emission of radiation) - poderia ocorrer em nebulosas gasosas. Isto foi bem antes da descoberta e da primeira operação bem-sucedida dos lasers nos laboratórios em 1960, uma ocasião que, aliás, é celebrada anualmente a 16 de maio como o Dia Internacional da Luz.

“Quando observamos Menzel 3, vemos uma estrutura surpreendentemente intricada composta de gás ionizado, mas não podemos ver o objeto no seu centro produzindo este padrão”, diz Isabel Aleman, do Observatório Leiden, na Holanda. “Graças à sensibilidade e ampla faixa de comprimento de onda do observatório Herschel, detectamos um tipo muito raro de emissão, denominado emissão de laser de recombinação de hidrogênio, que forneceu uma maneira de revelar a estrutura e as condições físicas da nebulosa.”

Este tipo de emissão de laser necessita de gás muito denso perto da estrela. A comparação das observações com modelos descobriu que, a densidade do gás emissor de laser é cerca de dez mil vezes maior do que a do gás visto em nebulosas planetárias típicas e nos lóbulos da própria Nebulosa da Formiga.

Normalmente, a região próxima à estrela morta - neste caso, a distância entre Saturno e o Sol - é bastante vazia, porque a maior parte do seu material é ejetada para fora. Qualquer gás remanescente cairia logo de volta nela.

A única maneira de manter o gás perto da estrela é se este estiver orbitando em torno dela num disco. Neste caso, observamos um disco denso no centro que é visto aproximadamente na borda. Esta orientação ajuda a amplificar o sinal do laser. O disco sugere que a anã branca tem um companheiro binário, porque é difícil fazer com que o gás ejetado entre em órbita, a menos que uma estrela acompanhante o desvie na direção certa.

Os astrônomos ainda não conseguiram observar a segunda estrela, mas acham que a massa da estrela companheira está sendo ejetada e depois capturada pela compacta estrela central da nebulosa planetária original, produzindo o disco onde a emissão do laser é produzida.

“Este estudo sugere que a inconfundível Nebulosa da Formiga, como a vemos hoje, foi criada pela natureza complexa de um sistema estelar binário, que influencia a forma, propriedades químicas e evolução nestes estágios finais da vida de uma estrela,” diz Göran Pilbratt, cientista do projeto Herschel da ESA.

“O Herschel ofereceu as perfeitas capacidades de observação para detectar este extraordinário laser na Nebulosa da Formiga. As descobertas nos ajudarão a restringir as condições sob as quais este fenômeno ocorre e também a refinar os nossos modelos de evolução estelar. É também deslumbrante o fato da missão Herschel ter sido capaz de conectar as duas descobertas de Menzel de há quase um século atrás.”

Um artigo descrevendo os resultados foi aceito para publicação no periódico Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Fonte: ESA

Achada formação de estrelas numa época surpreendentemente precoce

Com o auxílio do Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) e do Very Large Telescope (VLT) do ESO, astrônomos determinaram que a formação estelar na galáxia muito distante MACS1149-JD1 começou numa época surpreendentemente precoce, apenas 250 milhões de anos após o Big Bang.

© ALMA/Hubble (galáxia MACS1149-JD1 no aglomerado de galáxias MACS J1149.5+2223)

Esta descoberta também revelou o oxigênio mais distante já encontrado no Universo e a galáxia mais distante observada pelo ALMA ou pelo VLT até agora.

A equipe detectou nesta galáxia um brilho muito fraco emitido por oxigênio ionizado. Como esta luz infravermelha viajou através do espaço, a expansão do Universo “esticou-a” de tal modo que o seu comprimento de onda era, quando chegou à Terra e foi detectada pelo ALMA, cerca de dez vezes maior do que quando foi emitida pela galáxia. A equipe inferiu que o sinal tinha sido emitido há 13,3 bilhões de anos atrás (ou 500 milhões de anos após o Big Bang), o que faz deste oxigênio o mais distante já detectado por um telescópio. A presença de oxigênio é um sinal claro de que devem ter havido gerações anteriores de estrelas nesta galáxia.

Além do brilho do oxigênio captado pelo ALMA, um sinal ainda mais fraco de emissão de hidrogênio também foi detectado pelo VLT. A distância à galáxia determinada a partir desta observação é consistente com a distância determinada a partir da observação de oxigênio, o que faz com que MACS1149-JD1 seja a galáxia mais distante já observada com uma medição de distância precisa, e a galáxia mais distante já observada pelo ALMA ou pelo VLT.

“Estamos vendo esta galáxia quando o Universo tinha apenas 500 milhões de anos de idade e, no entanto, este objeto apresenta já uma população de estrelas bastante madura,” explica Nicolas Laporte, pesquisador na University College London (UCL) no Reino Unido. “Podemos portanto usar esta galáxia para investigar um período ainda mais precoce, e completamente desconhecido, da história cósmica.”

Durante um período após o Big Bang não havia oxigênio no Universo, já que este elemento foi criado através de processos de fusão nas primeiras estrelas e liberado para o espaço quando estas estrelas morreram. A detecção de oxigênio em MACS1149-JD1 indica que gerações anteriores de estrelas já se tinham formado e expelido oxigênio apenas 500 milhões de anos após o início do Universo.

Mas quando é que esta formação estelar anterior teria ocorrido? Para o descobrir, a equipe reconstruiu a história precoce de MACS1149-JD1 usando dados infravermelhos obtidos pelos telescópios espaciais Hubble da NASA/ESA e Spitzer da NASA. Os pesquisadores descobriram que o brilho observado da galáxia pode ser explicado por um modelo onde o início da formação estelar ocorreu apenas 250 milhões de anos após o início do Universo. Isto corresponde a um desvio para o vermelho de cerca de 15.

A maturidade das estrelas observadas em MACS1149-JD1 levanta a questão de quando é que as primeiras galáxias emergiram da escuridão total, uma época denominada “madrugada cósmica”. Ao estabelecer a idade de MACS1149-JD1, a equipe demonstrou realmente que as galáxias existiram mais cedo do que as que podemos detectar atualmente de forma direta.

Richard Ellis, astrônomo da UCL conclui: “Determinar quando é que a madrugada cósmica ocorreu é semelhante na cosmologia e formação de galáxias a descobrir o Santo Graal. Com estas novas observações de MACS1149-JD1, aproximamo-nos de poder testemunhar de forma direta o nascimento da luz das estrelas! Uma vez que todos nós somos feitos de material estelar processado, o que isto significa é que nos aproximamos efetivamente de descobrir as nossas próprias origens cósmicas.”

Estes resultados foram descritos no artigo intitulado “The onset of star formation 250 million years after the Big Bang”, de T. Hashimoto et al., que será publicado na revista Nature.

Fonte: ESO

Descoberto pulsar de raios X em órbita recorde

Cientistas que analisavam os primeiros dados da missão NICER (Neutron star Interior Composition Explorer) da NASA encontraram duas estrelas que giram em torno uma da outra a cada 38 minutos.

© Goddard Space Flight Center (ilustração de um pulsar e uma anã branca)

Uma das estrelas do sistema chamado IGR J17062–6143 (J17062, abreviado) é uma estrela superdensa e de rápida rotação a que chamamos pulsar. A descoberta confere ao par estelar o recorde do período orbital mais curto para uma determinada classe de sistema binário de pulsares.

Os dados do NICER também mostram que as estrelas do par J17062 estão apenas separadas por 300.000 quilômetros, menos do que a distância entre a Terra e a Lua. Com base no rapidíssimo período orbital e na separação do par, os cientistas envolvidos num novo estudo do sistema pensam que a segunda estrela é uma anã branca pobre em hidrogênio.

"Não é possível para uma estrela rica em hidrogênio, como o nosso Sol, ser a companheira do pulsar," comenta Tod Strohmayer, astrofísico do Goddard Space Flight Center. "Não conseguimos fazer encaixar uma estrela como essa numa órbita tão pequena."

Uma observação prévia de 20 minutos pelo RXTE (Rossi X-ray Timing Explorer) em 2008 só conseguiu estabelecer um limite inferior para o período orbital de J17062. O NICER, instalado a bordo da Estação Espacial Internacional em junho passado, pôde observar o sistema por períodos muito mais longos. Em agosto, o instrumento focou-se em J17062 por mais de sete horas ao longo de 5,3 dias. Combinando observações adicionais em outubro e novembro, a equipe de cientistas foi capaz de confirmar o período orbital recorde para um sistema binário contendo um AMXP (Accreting Millisecond X-ray Pulsar).

Quando uma estrela massiva passa a supernova, o seu núcleo colapsa num buraco negro ou numa estrela de nêutrons, pequena e superdensa, do tamanho de uma cidade, mas com mais massa do que o Sol. As estrelas de nêutrons são tão quentes que a luz que irradiam passa a porção incandescente do espetro visível e ultravioleta até aos raios X. Um pulsar é uma estrela de nêutrons que gira rapidamente.

A observação de J17062 executada em 2008 pelo RXTE descobriu pulsos recorrentes de raios X 163 vezes por segundo. Estes pulsos marcam a localização de pontos quentes ao redor dos polos magnéticos do pulsar, o que permitiu a determinação de quão rapidamente gira. O pulsar de J17062 gira a cerca de 9.800 rotações por minuto.

Pontos quentes formam-se quando o intenso campo gravitacional de uma estrela de nêutrons retira material de uma companheira estelar - em J17062, da anã branca - e é colocado num disco de acreção. A matéria no disco espirala para dentro, eventualmente chegando à superfície. As estrelas de nêutrons têm campos magnéticos fortes, de modo que o material aterra na superfície de forma desigual, viajando ao longo do campo magnético até aos polos onde produz os pontos quentes.

O constante bombardeamento de gás em queda faz com que os pulsares de acreção girem mais rapidamente. Enquanto giram, os pontos quentes entram e saem da vista de instrumentos de raios X como o NICER, que regista as flutuações. Alguns pulsares giram mais de 700 vezes por segundo. As flutuações de raios X dos pulsares são tão previsíveis que o SEXTANT (Station Explorer for X-ray Timing and Navigation Technology) já mostrou que podem servir como faróis para navegação autônoma em futuras naves espaciais.

Com o tempo, o material da estrela doadora é acumulado à superfície da estrela de nêutrons. Assim que a pressão desta camada cresce até ao ponto em que os seus átomos se fundem, ocorre uma reação termonuclear descontrolada, liberando a energia equivalente a 100 bombas de 15 megatoneladas que explodem sobre cada centímetro quadrado. Os raios X de tais explosões também pode ser captados pelo NICER, embora ainda não tenham sido vistas em J17062.

Os pesquisadores foram capazes de determinar que as estrelas de J17062 giram em torno uma da outra numa órbita circular, o que é comum para os AMXPs. A estrela doadora, anã branca, é um "peso leve", com mais ou menos 1,5% da massa do Sol. O pulsar tem muito mais massa, cerca de 1,4 massas solares, o que significa que as estrelas orbitam um ponto a cerca de 3.000 km do pulsar. É quase como se a estrela doadora orbitasse um pulsar estacionário, mas o NICER é sensível o suficiente para detectar a pequena flutuação na emissão de raios X do pulsar devido à atração gravitacional da anã branca.

"A distância entre nós e o pulsar não é constante," comenta Strohmayer. "Varia devido a este movimento orbital. Quando o pulsar está mais próximo, a emissão de raios X leva um pouco menos a chegar até nós do que quando está mais distante. O atraso é pequeno, apenas cerca de 8 milissegundos para a órbita de J17062, mas está bem dentro das capacidades de uma máquina sensível como o NICER."

A missão do NICER é fornecer medições de alta precisão para melhor estudar a física e o comportamento das estrelas de nêutrons. Outros dados do instrumento forneceram resultados sobre as explosões termonucleares de um objeto e exploraram o que acontece com o disco de acreção durante estes eventos.

"As estrelas de nêutrons são verdadeiros laboratórios de física nuclear, do ponto de vista terrestre," comenta Zaven Arzoumanian, astrofísico Goddard Space Flight Center e cientista chefe do NICER. "Não podemos recriar as condições das estrelas de nêutrons em qualquer parte do nosso Sistema Solar. Um dos principais objetivos do NICER é estudar a física subatômica que não é acessível em nenhum outro lugar."

Os resultados do estudo foram publicados na revista The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: Goddard Space Flight Center

Rotação da Grande Nuvem de Magalhães

Esta imagem não está embaçada.

© ESA/Gaia (rotação da Grande Nuvem de Magalhães)

Ela mostra em detalhes que a maior galáxia satélite da nossa Via Láctea, a Grande Nuvem de Magalhães (LMC), gira. Determinado pela primeira vez com o Hubble, a rotação da LMC é apresentada aqui com dados finos do satélite Gaia, em órbita do Sol.

O Gaia mede as posições das estrelas com tanta precisão que as medições subsequentes podem revelar pequenos movimentos próprios de estrelas não detectáveis anteriormente.

A imagem em destaque mostra, efetivamente, trilhas estelares exageradas pelos milhões de fracas estrelas da LMC.

A inspeção da imagem também mostra o centro de rotação no sentido horário: perto da parte superior da barra central da LMC. A LMC, proeminente nos céus do sul, é uma pequena galáxia espiral que foi distorcida por encontros com a maior galáxia, a Via Láctea, e a menor galáxia, a Pequena Nuvem de Magalhães (SMC).

Fonte: NASA

Uma espiral disfarçada

Assemelhando-se a uma vassoura incandescente de feiticeira, a NGC 1032 abre caminho na escuridão silenciosa do espaço nesta imagem do telescópio espacial Hubble.

© Hubble (NGC 1032)

A NGC 1032 está localizada a cerca de cem milhões de anos-luz de distância na constelação de Cetus (O Monstro do Mar). Embora bonita, esta imagem talvez não faça jus ao verdadeiro apelo estético da galáxia: a NGC 1032 é na verdade uma galáxia espiral espetacular, mas da Terra, o vasto disco de gás, poeira e estrelas da galáxia é visto quase de lado.

Um punhado de outras galáxias pode ser visto à espreita no fundo, espalhado ao redor da estreita faixa da NGC 1032. Muitas são orientadas de frente ou em ângulos inclinados, exibindo seus braços espirais glamourosos e núcleos brilhantes. Tais orientações fornecem uma riqueza de detalhes sobre os braços e seus núcleos, mas entender completamente a estrutura tridimensional de uma galáxia também requer uma visão de perfil. Isso conduz a uma ideia geral de como as estrelas são distribuídas por toda a galáxia e permite a medida da “altura” do disco e o brilhante núcleo cravejado de estrelas.

Fonte: ESA

A lua Hyperion de Saturno

O que está no fundo das estranhas crateras de Hyperion?

© NASA/Cassini/Gordan Ugarkovic (Hyperion)

Para ajudar a descobrir, a sonda Cassini orbitando Saturno passou pela lua texturizada em 2005 e 2010 e tirou fotos de detalhes sem precedentes. Um mosaico de seis imagens da passagem de 2005, apresentado aqui em cores naturais, mostra um mundo notável repleto de crateras estranhas e uma superfície parecida com uma esponja.

No fundo da maioria das crateras, há algum tipo de material avermelhado escuro desconhecido. Este material parece semelhante ao que cobre parte de outra das luas de Saturno, Iapetus, e pode afundar na lua gelada, uma vez que absorve melhor a luz do Sol.

Hyperion tem cerca de 250 quilômetros de diâmetro, gira caoticamente e tem uma densidade tão baixa que provavelmente abriga um vasto sistema de cavernas no interior.

Fonte: NASA

A Nebulosa do Ovo do Robin

Esta linda nuvem cósmica fica a cerca de 1.500 anos-luz de distância, sua forma e cor lembram o ovo de um robin azul.

© Josep Drudis/Don Goldman (NGC 1360)

O objeto foi descoberto pelo astrônomo August Winnecke em 1868, e abrange cerca de 3 anos-luz, aninhados com segurança dentro dos limites da constelação de Fornax.

Reconhecida como uma nebulosa planetária, a NGC 1360 não representa um começo. Em vez disso, corresponde a uma fase breve e final na evolução de uma estrela envelhecida. De fato, visível na imagem telescópica, a estrela central da NGC 1360 é conhecida por ser um sistema estelar binário que provavelmente consiste em duas estrelas anãs brancas evoluídas, menos massivas mas muito mais quentes que o Sol.

Sua radiação ultravioleta intensa removeu os elétrons dos átomos do envoltório gasoso circundante. A matiz azul-verde predominante da NGC 1360 vista aqui é a forte emissão produzida pelos elétrons recombinados com átomos de oxigênio duplamente ionizados.

Fonte: NASA

Galáxias no Rio

Grandes galáxias crescem englobando galáxias menores.

© M. Meunier/L. Bernasconi (NGC 1531 & NGC 1532)

Até mesmo nossa própria galáxia pratica o canibalismo galáctico, absorvendo pequenas galáxias que se aproximam demais e são capturadas pela gravidade da Via Láctea. De fato, a prática é comum no Universo e ilustrada por este impressionante par de galáxias em interação nas margens da constelação do sul Eridanus, O Rio.

Localizada a mais de 50 milhões de anos-luz de distância, a grande e distorcida galáxia espiral NGC 1532 é vista interagindo gravitacionalmente com a galáxia anã NGC 1531 (à direita do centro), uma luta que a galáxia menor eventualmente perderá.

Vista de lado, a galáxia espiral NGC 1532 abrange cerca de 100.000 anos-luz. Muito bem detalhado nesta imagem, o par NGC 1532/1531 é semelhante ao sistema bem estudado de espiral frontal e pequena companheira conhecido como M51.

Fonte: NASA

Uma pluralidade de singularidades no centro galáctico

Uma recente pesquisa informal descobriu que os astrônomos ainda não têm um bom nome coletivo para um grupo de buracos negros, mas eles precisam de um.

© NASA/Chandra (Sgr A* e binários de raios X)

Os círculos vermelhos nesta imagem de raio X do observatório Chandra identificam um grupo de uma dúzia de buracos negros que são membros de sistemas estelares binários. A dúzia de binárias de raios X remanescentes é identificada na versão rotulada da imagem usando círculos de cor vermelha. Outras fontes com quantidades relativamente grandes de raios X de alta energia são rotuladas em branco, e são na maior parte binárias contendo estrelas anãs brancas.

Com 5 a 30 vezes a massa do Sol, os binários de buracos negros estão aglomerados em cerca de 3 anos-luz do centro da nossa galáxia onde o buraco negro supermassivo identificado como Sagitário A* (Sgr A*) reside. Estudos teóricos da dinâmica de estrelas em galáxias indicaram que uma grande população de buracos negros de massa estelar - até 20.000 - poderia se deslocar para o interior ao longo do tempo em torno de Sgr A*.

Os círculos amarelos indicam fontes de raios X que provavelmente são estrelas de nêutrons menos massivas ou estrelas anãs brancas em sistemas estelares binários.

Os buracos negros sozinhos seriam invisíveis, mas como parte de um sistema estelar binário, eles criam material de sua companheira normal e geram raios X.

A certa distância do centro galáctico, o Chandra consegue detectar apenas o mais brilhante destes sistemas binários de buracos negros como fontes pontuais de raios X, sugerindo que muitos binários de buracos negros emissores de raios X mais fracos deveriam existir lá, ainda não detectados.

Embora a explicação do buraco negro seja plausível, não pode ser descartada a possibilidade de que cerca de metade das dúzias de fontes observadas sejam de uma população de pulsares de milissegundo, ou seja, estrelas de nêutrons muito velozes com fortes campos magnéticos.

Esta descoberta também poderia informar a futura pesquisa de ondas gravitacionais. Saber o número de buracos negros no centro de uma galáxia típica pode ajudar a prever melhor quantos eventos de ondas gravitacionais podem estar associados a eles.

Fonte: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics

Um possível planeta em formação foi fotografado por acaso

Um grupo de astrônomos, liderada por pesquisadores holandeses da Universidade de Leiden, estava examinando o disco de poeira em torno da jovem estrela dupla CS Cha, quando viram um pequeno ponto na borda das suas imagens.

© C. Ginski/SPHERE (imagem infravermelha do binário CS Cha com o companheiro no círculo)

O ponto é um pequeno planeta com apenas alguns milhões de anos, que se move juntamente com a estrela dupla. Ainda não está claro se é um super-Júpiter em formação ou uma anã marron.

Os pesquisadores suspeitam que é um planeta na sua infância que ainda está crescendo. Os astrônomos usaram o instrumento SPHERE no Very Large Telescope (VLT) do ESO no Chile.

A estrela binária CS Cha e o seu companheiro especial estão localizados a cerca de seiscentos anos-luz de distância da Terra numa região de formação estelar na direção da constelação do hemisfério sul de Camaleão. A estrela dupla tem apenas dois ou três milhões de anos. Os pesquisadores queriam estudar a estrela para procurar um disco de poeira e planetas em formação.

Durante a sua análise da estrela binária, os astrônomos viram um pequeno ponto na borda das suas imagens. Os cientistas mergulharam nos arquivos do telescópio e descobriram o ponto, mas muito mais tênue, também em fotografias com 19 anos obtidas pelo telescópio espacial Hubble e em fotografias com 11 anos do VLT. Graças a estas imagens antigas, foi possível identificar que o companheiro se move com o binário e que pertencem juntos.

Ainda não se sabe definitivamente o aspeto do companheiro e como foi formado. Os cientistas tentaram encaixar vários modelos nas observações, mas não há plena certeza. O companheiro pode ser uma pequena estrela anã marron, mas também pode ser um super-Júpiter.

O autor principal Christian Ginski explica: "A parte mais emocionante é que a luz do companheiro é altamente polarizada. Esta preferência na direção da polarização geralmente ocorre quando a luz é espalhada ao longo do caminho. Nós suspeitamos que o companheiro esteja rodeado pelo seu próprio disco de poeira. A parte complicada é que o disco bloqueia grande parte da luz e é por isso que dificilmente podemos determinar a massa do companheiro. De modo que pode ser uma anã marron, mas também um super-Júpiter em formação. Os modelos clássicos de formação planetária não nos conseguem ajudar."

No futuro, os pesquisadores querem examinar o binário e o companheiro em mais detalhe. Pretendem usar o telescópio internacional ALMA situado no planalto Chajnantor dos Andes Chilenos.

Em breve será publicado um artigo aceito pela revista Astronomy & Astrophysics.

Fonte: Leiden University

Galáxias massivas em aglomerados se movem de maneira inesperada

Astrônomos usando dados de ambos os espectrógrafos (Norte e Sul) do Gemini Multi-Object Spectrographs (GMOS) mediram os movimentos das estrelas dentro de uma amostra de 32 galáxias elípticas e encontraram os movimentos estelares inconsistentes com os primos solitários destas galáxias.

© Gemini Observatory (aglomerados de galáxias MS0440+02)

A imagem mostra o aglomerado de galáxias MS0440+02, destacando seis esferóides elípticos brilhantes, todos com o mesmo redshift.

As galáxias escolhidas são conhecidas como as galáxias mais brilhantes dos aglomerados (BCGs), porque são os membros mais brilhantes de grandes aglomerados de galáxias. A equipe internacional de astrônomos obteve espectros usando os observatórios Gemini,  para encontrar as velocidades relativas das estrelas dentro de cada galáxia e, em seguida, determinar as dispersões centrais de velocidade estelar e os perfis de dispersão radial para cada galáxia. “Isso é semelhante ao que vemos em nosso próprio Sistema Solar com as diferentes velocidades dos planetas ao redor do Sol,” disse John Blakeslee, chefe de ciência do Gemini Observatory. “Usamos as velocidades dos planetas para determinar a distribuição em massa do nosso Sistema Solar e também como conhecemos a massa do Sol com precisão”.

Os pesquisadores descobriram uma variedade surpreendente nas formas dos perfis de dispersão de velocidade para as BCGs, com uma grande fração mostrando perfis de dispersão crescentes. Um perfil crescente de dispersão de velocidade significa que as estrelas dentro destas galáxias estão se movendo mais rápido à medida que você avança para mais longe do núcleo da galáxia em resposta a uma força gravitacional crescente. Em comparação, os perfis de dispersão de velocidade ascendente são muito mais raros em outras elípticas massivas que não são BCGs, incluindo muitas galáxias mais brilhantes em grupos (BGGs).

“Você pensaria ingenuamente que galáxias elípticas massivas são uma classe de objetos homogêneos e bem comportados, mas as mais massivas, aquelas dos centros de grupos e aglomerados, continuam a nos surpreender,” disse Ilani Loubser, astrônoma da North-West University na África do Sul. Ela também observou: “A qualidade e a riqueza de informações que podemos medir a partir dos espectros do GMOS (mesmo em clima ruim) são notáveis!”

As BCGs tendem a residir perto dos centros de seus respectivos aglomerados e, portanto, são geralmente incorporadas em distribuições estendidas de matéria luminosa e escura. A amostra de BCGs neste estudo incluiu algumas das galáxias mais massivas conhecidas no Universo a uma distância de cerca de 3,2 bilhões de anos-luz (z ~ 0,3).

O estudo também descobriu que os declives dos perfis de dispersão de velocidade se correlacionam com a luminosidade da galáxia, no sentido de que o aumento na velocidade das estrelas é maior em BCGs mais brilhantes, assim como em BGGs. Se a diversidade completa nos perfis de dispersão de velocidade observados é consistente com os modelos padrão para o crescimento de galáxias massivas, ainda não está claro. Comparações mais detalhadas com perfis de dispersão de velocidade em simulações cosmológicas são necessárias.

O estudo foi aceito para publicação no Monthly Notices da Royal Astronomical Society.

Fonte: Gemini Observatory

Asteroide exilado descoberto nos confins do Sistema Solar

Com o auxílio dos telescópios do ESO, uma equipe internacional de astrônomos investigou uma relíquia do Sistema Solar primordial.

© ESO/M. Kornmesser (ilustração do asteroide exilado 2004 EW₉₅)

A equipe descobriu que o estranho objeto do Cinturão de Kuiper 2004 EW₉₅ é um asteroide rico em carbono, o primeiro deste tipo confirmado nos frios confins do Sistema Solar. Este curioso objeto formou-se muito provavelmente no cinturão de asteroides situado entre Marte e Júpiter e foi depois lançado a bilhões de quilômetros de distância, instalando-se assim no Cinturão de Kuiper.

Os primórdios do nosso Sistema Solar foram muito tempestuosos. Modelos teóricos deste período predizem que depois da formação dos gigantes gasosos, estes planetas assolaram o Sistema Solar, ejetando pequenos corpos rochosos das regiões internas para órbitas mais externas, muito afastadas do Sol. Modelos dinâmicos atuais relativos à evolução do Sistema Solar primordial, tais como a hipótese Grand Tack e o modelo de Nice, preveem que os planetas gigantes migraram inicialmente para o interior e posteriormente para o exterior, perturbando e espalhando objetos do Sistema Solar interno. Como consequência, espera-se que uma pequena percentagem de asteroides rochosos tenha sido ejetada para órbitas situadas na Nuvem de Oort e no Cinturão de Kuiper.

Em particular, os modelos sugerem que o cinturão de Kuiper, uma região fria situada além da órbita de Netuno, deveria conter uma pequena fração de corpos rochosos originários do Sistema Solar interno, tais como os asteroides ricos em carbono, os chamados asteroides carbonáceos, ou do tipo C.

Agora, um artigo científico recente apresenta evidências sólidas para a existência do primeiro asteroide do tipo C observado no cinturão de Kuiper, apoiando assim fortemente os modelos teóricos dos primórdios turbulentos do nosso Sistema Solar. Após medições difíceis obtidas por vários instrumentos montados no Very Large Telescope (VLT) do ESO, uma pequena equipe de astrônomos liderada por Tom Seccull da Queen’s University Belfast no Reino Unido, conseguiu obter a composição do objeto anômalo do cinturão de Kuiper 2004 EW₉₅ e determinar que se trata de um asteroide carbonáceo. Este fato sugere que este asteroide se formou originalmente no Sistema Solar interno, tendo depois migrado mais para o exterior.

A natureza peculiar do 2004 EW₉₅ foi inicialmente observada com o telescópio espacial Hubble por Wesley Fraser, também astrônomo na Queen’s University Belfast e um dos membros da equipe responsável por esta descoberta. O espectro de reflexão do asteroide, um padrão específico de comprimentos de onda da luz refletida por um objeto, era diferente dos espectros de pequenos objetos do cinturão de Kuiper semelhantes, os quais apresentam tipicamente espectros pouco interessantes sem estruturas, que revelam pouca informação sobre a sua composição.

O espectro de reflexão do 2004 EW₉₅ era claramente distinto dos outros objetos observados no Sistema Solar externo.

A equipe observou o 2004 EW₉₅ com os instrumentos X-Shooter e FORS2 montados no VLT. A sensibilidade destes espectrógrafos permitiu aos pesquisadores obter medições mais detalhadas do padrão de luz refletida pelo asteroide e consequentemente inferir a sua composição.

No entanto, mesmo com o impressionante poder coletor do VLT, o 2044 EW₉₅ era ainda difícil de observar. Apesar do objeto ter uma dimensão de 300 km, encontra-se atualmente à colossal distância de 4 bilhões de km da Terra, o que faz com que a obtenção de dados da sua superfície escura rica em carbono, se torne  num desafio científico bastante grande.

Duas estruturas nos espectros do objeto eram particularmente notórias e correspondiam à presença de óxidos de ferro e filossilicatos. A presença destes materiais nunca tinha sido confirmada anteriormente num objeto do cinturão de Kuiper e sugere fortemente que 2004 EW₉₅ se formou no Sistema Solar interior.

Dada a localização atual de 2004 EW₉₅ nos confins gelados do Sistema Solar, é possível que o objeto foi lançado para a sua órbita atual por um planeta migratório durante os primórdios do Sistema Solar.

Este trabalho foi publicado na revista especializada The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: ESO

Encontrado um exoplaneta sem nuvens

Cientistas detectaram uma atmosfera exoplanetária livre de nuvens, marcando um avanço fundamental na busca por uma maior compreensão dos planetas situados além do nosso Sistema Solar.

© Engine House (ilustração do "Saturno quente" WASP-96b)

Uma equipe internacional de astrônomos, liderada pelo Dr. Nikolay Nikolov da Universidade de Exeter, Reino Unido, descobriu que a atmosfera do "Saturno quente" WASP-96b não tem nuvens.

Usando o Very Large Telescope (VLT) de 8,2m no Chile, a equipe estudou a atmosfera do WASP-96b quando o planeta passou em frente da sua estrela progenitora. Isto permitiu a medida da diminuição da luz estelar provocada pelo planeta e pela sua atmosfera, possibilitando determinar a composição atmosférica do planeta.

Assim como as impressões digitais de um indivíduo são únicas, os átomos e as moléculas têm uma característica espectral única que pode ser usada para detectar a sua presença em objetos celestes. O espectro do WASP-96b mostra a impressão digital completa do sódio, que só pode ser observada numa atmosfera sem nuvens.

O WASP-96b é um típico gigante gasoso e quente (1.300K), semelhante a Saturno em massa e que excede o tamanho de Júpiter em 20%. O planeta transita periodicamente uma estrela parecida com o Sol a 980 anos-luz de distância na direção da constelação do hemisfério sul da Fênix, entre as joias estelares do sul Fomalhaut (α Piscis Austrini) e Achernar (α Eridani).

Há muito que se previu que o sódio existe nas atmosferas dos gigantes gasosos e quentes, e numa atmosfera livre de nuvens produziria um espectro similar, em forma, ao perfil de uma tenda de campismo.

Nikolay Nikolov, autor principal da Universidade de Exeter, afirma: "Analisamos mais de 20 espectros de trânsitos exoplanetários. O WASP-96b é o único exoplaneta que parece estar totalmente livre de nuvens e mostra uma assinatura de sódio tão clara que torna o planeta uma referência para caracterização."

Sabemos que as nuvens e neblinas existem em alguns dos planetas mais frios e mais quentes do Sistema Solar e além. A presença ou ausência de nuvens e a sua capacidade para bloquear a luz desempenham um papel importante no orçamento energético geral das atmosferas planetárias.

"É difícil prever quais destas atmosferas quentes terão nuvens espessas. Ao observarmos toda a gama de possíveis atmosferas, desde as muito nubladas até às limpas como WASP-96b, obtemos uma melhor compreensão da composição destas nuvens," explica o professor Jonathan J. Fortney, do Other Worlds Laboratory da Universidade da Califórnia em Santa Cruz, EUA.

A assinatura do sódio vista em WASP-96b sugere uma atmosfera livre de nuvens. A observação permitiu com que a equipe medisse a abundância de sódio na atmosfera do planeta, encontrando níveis semelhantes aos vistos no nosso próprio Sistema Solar.

"O WASP-96b também proporcionará uma oportunidade única para determinar a abundância de outras moléculas, como água, monóxido de carbono e dióxido de carbono com observações futuras," acrescenta Ernst de Mooij da Universidade da Cidade de Dublin.

O sódio é o sétimo elemento mais comum no Universo. Na Terra, compostos de sódio como o sal dão à água do mar o seu sabor salgado e a cor branca das salinas. Na vida animal, o sódio é conhecido por regular a atividade cardíaca e o metabolismo. O sódio também é usado em tecnologia, como nas luzes de rua de vapor de sódio, que produz um tom amarelo-laranja.

Os astrônomos pretendem observar a assinatura de outras espécies atmosféricas, como a água, o monóxido de carbono e o dióxido de carbono, com o telescópio espacial Hubble e o futuro telescópio espacial James Webb, além de telescópios no solo.

Os resultados foram publicados na revista científica Nature.

Fonte: University of Exeter

A rocha incomum no pico da cratera Tycho na Lua

Por que existe um grande pedaço de rocha perto do centro do pico da cratera Tycho?

© NASA/LRO (rocha na cratera Tycho)

A cratera Tycho na Lua é uma das formas mais fáceis de se observar do nosso satélite, ela é visível até a olho nu. Mas no centro da  cratera Tycho há algo incomum, uma rocha de 120 metros de diâmetro.

Este pedaço de rocha foi fotografado em altíssima resolução ao nascer do sol, durante a última década, pela sonda Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO).

A principal hipótese da origem é que a rocha foi lançada durante a tremenda colisão que formou a cratera Tycho há cerca de 110 milhões de anos e, por acaso, voltou para baixo, bem perto do centro da recém-formada montanha central.

Ao longo dos próximos bilhões de anos, os impactos de meteoros e os terremotos devem degradar lentamente o centro da cratera Tycho, provavelmente fazendo com que o pedaço de rocha caia de uma altura de 2.000 metros no assoalho da cratera e se desintegre.

Fonte: NASA

A última teoria de Stephen Hawking sobre o Big Bang

Foi divulgada a teoria final de Stephen Hawking sobre a origem do Universo, que ele desenvolveu em colaboração com Thomas Hertog, da Universidade Católica de Leuven.

© Juergen Faelchle (ilustração de um multiverso)

A teoria, que foi submetida para publicação antes da morte de Hawking no início do ano, é baseada na Teoria das Cordas e prediz que o Universo é finito e muito mais simples do que muitas teorias atuais sobre o Big Bang.

Hertog, que teve seu trabalho custeado pelo Conselho Europeu de Pesquisa, anunciou pela primeira vez a nova teoria em uma conferência organizada por ocasião do aniversário de 75 anos de Hawking, em julho do ano passado, na Universidade de Cambridge.

As teorias modernas sobre o Big Bang afirmam que nosso Universo local passou a existir com um rápido estágio de inflação, ou seja, uma pequena fração de segundo após o Big Bang, o Universo se expandiu a uma taxa exponencial. Contudo, é bastante difundida a crença de que, uma vez que a inflação se inicia, ela nunca para em certas regiões. Os efeitos quânticos poderiam manter a inflação para sempre em algumas regiões do Universo, de modo que, de um ponto de vista global, a inflação é eterna.  A parte visível do nosso Universo seria apenas um Universo hospitaleiro, uma região em que a inflação acabou e as estrelas e galáxias se formaram.

“A teoria usual da inflação eterna prediz que, globalmente, nosso Universo é como um fractal infinito, com um mosaico de pequenos Universos hospitaleiros separados por um oceano que está em inflação”, disse Hawking em uma entrevista no último outono. “As leis locais da física e da química podem divergir de um Universo hospitaleiro para outro, mas juntos eles formam um multiverso. Eu nunca fui fã da teoria do multiverso. Se a escala de diferentes Universos no multiverso é gigantesca ou infinita, esta teoria não pode ser testada.”

No novo estudo, Hawking e Hertog contestam esta visão da  inflação eterna como uma versão do Big Bang. O problema com a inflação eterna é que ela assume a existência de um Universo de fundo que evolui de acordo com a Teoria Relatividade Geral de Einstein e trata os efeitos quânticos como pequenas flutuações em torno deste. No entanto, a dinâmica da inflação eterna destrói a separação entre a física clássica e quântica. Como consequência, a teoria de Einstein resulta na inflação eterna.

“Nós prevemos que nosso Universo, em largas escalas, é razoavelmente plano e globalmente finito. Então não há uma estrutura fractal”, disse Hawking.

A teoria da inflação eterna que Hawking e Hertog apresentam é baseada na teoria das cordas, um ramo da física teórica que procura reconciliar a gravidade e a relatividade geral com a física quântica, em parte descrevendo os constituintes fundamentais do Universo como pequenas cordas vibrantes. Sua abordagem usa o conceito de holografia da teoria das cordas, que postula que o Universo é um grande e complexo holograma: a realidade física em certos espaços tridimensionais pode ser reduzida a projeções bidimensionais em uma superfície.

Hawking e Hertog desenvolveram uma variação deste conceito de holografia para projetarem a dimensão do tempo em uma inflação eterna. Isso possibilitou a eles descrever a inflação eterna sem ter que confiar na teoria de Einstein. Nesta nova teoria, a inflação eterna é reduzida a um estado atemporal, definido em uma superfície espacial no início do tempo.

“Quando traçamos a evolução do nosso Universo do fim para o começo dos tempos, em algum momento chegamos ao começo da inflação eterna, quando nossa noção familiar de tempo deixa de ter qualquer sentido”, disse Hertog.

A teoria anterior de Hawking, a “proposta sem limites”, previa que, se alguém voltasse no tempo até o começo do Universo, o Universo encolheria e se fecharia como uma esfera. Mas a nova teoria representa um passo à frente do trabalho anterior. “Agora estamos dizendo que existe um limite em nosso passado”, diisse Hertog.

Hertog e Hawking usaram sua nova teoria para obter previsões mais confiáveis sobre a estrutura global do Universo. Eles previram que o Universo que emerge da inflação eterna a partir de certo limite é finito e bem mais simples do que previa a estrutura fractal da antiga teoria da inflação eterna.

Seus resultados, se confirmados por trabalhos posteriores, terão implicações sem precedentes para o paradigma do multiverso. “Não estamos em um Universo singular e único, mas nossas descobertas implicam em uma redução significante do multiverso, para uma variedade muito menor de possíveis Universos”, disse Hawking.

Isso faz a teoria ser mais preditiva e testável. Hertog agora planeja estudar as implicações da nova teoria em escalas menores que estão ao alcance de nossos telescópios espaciais. Ele acredita que ondas gravitacionais primordiais, ou seja, ondulações no espaço-tempo geradas na saída da inflação eterna, constituem a mais promissora via para testar o modelo.

Um Universo em expansão desde o começo significa que estas ondas gravitacionais teriam comprimentos de onda muito longos, fora do alcance dos atuais detectores do Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro Laser (LIGO,  na sigla em inglês). Mas eles podem ser ouvidos pelo Observatório Espacial LISA ou vistos em experimentos futuros que pretendem medir a radiação cósmica de fundo.

Fonte: Revista High Energy Physics