O "café da manhã" de buracos negros no Amanhecer Cósmico

Com o auxílio do Very Large Telescope (VLT) do ESO, os astrônomos observaram reservatórios de gás frio em torno de algumas das primeiras galáxias do Universo.

© ESO/VLT (quasar no centro de galáxia)

Estes halos de gás são o “alimento” perfeito dos buracos negros supermassivos situados no centro destas galáxias, que agora são vistas como eram há mais de 12,5 bilhões de anos. Este depósito de “comida” pode muito bem explicar como é que estes monstros cósmicos cresceram tão depressa durante um período da história do Universo conhecido por Amanhecer Cósmico.

“Podemos demonstrar pela primeira vez que as galáxias primordiais dispõem de ‘alimento’ suficiente nas suas vizinhanças para conseguirem fazer com que os buracos negros supermassivos nos seus centros cresçam ao mesmo tempo que mantêm uma intensa formação estelar,” diz Emanuele Paolo Farina, do Instituto Max Planck de Astronomia em Heidelberg, na Alemanha. “Isto adiciona uma peça fundamental ao quebra-cabeça que os astrônomos estão construindo para imaginar como as estruturas cósmicas se formaram há mais de 12 bilhões de anos.”

Os astrônomos se perguntavam como é que os buracos negros supermassivos conseguiam crescer tanto tão cedo na história do Universo. A presença destes monstros primordiais, com massas de vários bilhões de vezes a massa do nosso Sol, constituía um mistério. Isto significa que os primeiros buracos negros, que podem ter se formado a partir do colapso das primeiras estrelas, devem ter crescido muito rapidamente. No entanto, até agora, os astrônomos não tinham descoberto gás e poeira em quantidades grandes o suficiente para explicar este rápido crescimento.

Para complicar ainda mais a situação, observações obtidas anteriormente com o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) revelaram uma enorme quantidade de poeira e gás nestas galáxias primordiais, mas que parecia desencadear essencialmente formação estelar muito intensa, sugerindo que poderia restar muito pouco material para alimentar um buraco negro.

Para desvendar este mistério, Farina e colegas usaram o instrumento MUSE montado no VLT, instalado no deserto chileno do Atacama, para estudar quasares, que são objetos extremamente luminosos situados no centro de galáxias massivas e alimentados por buracos negros supermassivos. Este estudo observou 31 quasares vistos tal como eram a mais de 12,5 bilhões de anos atrás, numa época em que o Universo era ainda muito jovem, com apenas 870 milhões de anos de idade. Esta é uma das maiores amostras de quasares desde o início da história do Universo a ser pesquisada.

Os astrônomos descobriram que 12 destes quasares se encontram rodeados  por enormes reservatórios de gás: halos de hidrogênio denso e frio que se estendem até 100.000 anos-luz de distância dos buracos negros centrais, com bilhões de vezes a massa do Sol. A equipe, da Alemanha, EUA, Itália e Chile, também descobriu que estes halos de gás estavam fortemente ligados às galáxias, fornecendo a fonte de "alimento" perfeita para sustentar o crescimento de buracos negros supermassivos e uma intensa formação estelar.

Num futuro próximo, o Extremely Large Telescope (ELT) do ESO ajudará os cientistas a revelar ainda mais detalhes sobre as galáxias e os buracos negros supermassivos nos primeiros dois bilhões de anos após o Big Bang.

Este trabalho foi descrito num artigo científico publicado no The Astrophysical Journal.

Fonte: ESO

Nova classe de estrelas em sistemas de raios X

Foi descoberto de que a massa em sistemas de estrelas triplas assume as características das estrelas receptoras antes que a massa seja realmente transferida.

© CfA/Niels Bohr Institute/Sophie Schroeder (simulação dinâmica de sistema triplo)

Esta descoberta pode permitir que os cientistas reexaminem os sistemas estelares binários previamente rotulados em busca de evidências de uma terceira companheira.

Os cientistas já sabiam que a transferência de massa de uma estrela para outra é um dos processos mais importantes da astronomia, porque produz eventos que liberam enormes quantidades de energia, desde supernovas do tipo Ia até a fusão de buracos negros.

O aconteceria se uma estrela transferisse massa para um par de estrelas?

A astrônoma Rosanne Di Stefano, do Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), sugere que o fluxo de massa é semelhante ao fluxo de água através de uma torneira. "A estrela doadora de massa assume uma forma de gota de lágrima, preenchendo seu 'Lóbulo de Roche' e transferindo massa através de uma pequena região chamada ponto L1," disse Di Stefano. "O Lóbulo de Roche e o ponto L1 fornecem uma base matemática para calcular exatamente o que acontece com a massa transferida em um binário em que a gravidade e a rotação influenciam o fluxo da matéria".

O Lóbulo de Roche é a região do espaço ao redor de uma estrela em um sistema binário na qual material orbital é gravitacionalmente vinculado a esta estrela. Se a expansão estelar ultrapassa o seu lóbulo de Roche, o material fora do lóbulo cairá na outra estrela.

Embora a base de conhecimento para sistemas estelares binários seja ampla e crescente, nosso entendimento da transferência de massa em sistemas de estrela tripla é mais limitado. Observações astronômicas estabeleceram que os sistemas de estrelas triplas são comuns e até dominantes entre a população de estrelas conhecidas de alta massa.

"Em sistemas estelares triplo, em vez de uma posição fixa em relação às estrelas em rotação, como vemos nos sistemas binários, o ponto L1 executa uma órbita sobre uma superfície tridimensional, e a forma do Lóbulo de Roche pulsa periodicamente moda," disse Di Stefano.

O acompanhamento revelou que a pulsação também teve o efeito de aumentar a taxa de fluxo de massa, com um resultado impressionante para observadores exigentes. "Se o binário interno consiste em restos estelares, a alta taxa de fluxo de massa pode tornar estes sistemas entre as fontes de raios X mais brilhantes nas populações galácticas. Mas o que é realmente empolgante é que esta nova capacidade de identificar sistemas triplos em raios X pode nos permitir descobrir que alguns sistemas anteriormente considerados binários de raios X são na verdade uma nova classe de sistema estelar: um sistema triplo de raios X com transferência de massa da estrela externa para um binário interno, " complementou Di Stefano.

O trabalho foi publicado no periódico Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Fonte: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics

A união de galáxias gerando fontes de calor

A maioria das galáxias não existe isoladamente.

© Chandra/XMM-Newton/SDSS (NGC 6338)

Em vez disso, elas estão ligadas a outras galáxias, em números relativamente pequenos conhecidos como "grupos de galáxias", ou em concentrações muito maiores chamadas "aglomerados de galáxias" que consistem em centenas ou milhares de galáxias. Às vezes, estas coleções de galáxias são atraídas umas pelas outras pela gravidade e eventualmente se fundem.

Usando o observatório de raios X Chandra da NASA, o XMM-Newton da ESA, o Giant Metrewave Radio Telescopec(GMRT) e observações ópticas com o observatório Apache Point no Novo México, uma equipe de astrônomos descobriu que dois grupos de galáxias estão colidindo entre si em uma velocidade notável de cerca de 6 milhões de quilômetros por hora. Esta poderia ser a colisão mais violenta já vista entre dois grupos de galáxias.

O sistema é chamado NGC 6338, localizado a cerca de 380 milhões de anos-luz da Terra. Esta imagem composta contém dados de raios X do Chandra (em vermelho) que mostram gás quente com temperaturas acima de 20 milhões de graus Celsius, bem como gás mais frio detectado com o Chandra e o XMM (em azul) que também emite raios X . Os dados do Chandra foram combinados com dados ópticos do Sloan Digital Sky Survey (SDSS), mostrando as galáxias e as estrelas em branco.

Os pesquisadores estimam que a massa total contida no NGC 6338 é de cerca de 100 trilhões de vezes a massa do Sol. Esta massa significativa, aproximadamente 83% dos quais na forma de matéria escura, 16% na forma de gás quente e 1% nas estrelas, indica que os grupos de galáxias estão destinados a se tornar um aglomerado de galáxias no futuro. A colisão e a fusão serão concluídas e o sistema continuará acumulando mais galáxias por gravidade.

Estudos anteriores da NGC 6338 forneceram evidências para as regiões de gás mais frio que emite raios X em torno dos centros dos dois grupos de galáxias. Esta informação ajudou os astrônomos a reconstruir a geometria do sistema, revelando que a colisão entre os grupos de galáxias aconteceu quase ao longo da linha de visão da Terra. Esta descoberta foi confirmada com o novo estudo.

Os novos dados de Chandra e XMM-Newton também mostram que o gás à esquerda e à direita dos núcleos frios, e entre eles, parece ter sido aquecido por ondas de choque, semelhantes às explosões sônicas criadas por aeronaves supersônicas, formadas pelo colisão dos dois grupos de galáxias. Este padrão de gás aquecido por choque foi previsto por simulações em computador, mas a NGC 6338 pode ser a primeira fusão de grupos de galáxias a mostrá-lo claramente. Este aquecimento impedirá que parte do gás quente esfrie para formar novas estrelas.

Uma segunda fonte de calor comumente encontrada em grupos e aglomerados de galáxias é a energia fornecida por explosões e jatos de partículas de alta velocidade geradas por buracos negros supermassivos. Atualmente, esta fonte de calor parece estar inativa na NGC 6338, porque não há evidências de jatos de buracos negros supermassivos, observados através de dados de rádio do GMRT. Esta ausência pode explicar os filamentos de gás de resfriamento detectados em raios X e dados ópticos em torno da grande galáxia no centro do núcleo frio no sul. Os filtros usados ​​na imagem composta não mostram os filamentos ópticos, e os filamentos de raios X são pequenas estruturas em forma de dedo que emanam do centro do núcleo frio.

Um artigo descrevendo estes resultados foi publicado no periódico Monthly Notices da Royal Astronomical Society.

Fonte: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics

Como "moldar" uma galáxia espiral

A nossa Via Láctea tem uma forma espiral elegante com braços longos repletos de estrelas, mas exatamente como ela assumiu esta forma há muito que intriga os cientistas. Novas observações de outra galáxia estão trazendo indícios sobre como as galáxias em forma de espiral obtêm a sua forma icônica.

© NASA/SOFIA (campos magnéticos na galáxia NGC 1086)

Os campos magnéticos na NGC 1086 (M77) são vistos como linhas de campo sobre uma composição visível e em raios X da galáxia obtida com o telescópio espacial Hubble, NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Array) e SDSS (Sloan Digital Sky Survey). O SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy) estudou a galáxia no infravermelho distante (89 micrômetros) para revelar facetas dos seus campos magnéticos que observações anteriores no visível e no rádio não foram capazes de detectar.

De acordo com uma pesquisa do SOFIA, os campos magnéticos desempenham um papel importante na formação destas galáxias. Os cientistas mediram campos magnéticos ao longo dos braços espirais da galáxia NGC 1068. Os campos são mostrados como linhas de campo que seguem de perto os braços espirais.

A galáxia M77 está localizada a 47 milhões de anos-luz de distância da Terra na direção da constelação de Baleia. Tem um buraco negro supermassivo ativo no centro que é duas vezes maior que o buraco negro no núcleo da Via Láctea. Os braços rodopiantes estão cheios de poeira, gás e áreas de formação estelar extrema.

As observações infravermelhas do SOFIA revelam o que os olhos humanos não conseguem: campos magnéticos que seguem de perto os braços espirais cheios de estrelas recém-nascidas. Isto apoia a "teoria das ondas de densidade." Esta afirma que a poeira, o gás e as estrelas nos braços não estão fixos no seu lugar como lâminas numa ventoinha. Em vez disso, o material move-se ao longo dos braços à medida que a gravidade o comprime, como objetos numa correia transportadora.

O alinhamento do campo magnético estende-se por todo o comprimento dos braços massivos, aproximadamente 24.000 anos-luz. Isto implica que as forças gravitacionais que criaram a forma espiral da galáxia também estão compriminddo o seu campo magnético, apoiando a teoria das ondas de densidade.

Os campos magnéticos celestes são notoriamente difíceis de observar. O mais recente instrumento do SOFIA, o HAWC+ (High-resolution Airborne Wideband Camera-Plus), usa luz infravermelha distante para observar grãos de poeira que se alinham perpendicularmente às linhas de campo magnético. A partir destes resultados, os astrônomos podem inferir a forma e a direção do campo magnético invisível. A radiação infravermelha distante fornece informações importantes sobre os campos magnéticos, porque o sinal não está contaminado pela emissão de outros mecanismos, como luz visível dispersa e radiação de partículas altamente energéticas. A capacidade do SOFIA em estudar a galáxia no infravermelho longínquo revelou facetas anteriormente desconhecidas dos seus campos magnéticos.

São necessárias mais observações para entender como os campos magnéticos influenciam a formação e a evolução de outros tipos de galáxias, como aquelas com formas irregulares.

Os resultados da pesquisa foram publicados na revista The Astrophysical Journal.

Fonte: NASA

Disco e bojo de uma galáxia

Esta imagem do telescópio espacial Hubble mostra a galáxia IC 2051, situada na constelação de Mensa (The Table Mountain), situada no hemisfério celestial sul a cerca de 85 milhões de anos-luz de distância da Terra.

© Hubble (IC 2051)

Esta imagem compreende dados da Wide Field Camera 3 do Hubble em comprimentos de onda visíveis e infravermelhos.

A IC 2051 é uma galáxia espiral, como evidenciado por seus característicos braços giratórios, e possui uma barra de estrelas cortando seu centro.

Esta galáxia foi observada em um estudo do Hubble sobre bojos galácticos, a região central redonda e brilhante das galáxias espirais. Este tipo de galáxia têm a forma de discos voadores quando vistas de lado; elas compreendem um disco fino e plano, com uma protuberância volumosa de estrelas no centro que se estende acima e abaixo do disco. Pensa-se que estas protuberâncias tenham um papel fundamental na evolução das galáxias e influenciem o crescimento dos buracos negros supermassivos à espreita no centro da maioria das galáxias espirais.

Embora sejam necessárias mais observações nesta área, os estudos sugerem que alguns bojos galácticos podem ser estruturas compostas complexas, em vez de simples, com uma mistura de componentes esféricos, potencialmente levando a uma grande variedade de morfologias protuberantes no Universo.

Fonte: ESA

Um novo método de medir buracos negros

Os buracos negros supermassivos são os maiores buracos negros, com massas que podem exceder bilhões de sóis.

© Chris Marsden (mapa do agrupamento de galáxias com buracos negros ativos)

Apenas esta primavera foi divulgada a primeira imagem do buraco negro supermassivo no centro da galáxia M87, e os pesquisadores recentemente avistaram o maior buraco negro supermassivo conhecido. Apesar destes esforços inovadores, descobrir como estes buracos negros moldam e estruturam uma galáxia continua a ser um desafio, porque a maioria delas está demasiada longe para os telescópios atuais as resolverem com precisão.

Um estudo descreve uma nova maneira de "pesar" buracos negros supermassivos no centro das galáxias usando galáxias vizinhas como representantes. A pesquisa foi uma colaboração global envolvendo pesquisadores de instituições do Reino Unido, Itália, Alemanha, Chile e Estados Unidos.

A obtenção de uma estimativa precisa da massa de um buraco negro supermassivo é geralmente feita medindo a velocidade da poeira e do gás que gira ao seu redor. Isto requer telescópios extremamente sensíveis usando uma análise complexa e só pode ser feito para buracos negros grandes o suficiente para serem resolvidos relativamente perto da Terra. No entanto, se esta massa estiver correlacionada com outras propriedades da galáxia hospedeira, aquelas que podem ser medidas mesmo quando o buraco negro é menor ou está mais distante, é possível usar estas outras propriedades como "representantes" da massa.

No entanto, como explica Mariangela Bernardi da Universidade da Pensilvânia, EUA: "Percebemos que existe um viés na amostra vizinha usada para calibrar as massas. Os objetos para os quais atualmente podemos medir massas não parecem ser típicos. O nosso trabalho sugeriu que os buracos negros supermassivos não são, em média, tão grandes quanto se pensava anteriormente."

Para verificar esta diferença de massa, os cientistas desenvolveram uma maneira nova e muito diferente de estimar as massas dos buracos negros. Usaram o fato de que, enquanto um buraco negro é cercado pela sua galáxia hospedeira, a própria galáxia é cercada por um "halo" ainda maior de matéria escura. Sabe-se que galáxias cercadas por halos mais massivos se agrupam com outras galáxias grandes e massivas. Como existem buracos negros mais massivos em galáxias mais massivas com halos mais massivos, a força deste agrupamento na verdade "pesa" os halos de matéria escura e, por conseguinte, as massas dos buracos negros nos seus centros.

Esta nova medição também sugere que os buracos negros supermassivos são menos massivos do que se pensava anteriormente e podem explicar por que é que algumas experiências em andamento não produziram os resultados esperados. Como exemplo, os pulsares, remanescentes de estrelas que explodiram, brilham como faróis que giram centenas de vezes por segundo. A luz dos pulsares é emitida em intervalos incrivelmente curtos e regulares, à medida que o feixe varre a Terra repetidamente. Os pesquisadores estão atualmente à procura de ondas gravitacionais produzidas pela colisão de dois buracos negros supermassivos, que devem fazer com que estes feixes oscilem na direção da Terra e para longe da Terra, à medida que a onda passa e afeta o campo dos pulsos.

Nos próximos 10 anos, espera-se que novos telescópios sejam capazes de obter medições de massa mais precisas para buracos negros e proporcionem uma oportunidade para o novo método seja testado em conjuntos maiores de dados. Instalações como o ELT (Extremely Large Telescope), com 39 metros, com conclusão para 2025, podem permitir que os cientistas meçam buracos negros menores e mais distantes e as suas galáxias hospedeiras diretamente.

Este trabalho permitirá um estudo mais detalhado da ligação entre o crescimento dos buracos negros supermassivos e a evolução das galáxias.

Um estudo sobre o método foi publicado na Nature Astronomy.

Fonte: University of Pennsylvania

Descoberta galáxia empoeirada mais distante escondida à vista de todos

Usando o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) do ESO, astrônomos avistaram a luz de uma galáxia massiva apenas 970 milhões de anos após o Big Bang.

© ESO/NAOJ/NRAO (MAMBO-9)

Esta galáxia, de nome MAMBO-9, é a galáxia empoeirada mais distante já observada sem a ajuda de uma lente gravitacional.

As galáxias empoeiradas que formam estrelas são os viveiros estelares mais intensos do Universo. Formam estrelas a um ritmo de até alguns milhares de vezes a massa do Sol por ano (o ritmo de formação estelar da nossa Via Láctea é de apenas três massas solares por ano) e contêm grandes quantidades de gás e poeira. Não se espera que estas galáxias monstruosas se tenham formado no início da história do Universo, mas os astrônomos já descobriram várias quando o Universo tinha menos de um bilhão de anos. Uma delas é a galáxia SPT0311-58, que o ALMA observou em 2018.

Devido ao seu comportamento extremo, considera-se que estas galáxias empoeiradas desempenham um papel importante na evolução do Universo. Mas descobri-las é uma tarefa complexa.

A luz de MAMBO-9 já tinha sido detectada há dez anos atrás por Manuel Aravena, usando o instrumento MAMBO (Max-Planck Millimeter BOlometer) acoplado ao telescópio IRAM de 30 metros na Espanha e o PdBI (Plateau de Bure Interferometer) na França. Mas estas observações não foram sensíveis o suficiente para revelar a distância da galáxia. Graças à sensibilidade do ALMA, os pesquisadores foram agora capazes de determinar a distância de MAMBO-9.

A luz de galáxias distantes é frequentemente obstruída por outras galáxias mais próximas de nós. Estas galáxias no plano da frente funcionam como lentes gravitacionais: dobram a luz da galáxia mais distante. Este efeito de lente facilita a identificação de objetos distantes por parte dos telescópios (é assim que o ALMA pôde ver a galáxia SPT0311-58). Mas também distorce a imagem do objeto, dificultando a identificação de detalhes.

Neste estudo, os astrônomos viram MAMBO-9 diretamente, sem lente, e isso permitiu-lhes medir a sua massa. A massa total de gás e poeira na galáxia é enorme: dez vezes mais do que todas as estrelas da Via Láctea. Isto significa que ainda vai construir a maioria das suas estrelas. A galáxia tem duas partes e está no processo de fusão.

Os astrônomos esperam encontrar galáxias empoeiradas mais distantes no levantamento do ALMA, que fornecerá informações sobre quão comuns são, como estas galáxias massivas se formaram tão cedo no Universo e porque é que são tão empoeiradas. Normalmente, a poeira é um subproduto da morte das estrelas. A galáxia MAMBO-9 ainda não produziu tantas estrelas e os astrônomos querem descobrir como a poeira se pode formar tão rapidamente após o Big Bang.

A luz de MAMBO-9 viajou cerca de 13 bilhões de anos até alcançar as antenas do ALMA (o Universo tem aproximadamente 13,8 bilhões de anos). Isto significa que podemos ver como a galáxia era no passado. Hoje, a galáxia provavelmente será ainda maior, contendo cem vezes mais estrelas que a Via Láctea, residindo num enorme aglomerado de galáxias.

Um estudo sobre a descoberta foi publicado no periódico The Astrophysical Journal.

Fonte: National Radio Astronomy Observatory

N63A: remanescente de supernova no visível e em raios X

O que esta supernova deixou para trás?

© Hubble/Chandra (N63A)

Tão pouco quanto 2.000 anos atrás, a luz de uma explosão estelar massiva na Grande Nuvem de Magalhães (LMC) atingiu o planeta Terra pela primeira vez. A LMC é uma vizinha galáctica próxima da Via Láctea, onde a frente da explosão violenta agora é vista deslocando nuvens de gás ambiente, deixando para trás nós relativamente densos de gás e poeira.

O que resta é um dos maiores remanescentes de supernovas na LMC: N63A. Muitos dos nós densos sobreviventes foram eles mesmos comprimidos e podem se contrair ainda mais para formar novas estrelas. Algumas das estrelas resultantes podem explodir em uma supernova, continuando o ciclo.

A imagem acima do remanescente de supernova N63A é uma combinação no raio X obtida pelo observatório Chandra e na luz visível captada pelo telescópio espacial Hubble. O nó proeminente de gás e poeira no canto superior direito, informalmente chamado de Firefox, é muito brilhante na luz visível, enquanto o restante do remanescente da supernova brilha mais intensamente em raios X.

O remanescente de supernova N63A se estende por mais de 25 anos-luz e fica a cerca de 150.000 anos-luz de distância da Terra em direção à constelação de Dorado.

Fonte: NASA

Diversidade galáctica

A NGC 3175 está localizada a cerca de 50 milhões de anos-luz de distância, na constelação de Antlia.

© Hubble (NGC 3175)

A galáxia pode ser vista nesta imagem do telescópio espacial Hubble, com sua mistura de manchas brilhantes de gás brilhante, faixas escuras de poeira, núcleo brilhante e braços giratórios, reunindo-se para pintar uma bela cena celeste.

A galáxia é o membro de mesmo nome do grupo NGC 3175, que foi chamado de análogo próximo para o Grupo Local. O Grupo Local contém nossa própria galáxia, a Via Láctea, e cerca de 50 outras, uma mistura de galáxias espirais, irregulares e anãs.

O grupo NGC 3175 contém duas galáxias espirais grandes, a NGC 3175 e a NGC 3137, e várias galáxias espirais e satélites de massa mais baixa. Grupos de galáxias são algumas das reuniões galácticas mais comuns no cosmos, e compreendem 50 ou mais galáxias, todas unidas pela gravidade.

Fonte: ESA

Descoberto primeiro planeta gigante em torno de anã branca

Com o auxílio do Very Large Telescope (VLT) do ESO, os pesquisadores encontraram, pela primeira vez, evidências de um planeta gigante associado a uma estrela anã branca.

© ESO/M. Kornmesser (ilustração do sistema WDJ0914+1914)

O planeta orbita a anã branca quente, o remanescente de uma estrela parecida com o Sol, a curta distância, fazendo com que sua atmosfera seja removida e forme um disco de gás ao redor da estrela. Este sistema único sugere como será o nosso próprio Sistema Solar em um futuro distante.

A equipe estudou cerca de 7.000 anãs brancas observadas pelo Sloan Digital Sky Survey (SDSS) e descobriu uma muito diferente das restantes. Ao analisar as variações sutis da radiação emitida pela estrela, eles descobriram indícios de elementos químicos em quantidades que nunca tinham sido antes observadas numa anã branca.

Para ter uma ideia melhor das propriedades desta estrela incomum, chamada WDJ0914+1914, a equipe observou-a com o instrumento X-shooter montado no VLT do ESO, no deserto chileno do Atacama. Estas observações de acompanhamento confirmaram a presença de hidrogênio, oxigênio e enxofre associados à anã branca. Ao estudar os detalhes nos espectros obtidos pelo X-shooter, a equipe descobriu que estes elementos se encontravam em um disco de gás em torno da anã branca e não na estrela propriamente dita. A única maneira de tal disco poder existir seria devido à evaporação de um planeta gigante.

As quantidades detectadas de hidrogênio, oxigênio e enxofre são semelhantes às encontradas nas profundas camadas atmosféricas de planetas gigantes e gelados, como Netuno e Urano. Se um tal planeta orbitasse perto da anã branca quente, a intensa radiação ultravioleta emitida pela estrela arrancaria as suas camadas mais exteriores e parte deste gás acabaria num disco girando em torno da anã branca. É este fenômeno que os cientistas pensam estar vendo em torno da WDJ0914+1914: o primeiro planeta em evaporação orbitando uma anã branca.

Combinando dados observacionais com modelos teóricos, a equipe de astrônomos do Reino Unido, Chile e Alemanha conseguiu obter uma ideia mais clara deste sistema único. A anã branca é pequena e extremamente quente, apresentando uma temperatura de 28.000 graus Celsius (o que corresponde a cinco vezes a temperatura do Sol). O planeta, por sua vez, é gelado e grande, pelo menos duas vezes o tamanho da estrela. Uma vez que descreve uma órbita muito próxima da estrela, completando uma translação em apenas 10 dias, os fótons de alta energia emitidos pela estrela estão gradualmente "soprando" a atmosfera do planeta. A maior parte do gás escapa, mas parte é puxado para um disco que gira em torno da estrela, a uma taxa de 3.000 toneladas por segundo. É este disco que faz com que o planeta do tipo de Netuno seja visível, o que não aconteceria de outro modo.

As estrelas como o nosso Sol queimam hidrogênio nos seus núcleos durante a maior parte das suas vidas. Quando gastam este combustível, crescem transformando-se em gigantes vermelhas, tornando-se centenas de vezes maiores e “engolindo” os planetas mais próximos. No caso do Sistema Solar, isso incluirá Mercúrio, Vênus e até a Terra, que serão consumidos pelo Sol em sua fase de gigante vermelha dentro de cerca de 5 bilhões de anos. Eventualmente, o Sol perderá as suas camadas mais exteriores, sobrando apenas um núcleo gasto e consumido, uma anã branca. Tais restos estelares podem ainda hospedar planetas e estima-se que existam muitos destes sistemas estelares na nossa Galáxia. No entanto, até agora os cientistas nunca tinham descoberto evidências de um planeta gigante sobrevivente em torno de uma anã branca. A detecção de um exoplaneta em órbita da WDJ0914+1914, situada a cerca de 1.500 anos-luz de distância da Terra na constelação de Câncer, pode ser a primeira de muitas detecções deste tipo de sistemas.

De acordo com os pesquisadores, o exoplaneta orbita a anã branca a uma distância de apenas 10 milhões de km, ou 15 vezes o raio do Sol, o que teria correspondido ainda ao interior da gigante vermelha. A localização incomum do planeta sugere que em algum momento após a estrela se tornar uma anã branca, o planeta se deslocou para mais perto desta. Os astrônomos acreditam que esta nova órbita pode ter sido o resultado de interações gravitacionais com outros planetas no sistema, o que significaria que mais do que um planeta pode ter sobrevivido à violenta transição da sua estrela hospedeira.

Esta pesquisa foi apresentada em um artigo publicado na revista Nature.

Fonte: ESO

A morte dramática de certas estrelas

Alguns dos eventos mais dramáticos do Universo ocorrem quando certas estrelas morrem e explodem catastroficamente no processo.

© Hubble (NGC 5468)

Tais explosões, conhecidas como supernovas, ocorrem principalmente de duas maneiras: uma estrela massiva esgota seu combustível no final de sua vida útil, torna-se dinamicamente instável e incapaz de suportar sua massa, desmorona para dentro e depois explode violentamente; ou uma anã branca em um par estelar em órbita absorve mais massa de sua companheira do que é capaz de suportar, acendendo a fusão nuclear descontrolada em seu núcleo e iniciando o processo de supernova. Ambos os tipos resultam em um objeto intensamente brilhante no céu que pode rivalizar com a luz de uma galáxia inteira.

Nos últimos 20 anos, a galáxia NGC 5468, visível nesta imagem, hospedou várias supernovas observadas dos dois tipos mencionados: SN 1999cp, SN 2002cr, SN2002ed, SN2005P e SN2018dfg. Apesar de estar a pouco mais de 130 milhões de anos-luz de distância da Terra, a orientação da galáxia em relação a nós facilita a localização destas novas estrelas à medida que aparecem; vemos a NGC 5468 de frente, o que significa que podemos ver o padrão espiral solto e aberto da galáxia em belos detalhes em imagens como esta obtida pelo telescópio espacial Hubble.

Fonte: ESA

Peso-pesado no coração da galáxia central do aglomerado Abell 85

No espaço, os buracos negros têm diferentes tamanhos e massas.

© MPE/Matthias Kluge (aglomerado de galáxias Abell 85)

O recorde é agora detido por um tal objeto no aglomerado de galáxias Abell 85, onde um buraco negro ultramassivo com 40 bilhões de vezes a massa do Sol fica no meio da galáxia central Holm 15A. Os astrônomos do Instituto Max Planck para Física Extraterrestre e do Observatório da Universidade Ludwig-Maximilians em Munique, descobriram-no analisando dados fotométricos e novas observações espectrais com o VLT (Very Large Telescope).

Embora a galáxia central do aglomerado Abell 85 tenha uma enorme massa visível de aproximadamente 2 trilhões de massas solares em estrelas, o centro da galáxia é extremamente difuso e tênue. É por isso que um grupo de astrônomos do Instituto Max Planck para Física Extraterrestre e do Observatório da Universidade Ludwig-Maximilians em Munique se interessou pela galáxia. Esta região difusa central na galáxia é quase tão grande quanto a Grande Nuvem de Magalhães, e esta era uma pista suspeita da presença de um buraco negro com uma massa muito alta.

O aglomerado de galáxias Abell 85, que consiste em mais de 500 galáxias individuais, está a uma distância de 700 milhões de anos-luz da Terra, o dobro da distância para medições diretas anteriores da massa de buracos negros. Existem apenas algumas dúzias de medições diretas da massa de buracos negros supermassivos, e nunca antes foi tentada a uma distância tão grande.

Os novos dados obtidos no Observatório Wendelstein da Universidade Ludwig-Maximilians em Munique e com o instrumento MUSE no VLT permitiram obter uma estimativa da massa baseada diretamente nos movimentos estelares ao redor do núcleo da galáxia. Com uma massa de 40 bilhões de massas solares, este é o buraco negro mais massivo conhecido hoje no Universo local.

O perfil de luz da galáxia mostra um centro com um brilho superficial extremamente baixo e muito difuso, muito mais tênue do que outras galáxias elípticas. O perfil de luz no núcleo interno é também muito plano, isto significa que a maioria das estrelas no centro deve ter sido expulsa devido a interações durante fusões anteriores.

Na visão mais aceita, os núcleos destas galáxias elípticas tão massivas formam-se por meio de uma fusão entre duas galáxias, onde as interações gravitacionais da fusão dos seus buracos negros supermassivos levam à atrações gravitacionais que expelem estrelas em órbitas predominantemente radiais do centro da galáxia remanescente. Se não existir gás no centro para formar novas estrelas, como nas galáxias mais jovens, isto leva a um núcleo esgotado.

A mais recente geração de simulações por computador de fusões galácticas forneceu previsões que correspondem bastante bem às propriedades observadas. Estas simulações incluem interações entre estrelas e um buraco negro binário, mas o ingrediente crucial são duas galáxias elípticas que já possuem núcleos empobrecidos. Isto significa que a forma do perfil de luz e as trajetórias das estrelas contêm informações arqueológicas valiosas sobre as circunstâncias específicas da formação do núcleo nesta galáxia, bem como em outras galáxias muito massivas.

No entanto, mesmo com esta história incomum de fusão, os cientistas podem estabelecer uma nova e robusta relação entre a massa do buraco negro e o brilho superficial da galáxia: o buraco negro ganha massa a cada fusão e o centro da galáxia perde estrelas. Os astrônomos podem usar esta relação para estimar a massa de buracos negros em galáxias mais distantes, onde medições diretas dos movimentos estelares próximos o suficiente do buraco negro não são possíveis.

Fonte: Max Planck Institute

Descoberto um buraco negro estelar imprevisível

Estima-se que a nossa Via Láctea contenha 100 milhões de buracos negros estelares, corpos cósmicos formados pelo colapso de estrelas massivas e tão densos que nem a luz consegue escapar.

© Jingchuan Yu (ilustração do buraco negro estelar LB-1 com uma estrela em órbita)

Até agora, os cientistas haviam estimado a massa dos buracos negros estelares individuais na nossa Galáxia em não mais do que 20 vezes a massa do Sol. Mas a descoberta de um enorme buraco negro por uma equipe de cientistas internacionais liderada pela China derrubou esta suposição.

A equipe, liderada pelo professor Liu Jifeng do Observatório Astronômico Nacional da China da Academia Chinesa de Ciências, localizou um buraco negro estelar com 70 vezes a massa do Sol. O buraco negro monstruoso está localizado a 15 mil anos-luz da Terra e recebeu o nome LB-1.

Esta descoberta foi uma grande surpresa. "Os buracos negros com esta massa nem deveriam existir na nossa Galáxia, de acordo com a maioria dos modelos atuais da evolução estelar," disse o professor Liu. "Achávamos que as estrelas muito massivas com a composição típica da nossa Galáxia deviam expelir a maior parte do seu gás em fortes ventos estelares à medida que se aproximavam do fim da sua vida. Portanto, não deviam deixar para trás um remanescente tão massivo. LB-1 é duas vezes mais massivo do que pensávamos ser possível. Agora os teóricos terão que aceitar o desafio de explicar a sua formação."

Até há poucos anos, os buracos negros estelares só podiam ser descobertos quando devoravam gás de uma estrela companheira. Este processo cria poderosas emissões de raios X, detectáveis da Terra, que revelam a presença do objeto colapsado.

A vasta maioria dos buracos negros estelares na nossa Galáxia não está envolvida num banquete cósmico e, portanto, não emite raios X reveladores. Como resultado, apenas foram identificados e medidos cerca de duas dúzias de buracos negros estelares na Via Láctea.

Para combater esta limitação, o professor Liu e colaboradores analisaram o céu com o LAMOST (Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescope) da China, procurando estrelas que orbitam um objeto invisível, puxadas pela sua gravidade.

Esta técnica de observação foi proposta pela primeira vez pelo visionário cientista inglês John Mitchell em 1783, mas só se tornou viável com as recentes melhorias tecnológicas nos telescópios e detectores.

Ainda assim, tal pesquisa é como procurar a proverbial agulha no palheiro: apenas uma estrela em mil pode estar orbitando um buraco negro.

Após a descoberta inicial, os maiores telescópios ópticos do mundo, o GTC (Gran Telescopio Canarias) com 10,4 m na Espanha e o telescópio Keck I de 10 m nos EUA, foram usados para determinar os parâmetros físicos do sistema. Os resultados foram fantásticos: uma estrela com oito massas solares orbitava um buraco negro com 70 vezes a massa do Sol a cada 79 dias.

A descoberta de LB-1 encaixa muito bem com outra inovação na astrofísica. Recentemente, os detectores de ondas gravitacionais LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) e Virgo começaram a captar ondulações no espaço-tempo provocadas por colisões de buracos negros em galáxias distantes. Curiosamente, os buracos negros envolvidos em tais colisões também são muito maiores do que o que anteriormente era considerado típico.

A observação direta de LB-1 prova que esta população de buracos negros estelares excessivamente grandes existe até no nosso próprio quintal cósmico. "Esta descoberta obriga-nos a reexaminar os nossos modelos de como os buracos negros de massa estelar se formam," disse o professor David Reitze, diretor do LIGO e da Universidade da Flórida, EUA.

"Este resultado notável, juntamente com as detecções LIGO-Virgo de colisões de buracos negros binários durante os últimos quatro anos, realmente apontam para um renascimento na nossa compreensão da astrofísica dos buracos negros," disse Reitze.

A descoberta foi relatada na última edição da revista Nature.

Fonte: Instituto de Astrofísica de Canarias

Perto do sinal da alvorada cósmica

Utilizando o radiotelescópio MWA (Murchison Widefield Array), pesquisadores deram um novo e significativo passo em direção à detecção de um sinal do período da história cósmica em que as primeiras estrelas iluminaram o Universo.

© U. Curtin/Goldsmith (uma porção do radiotelescópio MWA)

Há cerca de 12 bilhões de anos, o Universo emergiu de uma grande idade das trevas cósmica quando as primeiras estrelas e galáxias se iluminaram. Com uma nova análise de dados recolhidos pelo radiotelescópio MWA, os cientistas estão agora mais perto do que nunca de detectar a assinatura ultrafraca deste momento decisivo na história cósmica.

Foi obtida uma primeira análise de dados de uma nova configuração do MWA desenhada especificamente para procurar o sinal do hidrogênio neutro, o gás que dominou o Universo durante a idade das trevas cósmica. A análise estabelece um novo limite, o limite mais baixo até agora, para a força do sinal do hidrogênio neutro.

Apesar da sua importância na história cósmica, pouco se sabe sobre o período em que as primeiras estrelas se formaram, conhecido como Época da Reionização. Os primeiros átomos que se formaram após o Big Bang foram íons de hidrogênio com carga positiva, átomos cujos elétrons foram arrancados pela energia do Universo jovem. À medida que o Universo arrefecia e se expandia, os átomos de hidrogênio reuniram-se com os seus elétrons para formar hidrogênio neutro. E isto era tudo o que havia no Universo até há cerca de 12 bilhões de anos, quando os átomos começaram a agrupar-se para formar estrelas e galáxias. A luz destes objetos reionizou o hidrogênio neutro, fazendo com que desaparecesse amplamente do espaço interestelar.

O objetivo de projetos como o que está decorrendo no MWA é localizar o sinal do hidrogênio neutro da idade das trevas e medir como mudou à medida que a Época da Reionização se desenrolava. Isto poderá revelar informações novas e críticas sobre as primeiras estrelas, os blocos de construção do Universo que vemos hoje. Mas observar qualquer vislumbre deste sinal daquela época é uma tarefa difícil que requer instrumentos com sensibilidade requintada.

Quando começou a operar em 2013, o MWA totalizava 2.048 antenas de rádio dispostas no interior remoto da Austrália Ocidental. As antenas são agrupadas em 128 "blocos", cujos sinais são combinados por um supercomputador chamado "Correlator". Em 2016, o número de blocos duplicou para 256 e a sua configuração na paisagem foi alterada para melhorar a sua sensibilidade ao sinal do hidrogênio neutro.

O hidrogênio neutro emite radiação no comprimento de onda dos 21 centímetros. À medida que o Universo se expandia nos últimos 12 bilhões de anos, o sinal da Época da Reionização foi esticado até cerca de 2 metros e é isso que os astrônomos do MWA estão à procura. O problema é que existem inúmeras outras fontes que emitem no mesmo comprimento de onda, fontes criadas pelo Homem, como televisão digital, bem como fontes naturais da Via Láctea e de milhões de outras galáxias.

Todas estas outras fontes são muitas ordens de magnitude mais fortes do que o sinal que está sendo detectado. Mesmo um sinal de rádio FM refletido por um avião que coincidentemente passa por cima do telescópio é suficiente para contaminar os dados.

Para detectar o sinal, os pesquisadores usam uma infinidade de técnicas de processamento para eliminar estes contaminantes. Ao mesmo tempo, têm que ter em conta as respostas de frequência únicas do próprio telescópio.

Estas técnicas de análise combinadas com a capacidade expandida do próprio telescópio resultaram num novo limite superior da força do sinal da Época da Reionização. É a segunda análise consecutiva do melhor limite até ao momento a ser divulgada pelo MWA e aumenta a esperança de que a experiência um dia detecte o sinal elusivo da Época da Reionização.

Um artigo será publicado brevemente na revista The Astrophysical Journal.

Fonte: Brown University

Um buraco negro enfraquecido permite que a sua galáxia "desperte"

Os astrônomos confirmaram o primeiro exemplo de um aglomerado de galáxias onde um grande número de estrelas está nascendo no seu núcleo.

© NASA/ESA/NRAO (Aglomerado da Fênix)

Usando dados de telescópios espaciais da NASA e de um observatório de rádio, pesquisadores reuniram novos detalhes sobre como os buracos negros mais massivos do Universo afetam as suas galáxias hospedeiras.

Os aglomerados de galáxias são as maiores estruturas do cosmos mantidas juntas pela gravidade, consistindo de centenas ou milhares de galáxias embebidas em gás quente, bem como de matéria escura invisível. Os maiores buracos negros supermassivos encontram-se em galáxias nos centros destes aglomerados.

Durante décadas, os astrônomos procuraram aglomerados de galáxias contendo ricos berçários de estrelas nas suas galáxias centrais. Em vez disso, encontraram buracos negros gigantes e poderosos, bombardeando energia através de jatos de partículas altamente energéticas e mantendo o gás demasiado quente para formar muitas estrelas.

Agora, os cientistas têm evidências convincentes de um aglomerado de galáxias em que as estrelas se formam a uma velocidade furiosa, aparentemente ligadas a um buraco negro menos eficaz no seu centro. Neste aglomerado único, os jatos do buraco negro central parecem ajudar na formação estelar. Os pesquisadores usaram novos dados do observatório de raios X Chandra e do telescópio espacial Hubble da NASA, e do VLA (Karl Jansky Very Large Array) para esclarecer observações anteriores deste aglomerado.

O buraco negro está no centro de um aglomerado de galáxias chamado Aglomerado da Fênix, localizado a mais ou menos 5,8 bilhões de anos-luz da Terra na direção da constelação da Fênix. A grande galáxia que hospeda o buraco negro é cercada por gás quente com temperaturas de milhões de graus. A massa deste gás, equivalente a trilhões de sóis, é várias vezes maior do que a massa combinada de todas as galáxias do aglomerado.

Este gás quente perde energia à medida que brilha em raios X, o que deve fazer com que arrefeça até formar um grande número de estrelas. No entanto, em todos os outros aglomerados de galáxias observados, explosões energéticas impulsionadas por um buraco negro fazem com que a maior parte do gás quente não arrefeça, impedindo o nascimento generalizado de estrelas.

Quando a capacidade de aquecimento de um buraco negro é desativada num aglomerado de galáxias, o gás pode então arrefecer.

As evidências desta rápida formação estelar no Aglomerado da Fênix já tinham sido anteriormente relatadas em 2012. Mas foram necessárias observações mais profundas para aprender detalhes sobre o papel do buraco negro central no renascimento de estrelas na galáxia central, e como isso pode mudar no futuro.

Combinando longas observações em raios X, no visível e no rádio, os pesquisadores obtiveram uma melhoria de dez vezes na qualidade dos dados em comparação com as observações anteriores. Os novos dados do Chandra revelam que o gás quente está arrefecendo quase ao ritmo esperado na ausência de energia injetada por um buraco negro. Os novos dados do Hubble mostram que estão localizadas cerca de 10 bilhões de massas solares de gás frio ao longo dos filamentos que conduzem ao buraco negro, e jovens estrelas estão se formando a partir deste gás frio a um ritmo de mais ou menos 500 massas solares por ano. Em comparação, a Via Láctea forma estrelas a um ritmo de aproximadamente uma massa solar por ano.

Os dados rádio do VLA revelam jatos saindo da vizinhança do buraco negro central. Estes jatos provavelmente inflaram bolhas no gás quente detectado nos dados do Chandra. Tanto os jatos quanto as bolhas são evidências do rápido crescimento do buraco negro. No início deste crescimento, o buraco negro pode ter sido subdimensionado, em comparação com a massa da sua galáxia hospedeira, o que permitiria que o arrefecimento rápido não tivesse controle.

O arrefecimento pode continuar quando o gás é transportado para longe do centro do aglomerado pelas explosões do buraco negro. A uma distância maior da influência do aquecimento do buraco negro, o gás arrefece mais depressa do que pode cair para o centro do aglomerado. Este cenário explica a observação de que o gás frio está localizado em torno das cavidades, com base numa comparação dos dados do Chandra e do Hubble.

Eventualmente, a explosão gerará turbulência, ondas sonoras e ondas de choque suficientes (parecidas às explosões sônicas produzidas pelos aviões supersônicos) para fornecer fontes de calor e impedir mais arrefecimento. Isto continuará até que a explosão cesse e o acumular de gás frio possa recomeçar. O ciclo inteiro pode então repetir-se.

A ausência de objetos semelhantes mostra que os aglomerados de galáxias e os seus enormes buracos negros passam pela rápida fase de formação estelar de forma relativamente acelerada.

O artigo que descreve estes resultados foi publicado no periódic The Astrophysical Journal.

Fonte: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics