Obtidas provas fotográficas de jato emergindo da colisão de galáxias

Uma equipe de pesquisadores da Faculdade de Ciências da Universidade de Clemson, Carolina do Sul, EUA, em colaboração com colegas internacionais, divulgou a primeira detecção definitiva de um jato relativista emergindo de duas galáxias em colisão; em essência, a primeira prova fotográfica de que a fusão de galáxias pode produzir jatos de partículas carregadas que viajam quase à velocidade da luz.

© Vaidehi Paliya (colisão entre as galáxias)

A galáxia Seyfert 1, TXS 2116-077 (à direita), colide com outra galáxia espiral de massa semelhante, criando um jato relativista no centro de TXS. Ambas as galáxias têm NGAs (núcleos galácticos ativos).

Além disso, os cientistas descobriram anteriormente que estes jatos podiam ser encontrados em galáxias elípticas, que podem ser formadas na fusão de duas galáxias espirais. Agora, têm uma imagem que mostra a formação de um jato de duas galáxias mais jovens em forma de espiral.

O fato de o jato ser tão jovem permitiu que os cientistas vissem claramente a sua galáxia hospedeira.

As colisões de galáxias já foram fotografadas muitas vezes. Mas, Vaidehi Paliya e Marco Ajello são os primeiros a captar a fusão de duas galáxias onde existe um jato totalmente apontado para nós ainda que muito jovem.

Normalmente, um jato emite luz tão poderosa que não podemos ver a galáxia por trás. É como tentar olhar para um objeto e alguém apontar uma lanterna brilhante aos nossos olhos. Tudo o que podemos ver é a lanterna. Este jato é menos poderoso, de modo que podemos na verdade ver a galáxia onde nasceu.

Os jatos são dos fenômenos astrofísicos mais poderosos do Universo. Podem emitir mais energia por segundo do que o nosso Sol produzirá durante toda a sua vida. Esta energia está na forma de radiação, como ondas de rádio intensas, raios X e raios gama.

Pensa-se que os jatos nascem de galáxias elípticas mais antigas, com um NGA (núcleo galáctico ativo), um buraco negro supermassivo que reside no seu centro. Como ponto de referência, os cientistas pensam que todas as galáxias têm buracos negros supermassivos no centro, mas nem todas têm núcleos galácticos ativos. Por exemplo, o buraco negro supermassivo da nossa Via Láctea está adormecido.

Os cientistas teorizam que os NGAs crescem atraindo gravitacionalmente gás e poeira através de um processo chamado acreção. Mas nem toda esta matéria é acretada para o buraco negro. Algumas das partículas tornam-se aceleradas e são expelidas para fora em feixes estreitos na forma de jatos.

Ajello pensa que a imagem da equipe mostra as duas galáxias, uma galáxia Seyfert 1 conhecida como TXS 2116-077 e outra galáxia de massa semelhante, enquanto colidiam pela segunda vez devido à quantidade de gás presente na imagem.

"Eventualmente, todo o gás será expelido para o espaço e, sem gás, uma galáxia não consegue formar mais estrelas," disse Ajello. "Sem gás, o buraco negro será desligado e a galáxia ficará adormecida."

Daqui a bilhões de anos, a nossa própria Via Láctea se fundirá com a vizinha Galáxia de Andrômeda.

"Os cientistas realizaram simulações numéricas detalhadas e previram que este evento acabaria levando à formação de uma galáxia elíptica gigante," disse Paliya. "Dependendo das condições físicas, poderá hospedar um jato relativista, mas isso é no futuro distante."

A equipe captou a imagem usando um dos maiores telescópios terrestres do mundo, o telescópio óptico e infravermelho Subaru de 8,2 metros localizado no Havaí. Realizaram observações subsequentes com o GTC (Gran Telescopio Canarias) e com o telescópio William Herschel na ilha de La Palma, Espanha, bem como com o telescópio espacial de raios X Chandra da NASA.

Os resultados foram relatados no periódico The Astrophysical Journal.

Fonte: Instituto de Astrofísica de Canarias

Algo está à espreita no coração do quasar 3C 279

Há um ano, a Colaboração EHT (Event Horizon Telescope) publicou a primeira imagem de um buraco negro na radiogaláxia vizinha M87.

© MPIfR (estrutura do jato de 3C 279)

Agora, a colaboração extraiu novas informações dos dados do EHT sobre o quasar distante 3C 279: observaram os melhores detalhes, até agora, do jato relativista que se pensa originar das proximidades de um buraco negro supermassivo. Na sua análise, liderada pelo astrônomo Jae-Young Kim do Instituto Max Planck para Radioastronomia em Bonn, Alemanha, estudaram a morfologia em fina escala do jato perto da base onde se pensa que a emissão altamente variável de raios gama tenha origem. A técnica usada para a observação do jato é chamada VLBI (Very Long Baseline Interferometry). Grande parte do desenvolvimento do VLBI foi liderado pela divisão de Radioastronomia/VLBI do Instituto Max Planck para Radioastronomia.

A colaboração EHT continua extraindo informações dos excelentes dados recolhidos na sua campanha global em abril de 2017. O alvo das observações foi o quasar 3C 279, uma galáxia na direção da constelação de Virgem que os cientistas classificaram como quasar porque um ponto de luz no seu centro brilha intensamente e cintila à medida que enormes quantidades de gás e estrelas caem no buraco negro gigante. O buraco negro tem aproximadamente um  bilhão de vezes a massa do Sol. Está destruindo o gás e as estrelas que se aproximam num disco de acreção inferido e que está lançando para fora parte do gás em dois jatos finos de plasma semelhantes a mangueiras a velocidades próximas da da luz.

Agora, os telescópios ligados mostram os detalhes mais nítidos de sempre, até uma resolução superior a meio ano-luz, para melhor ver o jato até ao disco de acreção esperado e para ver o jato e o disco em ação. Os dados analisados recentemente mostram que o jato normalmente direito tem uma forma torcida inesperada na sua base e, pela primeira vez, vemos características perpendiculares ao jato, que primeiro podiam ser interpretadas como o disco de acreção a partir do qual os jatos são ejetados dos polos. Comparando imagens dos dias subsequentes, nota-se que alteram os seus detalhes finos, sondando a ejeção do jato, mudanças que antes eram vistas apenas em simulações numéricas.

"Os jatos relativísticos mostram movimentos aparentemente superluminais, como uma espécie de ilusão de ótica, mas isto, perpendicular à expetativa, é novo e requer análise cuidadosa," acrescenta Jae-Young Kim.

Thomas Krichbaum, que projetou as observações da fonte em 2016 como pesquisador principal do projeto, realça a desafiadora interpretação dos dados: "É difícil conciliar o movimento de direção transversal do jato com o simples entendimento de um jato relativista de propagação externa. Isto sugere a presença de instabilidades de propagação do plasma num jato dobrado ou de uma rotação interna do jato. O 3C 279 foi a primeira fonte na astronomia a mostrar movimentos superluminais e hoje, quase cinquenta anos depois, ainda nos reserva algumas surpresas."

Os telescópios que contribuíram para este resultado foram o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), o APEX (Atacama Pathfinder EXperiment), o telescópio IRAM (Institute for Radio Astronomy in the Millimeter Range) de 30 metros, o telescópio James Clerk Maxwell, o LMT (Large Milimeter Telescope), o SMA (Submillimeter Array), o SMT (Submillimeter Telescope) e o SPT (South Pole Telescope).

Os telescópios trabalham juntos usando uma técnica chamada VLBI (Very Long Baseline Interferometry). Isto sincroniza instalações espalhadas pelo mundo e explora a rotação do nosso planeta para formar um enorme telescópio do tamanho da Terra. O método VLBI permite que o EHT atinja uma resolução de 20 microssegundos de arco, o equivalente a identificar uma laranja na Terra, vista por um astronauta na Lua. A análise de dados, para transformar dados brutos numa imagem, exigiu computadores específicos, hospedados pelo Instituto Max Planck para Radioastronomia e pelo Observatório Haystack do Massachusetts Institute of Technology (MIT).

A campanha de observação março/abril de 2020 do EHT foi cancelada devido à pandemia de CoViD-19. A Colaboração EHT está determinada, nas etapas seguintes, fazendo novas observações e analisando dados existentes.

Os astrônomos esperam ansiosamente as observações com a rede expandida para 11 observatórios do EHT em março de 2021.

Os resultados foram publicados no periódico Astronomy & Astrophysics.

Fonte: Max Planck Institute for Radio Astronomy

Encontrado um elusivo buraco negro de massa intermediária

Novos dados do telescópio espacial Hubble forneceram as evidências mais fortes até agora para buracos negros de tamanho intermediário no Universo.

© ESA (estrela sendo dilacerada por um buraco negro de massa intermediária)

O Hubble confirma que este buraco negro de massa intermediária mora dentro de um denso aglomerado de estrelas.

Os buracos negros de massa intermediária (BNMIs) são um "elo perdido" há muito procurado na evolução dos buracos negros. Até à data já foram encontrados alguns candidatos a BNMI. São menores do que os buracos negros supermassivos que se encontram nos núcleos de galáxias grandes, mas maiores do que os buracos negros de massa estelar formados pelo colapso de estrelas massivas. Este novo buraco negro tem mais de 50.000 vezes a massa do Sol.

Os BNMIs são difíceis de encontrar. "Os buracos negros de massa intermediária são objetos muito esquivos e, portanto, é fundamental considerar e descartar cuidadosamente explicações alternativas para cada candidato. Foi isso que o Hubble nos permitiu fazer ao nosso candidato," disse Dacheng Lin, da Universidade de New Hampshire, autor principal do estudo.

Lin e a sua equipe usaram o Hubble para seguir pistas do observatório de raios X Chandra da NASA e do XMM-Newton da ESA, que transporta três telescópios de raios X e um monitor óptico para fazer exposições longas e ininterruptas, fornecendo observações altamente sensíveis.

Em 2006, estes satélites de alta energia detectaram uma poderosa explosão de raios X, mas não ficou claro se tinha origem de dentro ou de fora da nossa Galáxia. Os pesquisadores atribuíram-na a uma estrela sendo despedaçada depois de chegar muito perto de um objeto compacto e gravitacionalmente poderoso, como um buraco negro.

Surpreendentemente, a fonte de raios X, denominada 3XMM J215022.4−055108, não estava localizada no centro de uma galáxia, onde os buracos negros massivos geralmente residem. Isto levantou esperanças de que o objeto era um BNMI, mas primeiro outra possível fonte do surto de raios X tinha que ser descartada: uma estrela de nêutrons na nossa própria Via Láctea, arrefecendo depois de ser aquecida a uma temperatura muito alta. As estrelas de nêutrons são os remanescentes extremamente densos de uma estrela que explodiu.

© Hubble (localização de um buraco negro de massa intermediária)

O Hubble foi apontado para a fonte de raios X a fim de resolver a sua localização precisa. Imagens profundas e de alta resolução confirmaram que os raios X emanavam não de uma fonte isolada na nossa Galáxia, mas sim de um aglomerado estelar distante e denso nos arredores de outra galáxia, exatamente o local esperado para encontrar evidências de BNMIs. Pesquisas anteriores do Hubble mostraram que quanto mais massiva a galáxia, mais massivo é o seu buraco negro. Portanto, este novo resultado sugere que o aglomerado de estrelas que abriga 3XMM J215022.4−055108 pode ser o núcleo despojado de uma galáxia anã de massa mais baixa que foi gravitacionalmente destruída pelas suas interações íntimas com a sua galáxia hospedeira maior.

Os BNMIs têm sido particularmente difíceis de encontrar porque são menores e menos ativos do que os buracos negros supermassivos; não têm fontes de combustível prontamente disponíveis, nem uma atração gravitacional forte o suficiente para atrair constantemente estrelas e outro material cósmico e produzir brilho em raios X. Os astrônomos, portanto, precisam de avistar um BNMI em flagrante, no ato relativamente raro de devorar uma estrela. Lin e colegas vasculharam o arquivo de dados do XMM-Newton, procurando entre centenas de milhares de fontes, a fim de encontrar evidências fortes deste candidato a BNMI. Uma vez encontrado, o brilho dos raios X da estrela devorada permitiu estimar a massa do buraco negro.

A confirmação de um BNMI abre a porta à possibilidade de que muito mais se escondam no escuro, à espera de serem denunciados por uma estrela que passe demasiado perto.

Os buracos negros são dos ambientes mais extremos que os humanos conhecem e, portanto, são um campo de teste para as leis da física e para a nossa compreensão de como o Universo funciona. Será que os buracos negros supermassivos crescem a partir de BNMIs? Como é que os BNMIs, propriamente ditos, se formam? Os aglomerados de estrelas são a sua casa favorita?

Os resultados foram publicados no periódico Astrophysical Journal Letters.

Fonte: ESA

Tsunamis de quasares dilaceram galáxias

Usando as capacidades únicas do telescópio espacial Hubble da NASA, uma equipe de astrônomos descobriu os fluxos mais energéticos alguma vez vistos no Universo. São emanados por quasares e atravessam o espaço interestelar como tsunamis, causando estragos nas galáxias onde vivem.

© STScI (ilustração de galáxia distante com um quasar ativo no seu centro)

Os quasares são objetos celestes extremamente remotos, emitindo quantidades excepcionalmente grandes de energia. Os quasares contêm buracos negros supermassivos alimentados por matéria em queda que pode brilhar 1.000 vezes mais do que as galáxias hospedeiras com centenas de bilhões de estrelas.

À medida que o buraco negro devora matéria, o gás quente envolve e emite radiação intensa, criando o quasar. Os ventos, impulsionados pela pressão da radiação nas proximidades do buraco negro, empurram o material para longe do centro da galáxia. Estes fluxos aceleram para velocidades a uma fração da velocidade da luz.

"Nenhum outro fenômeno transporta mais energia mecânica. Ao longo da vida útil de 10 milhões de anos, estes fluxos produzem um milhão de vezes mais energia do que uma explosão de raios gama," explicou o pesquisador Nahum Arav, da Virginia Tech em Blacksburg, EUA. "Os ventos estão empurrarando centenas de massas solares cada ano. A quantidade de energia mecânica que estes fluxos transportam é várias centenas de vezes maior do que a luminosidade de toda a Via Láctea."

Os ventos do quasar atravessam o disco da galáxia. O material que de outra forma teria formado novas estrelas é violentamente varrido da galáxia, provocando a interrupção do nascimento estelar. A radiação empurra o gás e a poeira para distâncias muito maiores do que os cientistas pensavam anteriormente, criando um evento a nível galáctico.

À medida que este tsunami cósmico atinge o material interestelar, a temperatura na frente de choque atinge bilhões de graus, onde o material brilha em grande parte como raios X, mas também amplamente no espectro visível. Qualquer pessoa que assista a este evento verá um brilhante espetáculo celeste. "Receberíamos muita radiação, primeiro em raios X e raios gama, depois estendida para o visível e para o infravermelho," disse Arav.

As simulações numéricas da evolução da galáxia sugerem que estes fluxos podem explicar alguns enigmas cosmológicos importantes, como porque são observadas tão poucas galáxias grandes no Universo e porque é que há uma relação entre a massa da galáxia e a massa do seu buraco negro central. Este estudo mostra que estes poderosos fluxos de quasar devem prevalecer no Universo primitivo.

"Tanto teóricos quanto observadores sabem há décadas que existe algum processo físico que interrompe a formação estelar em galáxias massivas, mas a natureza deste processo tem permanecido um mistério. A colocação dos fluxos observados nas nossas simulações resolve estes problemas pendentes na evolução galáctica," explicou o eminente cosmólogo Jeremiah P. Ostriker da Universidade Columbia e da Universidade de Princeton.

Os astrônomos estudaram 13 fluxos de quasar e foram capazes de medir a velocidade vertiginosa do gás acelerado pelo vento quasar observando as "impressões digitais" espectrais da luz do gás brilhante. Os dados ultravioleta do Hubble mostram que estas características de absorção de luz, criadas a partir de material ao longo do percurso da luz, foram desviadas espectralmente devido ao rápido movimento do gás pelo espaço. Isto deve-se ao efeito Doppler, onde o movimento de um objeto comprime ou estica os comprimentos de onda, dependendo se estiver aproximando ou se afastando de nós. Somente o Hubble possui a gama específica de sensibilidade ultravioleta que permite aos astrônomos obter as observações necessárias que levam a esta descoberta.

Além de medir os quasares mais energéticos alguma vez observados, a equipe também descobriu um fluxo acelerando mais depressa do que qualquer outro. Aumentou de quase 69 milhões de quilômetros por hora para aproximadamente 74 milhões de quilômetros por hora ao longo de um período de três anos. Os cientistas pensam que a sua aceleração vai continuar aumentando com o tempo.

Estes poderosos fluxos podem fornecer novas ideias sobre a ligação entre o crescimento de um buraco negro supermassivo central e o desenvolvimento de toda a sua galáxia hospedeira.

As descobertas foram publicadas numa série de seis artigos científicos no periódico The Astrophysical Journal Supplements.

Fonte: Space Telescope Science Institute

Dados do Chandra testam a "teoria de tudo"

Uma das maiores ideias da física é a possibilidade de que todas as forças, partículas e interações conhecidas possam ser ligadas numa única estrutura.

© NASA/Chandra (aglomerado de galáxias de Perseu)

A teoria das cordas é sem dúvida a proposta mais bem conhecida para uma "teoria de tudo" que uniria a nossa compreensão do Universo físico.

Apesar de existirem muitas versões diferentes da teoria das cordas circulando durante décadas pela comunidade da física, têm havido muito poucos testes experimentais. No entanto, os astrônomos que usam o observatório de raios X Chandra da NASA deram um passo significativo nessa área.

Pesquisando aglomerados galácticos, as maiores estruturas do Universo mantidas juntas pela gravidade, os pesquisadores conseguiram procurar uma partícula específica que muitos modelos da teoria das cordas preveem que deveria existir. Embora a não detecção resultante não descarte completamente a teoria das cordas, dá um golpe em certos modelos desta variedade de ideias.

A partícula que os pesquisadores estavam procurando é chamada de áxion. Estas partículas ainda não detectadas devem ter massas extraordinariamente baixas. Os cientistas não sabem o intervalo preciso de massa, mas muitas teorias apresentam massas axiais que variam de mais ou menos um milionésimo da massa de um elétron até massa zero. Alguns cientistas pensam que os áxions poderiam explicar o mistério da matéria escura, responsável pela grande maioria da matéria no Universo.

Uma propriedade incomum destas partículas de massa extremamente baixa seria a de que às vezes convertem-se em fótons à medida que passam através de campos magnéticos. O oposto também pode ser verdadeiro: os fótons também podem ser convertidos em áxions sob certas condições. A frequência com que esta conversão ocorre depende da facilidade com que a fazem, ou seja, da sua "conversibilidade."

Alguns cientistas propuseram a existência de uma classe mais ampla de partículas de massa extremamente baixa com propriedades semelhantes às dos áxions. Os áxions teriam um único valor de conversibilidade em cada massa, mas as "partículas semelhantes aos áxions" teriam um intervalo de conversibilidade na mesma massa.

"Embora possa parecer um tiro no escuro procurar partículas minúsculas como os áxions em estruturas gigantescas como aglomerados galácticos, na verdade são lugares ótimos para a procura," disse David Marsh da Universidade de Estocolmo na Suécia. "Os aglomerados de galáxias contêm campos magnéticos enormes e também costumam conter fontes brilhantes de raios X. Juntas, estas propriedades aumentam a probabilidade de detectar a conversão de partículas parecidas aos áxions."

Para procurar sinais de conversão por partículas tipo-áxion, a equipe de astrônomos examinou mais de cinco dias de observações em raios X, pelo Chandra, de material a caindo em direção ao buraco negro supermassivo no centro do aglomerado de galáxias de Perseu. Eles estudaram o espectro do Chandra, ou a quantidade de emissão de raios X observada em diferentes energias desta fonte. A longa observação e a brilhante fonte de raios X forneceram um espectro com sensibilidade suficiente para mostrar distorções que os cientistas esperavam caso partículas tipo-áxion estivessem presentes.

A ausência de detecção de tais distorções permitiu que os pesquisadores descartassem a presença da maioria dos tipos de partículas parecidas aos áxions na gama de massas às quais as suas observações eram sensíveis, abaixo de trilionésimos da massa de um elétron.

"A nossa análise não descarta a existência destas partículas, mas definitivamente não ajuda ao seu caso," disse Helen Russell da Universidade de Nottingham no Reino Unido. "Estas restrições investigam o leque de propriedades sugeridas pela teoria das cordas e podem ajudar os teóricos a descartar algumas versões das teorias das cordas."

O resultado mais recente foi cerca de três a quatro vezes mais sensível do que a melhor investigação anterior de partículas semelhantes aos áxions, proveniente de observações através do Chandra do buraco negro supermassivo da galáxia M87. Este estudo do aglomerado de galáxias de Perseu também é cerca de cem vezes mais poderoso que as medições atuais que podem ser realizadas em laboratórios aqui na Terra, para o intervalo de massa que consideraram.

Claramente, uma possível interpretação deste trabalho é que não existem partículas do tipo-áxion. Outra explicação é que as partículas têm valores de conversibilidade ainda mais baixos do que o limite de detecção desta observação, e inferiores aos esperados por alguns físicos de partículas. Também podem ter massas mais altas do que as estudadas com os dados do Chandra.

O artigo que descreve estes resultados foi publicado na revista The Astrophysical Journal.

Fonte: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics

Onde há um, há mais cem

PSO J030947.49+271757.31 é o blazar mais distante observado até à data.

© NASA/JPL-Caltech/GSFC (ilustração de um blazar)

A luz que vemos começou a sua viagem quando o Universo tinha menos de um bilhão de anos, há quase 13 bilhões de anos. O blazar foi descoberto por uma equipe de pesquisadores liderada por Silvia Belladitta, estudante de doutoramento da Universidade de Insubria, que trabalha para o INAF (Instituto Nacional de Astrofísica) em Milão, Itália.

Embora houvesse a suspeita de que o objeto fosse distante, e as observações do telescópio espacial Swift (do qual o INAF é um dos principais contribuintes) mostrassem que o seu poder de raios X correspondia ao de outros blazares, foram as observações obtidas com o óptico MODS (Multi-Double Object Spectrographs) acoplado ao LBT (Large Binocular Telescope) que confirmaram que realmente quebrou o recorde de blazar mais distante do Universo conhecido.

Os blazares são das mais brilhantes classes de objetos chamados NGAs (Núcleos Galácticos Ativos) que são buracos negros supermassivos nos centros das galáxias. Estão ativos devido à presença de um disco ou esfera de gás ionizado ao seu redor que "alimenta" a emissão vista em muitos comprimentos de onda. Os blazares emitem poderosos jatos relativistas, brilhantes o suficiente para serem vistos em todo o Universo conhecido. O feixe de um blazar é visível apenas ao longo de uma estreita linha de visão.

Se a Terra não estiver nessa linha de visão, não seria facilmente reconhecível. Assim sendo, a detecção de objetos pode ser extremamente difícil e fortuita. Mais importante, porém, este blazar é um dos buracos negros supermassivos mais antigos e distantes não obscurecidos por poeira (ao contrário da maioria dos buracos negros supermassivos). Isto permite que os astrônomos estudem este objeto em todo o espectro eletromagnético e construam uma imagem completa das suas propriedades.

Os dados obtidos pelo LBT confirmaram que PSO J0309+27 está muito longe de nós, o desvio para o vermelho tem um valor recorde de 6,1, nunca medido anteriormente para um objeto semelhante.

O PSO J0309+27 provou ser, de momento, a fonte de rádio mais poderosa e persistente do Universo primordial, nos primeiros bilhões de anos desde a sua formação. Observações feitas pelo telescópio XRT a bordo do satélite Swift também tornaram possível estabelecer que, mesmo em raios X, o PSO J0309+27 é a fonte cósmica mais brilhante já observada a estas distâncias.

Belladitta ainda realça: "É extremamente importante observar um blazar, porque para cada fonte descoberta deste tipo, sabemos que devem existir cem semelhantes, mas orientadas de maneira diferente e, portanto, fracas demais para serem vistas diretamente."

A descoberta de PSO J0309+27 permite que os astrônomos quantifiquem, pela primeira vez, o número de NGAs com poderosos jatos relativistas presentes no Universo primordial. Os blazares nestas épocas iniciais representam as "sementes" de todos os buracos negros supermassivos que existem hoje no Universo.

"A partir destas novas observações do LBT, ainda em desenvolvimento, também estimamos que o mecanismo central que aciona PSO J0309+27 é um buraco negro com uma massa equivalente a cerca de de um bilhão de vezes a massa do nosso Sol. Graças à nossa descoberta, podemos dizer que já nos primeiros bilhões de anos do Universo, existia um grande número de buracos negros muito massivos que emitiam poderosos jatos relativistas. Este resultado impõe restrições rígidas aos modelos teóricos que tentam explicar a origem destes enormes buracos negros no nosso Universo," conclui Belladitta.

A descoberta foi publicada na revista Astronomy & Astrophysics Letters.

Fonte: Italian National Institute for Astrophysics

Galáxia com único braço

A NGC 4618 foi descoberta em 9 de abril de 1787 pelo astrônomo alemão-britânico Wilhelm Herschel, que também descobriu Urano em 1781.

© Hubble/I. Karachentsev (NGC 4618)

Apenas um ano antes de descobrir a NGC 4618, Herschel teorizou que os objetos "nebulosos" que os astrônomos estavam vendo no céu noturno provavelmente seriam grandes aglomerados de estrelas localizados muito mais longe do que as estrelas individuais que ele poderia discernir facilmente.

Desde que Herschel propôs sua teoria, os astrônomos passaram a entender que o que ele estava vendo era uma galáxia. A NGC 4618, classificada como uma galáxia espiral barrada, possui uma distinção especial entre outras galáxias espirais de ter apenas um braço girando em torno do centro da galáxia.

A NGC 4618 está localizada a cerca de 21 milhões de anos-luz de nossa galáxia na constelação Canes Venatici, ela possui um diâmetro de cerca de um terço da Via Láctea. Juntamente com sua vizinha, a NGC 4625, ela forma um par de galáxias que interage, o que significa que as duas galáxias estão próximas o suficiente para se influenciar gravitacionalmente. Estas interações podem resultar na fusão de duas (ou mais) galáxias para formar uma nova estrutura, como uma galáxia em anel.

Fonte: ESA

Sobre a origem das estrelas massivas

Esta cena de criação estelar fica perto dos arredores da famosa Nebulosa de Tarântula.

© Hubble/I. Stephens (LHA 120-N 150)

Esta nuvem de gás e poeira, assim como as muitas estrelas jovens e massivas que a cercam, é o laboratório perfeito para estudar a origem de estrelas massivas.

A nuvem rosa brilhante e as jovens estrelas que a rodeiam nesta imagem captada pelo telescópio espacial Hubble têm o nome pouco inspirador LHA 120-N 150. Esta região do espaço é o maior viveiro estelar conhecido no Universo local. A nebulosa está situada a mais de 160.000 anos-luz de distância na Grande Nuvem de Magalhães, uma galáxia anã irregular vizinha que orbita a Via Láctea.

A Grande Nuvem de Magalhães teve um ou mais encontros próximos no passado, possivelmente com a Pequena Nuvem de Magalhães. Estas interações causaram um episódio de formação energética de estrelas em nossa pequena vizinha, parte do qual é visível como a Nebulosa da Tarântula.

Também conhecida como 30 Doradus ou NGC 2070, a Nebulosa da Tarântula deve seu nome ao arranjo de manchas brilhantes que se assemelham às pernas de uma tarântula. Ela mede quase 1.000 anos-luz de diâmetro. Sua proximidade, a inclinação favorável da Grande Nuvem de Magalhães e a ausência de poeira intermediária fazem da Nebulosa da Tarântula um dos melhores laboratórios para estudar a formação de estrelas, em particular estrelas massivas. Esta nebulosa tem uma concentração excepcionalmente alta de estrelas massivas, geralmente chamadas de aglomerados de super estrelas.

Os astrônomos estudaram a LHA ​​120-N 150 para aprender mais sobre o ambiente em que estrelas massivas se formam. Modelos teóricos da formação de estrelas massivas sugerem que elas se formem em aglomerados de estrelas; mas as observações indicam que até dez por cento delas também se formaram isoladamente. A gigantesca nebulosa de Tarântula, com suas numerosas subestruturas, é o laboratório perfeito para resolver esse quebra-cabeça, pois nele estrelas maciças podem ser encontradas como membros de aglomerados e isoladamente.

Com a ajuda do telescópio espacial Hubble, os astrônomos tentam descobrir se as estrelas isoladas visíveis na nebulosa realmente se formaram sozinhas ou simplesmente se afastaram de suas irmãs estelares. No entanto, este estudo não é uma tarefa fácil; estrelas jovens, antes de serem totalmente formadas, especialmente as massivas, parecem muito semelhantes a densos pedaços de poeira.

A LHA 120-N 150 contém várias dezenas destes objetos. Eles são uma mistura de fontes não classificadas, alguns provavelmente objetos estelares jovens e outros provavelmente amontoados de poeira. Somente análises e observações detalhadas revelarão sua verdadeira natureza e isso ajudará a finalmente resolver a questão sem resposta da origem de estrelas massivas.

O telescópio espacial Hubble observou a Nebulosa da Tarântula e suas subestruturas no passado, sempre se interessando pela formação e evolução das estrelas.

Os resultados científicos desta observação foram publicados no periódico Astrophyiscal Journal.

Fonte: ESA

Descoberto remanescente pulsante de estrela em sistema binário

Cientistas da Universidade de Sheffield descobriram uma antiga estrela pulsante num sistema binário, o que lhes permite aceder a informações importantes sobre a história de como estrelas como o nosso Sol evoluem e eventualmente morrem.

© ESO/M. Kornmesser (ilustração de um sistema binário com uma anã branca)

A descoberta da primeira estrela anã branca pulsante num binário eclipsante, por físicos da Universidade de Sheffield, significa que a equipa pode ver, pela primeira vez e em detalhe, como a evolução binária afetou a estrutura interna de uma anã branca.

Um binário eclipsante, ou sistema estelar duplo, é constituído por duas estrelas que se orbitam uma à outra e que passam periodicamente uma à frente da outra, a partir da perspetiva da Terra.

As anãs brancas são os núcleos queimados deixados para trás quando uma estrela como o Sol morre. Esta anã branca em particular pode fornecer, pela primeira vez, informações importantes sobre a estrutura, evolução e morte destas estrelas.

Pensa-se que a maioria das anãs brancas sejam compostas principalmente de carbono e oxigênio, mas esta anã em particular é composta principalmente de hélio. A equipa pensa que isso é resultado da companheira binária ter interrompido a sua evolução cedo, antes de ter hipótese de fundir o hélio em carbono e oxigênio.

Os pulsos desta estrela foram descobertos usando a HiPERCAM, uma revolucionária câmara de alta velocidade desenvolvida por uma equipa liderada pelo professor Vik Dhillon do Departamento de Física e Astronomia da Universidade de Sheffield.

A HiPERCAM pode captar uma imagem a cada milissegundo em cinco cores diferentes simultaneamente e está acoplada ao GTC (Gran Telescopio Canarias) de 10,4 metros, o maior telescópio ótico do mundo em La Palma. Isto permitiu que os cientistas detetassem os pulsos rápidos e subtis desta anã branca em particular.

Os pulsos da anã branca e do sistema binário eclipsante permitiram à equipa investigar a sua estrutura usando duas técnicas, asterossismologia e estudos de eclipses. A asterossismologia envolve a medição da rapidez com que as ondas sonoras viajam através da anã branca.

O Dr. Steven Parsons, que liderou o estudo e do mesmo departamento, disse: "A determinação da composição de uma anã branca não é simples porque estes objetos têm aproximadamente metade da massa do Sol e aproximadamente o tamanho da Terra. Isto significa que a gravidade é extremamente forte numa anã branca, cerca de um milhão de vezes maior do que aqui na Terra, de modo que à superfície de uma anã branca uma pessoa média pesaria 60 milhões de quilogramas. A gravidade faz com que todos os elementos pesados da anã branca afundem para o centro, deixando apenas os elementos mais leves na superfície e, portanto, a verdadeira composição permanece oculta por baixo.

"Esta anã branca pulsante que descobrimos é extremamente importante, pois podemos usar o movimento binário e o eclipse para medir independentemente a massa e o raio desta anã branca, o que nos ajuda a determinar a sua composição. Ainda mais interessante, as duas estrelas neste sistema binário interagiram uma com a outra no passado, transferindo material para a frente e para trás. Podemos ver como esta evolução binária afetou a estrutura interna da anã branca, algo que não conseguimos fazer antes para este tipo de sistemas binários."

O próximo passo da investigação é continuar a observar a anã branca para registar o maior número possível de pulsos usando a HiPERCAM e o telescópio espacial Hubble.

Fonte: University of Sheffield

Descobertos novos planetas menores localizados além de Netuno

Usando dados do DES (Dark Energy Survey) instalado no telescópio Blanco, pesquisadores descobriram mais de 300 objetos transnetunianos (OTNs), planetas menores localizados nos confins do Sistema Solar, incluindo mais de 100 novas descobertas.

© Fermilab/Reidar Hahn (cúpula do telescópio Blanco)

O estudo também descreve uma nova abordagem para encontrar tipos semelhantes de objetos e pode ajudar pesquisas futuras do hipotético Planeta Nove e de outros planetas não descobertos. O trabalho foi executado por pesquisadores da Universidade da Pensilvânia, EUA.

O objetivo do DES, que completou em janeiro seis anos de recolhimento de dados, é entender a natureza da energia escura, obtendo imagens de alta resolução do céu do hemisfério sul. Embora o DES não tenha sido desenhado especificamente para os OTNs, a sua abrangência e profundidade de cobertura tornaram-no particularmente hábil em encontrar novos objetos localizados além de Netuno.

Dado que o DES foi projetado para estudar galáxias e supernovas, os pesquisadores tiveram que desenvolver uma nova maneira de rastrear movimento. Dois levantamentos dedicados a OTNs recolhem medições com a frequência de uma ou duas horas, o que permite que os cientistas sigam mais facilmente os seus movimentos.

Usando os primeiros quatros anos de dados do DES, foi obtido inicialmente um conjunto de dados de 7 bilhões de 'pontos', todos os possíveis objetos detectados pelo software que estavam acima dos níveis de fundo da imagem. Seguidamente, removeu quaisquer objetos presentes em noites múltiplas - objetos como estrelas, galáxias e supernovas - para criar uma lista "transiente" de 22 milhões de objetos antes de iniciar um jogo massivo de "liga os pontos", procurando pares ou trios de objetos detectados a fim de ajudar a determinar onde o objeto apareceria nas noites subsequentes.

Para filtrar a lista de candidatos até OTNs reais, os pesquisadores voltaram ao conjunto de dados originais para ver se conseguiam encontrar mais imagens do objeto em questão.

Os pesquisadores desenvolveram uma maneira de "empilhar" várias imagens para criar uma visão mais nítida, o que ajudou a confirmar se um objeto detectado era um OTN real. Também verificaram que o seu método era capaz de observar OTNs conhecidos nas áreas do céu em estudo e foram capazes de detectar objetos falsos injetados na análise.

Após muitos meses de desenvolvimento de método e de análise, os cientistas encontraram 316 OTNs, incluindo 245 descobertas feitas pelo DES e 139 novos objetos que não tinham sido publicados anteriormente. Com apenas 3.000 objetos atualmente conhecidos, este catálogo DES representa 10% de todos os objetos transnetunianos conhecidos. Plutão, o OTN mais famoso, está 40 vezes mais distante do Sol do que a Terra, e os OTNs encontrados usando os dados do DES estão entre 30 e 90 vezes a distância Terra-Sol. Alguns destes objetos estão em órbitas extremamente longas que os levam muito além de Plutão.

Agora que o DES está completo, os pesquisadores estão executando novamente a sua análise de todo o conjunto de dados do DES, desta vez com um limite mais baixo para a detecção de objetos no primeiro estágio de filtragem. Isto significa que há um potencial ainda maior para, no futuro próximo, encontrar novos OTNs, possivelmente até 500, com base nestas estimativas.

O método desenvolvido também pode ser usado para procurar OTNs nos próximos levantamentos astronômicos, incluindo o do novo Observatório Vera C. Rubin. Este observatório vai examinar todo o céu do hemisfério sul e será capaz de detectar objetos ainda mais fracos e mais distantes do que o DES.

Este catálogo de OTNs também será uma ferramenta científica útil para pesquisas futuras do Sistema Solar. Dado que o DES recolhe um amplo espectro de dados sobre cada objeto detectado, os pesquisadores podem tentar descobrir a origem do objeto transnetuniano, tendo em conta que se espera que objetos que se formam mais perto do Sol tenham cores diferentes daqueles formados em regiões mais distantes e mais frias. E, ao estudar as órbitas destes objetos, os cientistas podem estar um passo mais perto de encontrar o Planeta Nove, um planeta hipotético do tamanho de Netuno que se pensa existir para além de Plutão.

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal.

Fonte: University of Pennsylvania

Estrela de nêutrons com 11 km de raio

Uma equipe internacional liderada por membros do Instituto Max Planck para Física Gravitacional (Instituto Albert Einstein) obteve novas medições do tamanho das estrelas de nêutrons.

© NASA (estrela de nêutrons com o tamanho aproximado de uma cidade)

Para tal, combinaram uma descrição geral dos primeiros princípios do comportamento desconhecido da matéria das estrelas de nêutrons com observações da fusão do binário de estrelas de nêutrons GW170817. Os seus resultados são mais rigorosos por um fator de dois do que os limites anteriores e mostram que uma estrela de nêutrons típica tem um raio próximo dos 11 quilômetros. Também descobriram que as estrelas de nêutrons que se fundem com buracos negros são, na maioria dos casos, provavelmente engolidas inteiras, a menos que o buraco negro seja pequeno e/ou gire rapidamente. Isto significa que, embora tais fusões possam ser observadas como fontes de ondas gravitacionais, seriam invisíveis no espectro eletromagnético.

"As fusões de estrelas de nêutrons binárias são uma mina de ouro de informações!" diz Collin Capano, pesquisador do Instituto Albert Einstein, em Hannover. "As estrelas de nêutrons contêm a matéria mais densa do Universo observável. Na verdade, são tão densas e compactas que podemos pensar de toda a estrela como um único núcleo atômico, ampliado para o tamanho de uma cidade. Ao medir as propriedades destes objetos, aprendemos mais sobre a física fundamental que governa a matéria no nível subatômico."

"Descobrimos que uma típica estrela de nêutrons, que é cerca de 1,4 vezes mais massiva do que o nosso Sol, tem um raio de aproximadamente 11 quilômetros," diz Badri Krishnan, que liderou a equipe no Instituto Albert Einstein. "Os nossos resultados limitam o raio até provavelmente entre 10,4 e 11,9 quilômetros. É um intervalo duas vezes mais rigoroso do que os resultados anteriores."

As estrelas de nêutrons são remanescentes compactos e extremamente densos de explosões de supernova. Não é conhecido como esta matéria extremamente densa e rica em nêutrons se comporta e é impossível criar estas condições em qualquer laboratório da Terra. Os físicos propuseram vários modelos (equações de estado), mas não se sabe qual (se é que existe) destes modelos descreve corretamente a matéria das estrelas de nêutrons na natureza.

As fusões de estrelas de nêutrons binárias, como GW170817, que foi observada em ondas gravitacionais e em todo o espetro eletromagnético em agosto de 2017, são os eventos astrofísicos mais excitantes quando se trata de aprender mais sobre a matéria em condições extremas e a física nuclear subjacente. A partir daqui os cientistas podem, por sua vez, determinar as propriedades físicas das estrelas de nêutrons, como o raio e a massa.

A equipe usou um modelo baseado numa descrição dos primeiros princípios de como as partículas subatômicas interagem nas altas densidades encontradas nas estrelas de nêutrons. Notavelmente, os cálculos teóricos em escalas inferiores a um bilionésimo de milímetro podem ser comparados com observações de um objeto astrofísico a mais de cem milhões de anos-luz de distância.

GW170817 foi provocado pela colisão de dois objetos com o tamanho de uma cidade há 120 milhões de anos, quando os dinossauros ainda vagueavam pela Terra. Isto ocorreu numa galáxia a mais de sextilhões de quilômetros de distância. A partir deste evento, foi possível obter informações sobre a física subatômica.

A descrição dos primeiros princípios, usada pelos pesquisadores, prevê uma família inteira de possíveis equações de estado para as estrelas de nêutrons, que são diretamente derivadas da física nuclear. Desta família, os autores selecionaram os membros com a maior probabilidade de explicar diferentes observações astrofísicas; escolheram modelos que:

• concordam com as observações de ondas gravitacionais de GW170817 a partir de dados públicos do LIGO e do Virgo;
• produzem uma estrela de nêutrons hipermassiva e de vida curta como resultado da fusão;
• concordam com as restrições conhecidas na massa máxima da estrela de nêutrons a partir das observações eletromagnéticas de GW170817.

Isto não só permitiu que os cientistas obtivessem informações robustas sobre a física da matéria densa, mas também que obtivessem os limites mais rigorosos, até ao momento, do tamanho das estrelas de nêutrons.

Os novos resultados sugerem que, com um evento como GW170817, os detectores LIGO e Virgo, com a sensibilidade projetada, poderão distinguir facilmente, apenas com ondas gravitacionais, a fusão de duas estrelas de nêutrons ou de dois buracos negros. Para GW170817, as observações no espetro eletromagnético foram cruciais para fazer esta distinção.

A equipe também descobriu que, para binários mistos (uma estrela de neutrões que se funde com um buraco negro), se existirem apenas ondas gravitacionais da fusão, haverá dificuldade em distinguir estes eventos dos eventos de buracos negros binários. As observações no espetro eletromagnético ou de ondas gravitacionais, no rescaldo da fusão, serão cruciais para as diferenciar.

No entanto, os novos resultados também implicam que é improvável que se obtenham observações de fusões de binários mistos. "Nós mostramos que em quase todos os casos a estrela de nêutrons não será dilacerada pelo buraco negro, mas engolida por inteiro," explica Capano. "Somente quando o buraco negro é muito pequeno ou gira rapidamente, é que pode perturbar a estrela de nêutrons antes de a engolir; e só então é que podemos esperar ver algo mais além de ondas gravitacionais."

Na próxima década, os detectores existentes de ondas gravitacionais se tornarão ainda mais sensíveis, e detectores adicionais começarão as suas observações. Os astrônomos esperam detecções de ondas gravitacionais mais "audíveis" e possíveis observações da fusão de estrelas de neutrões binárias. Cada uma destas fusões proporcionará oportunidades maravilhosas para aprender mais sobre as estrela de nêutrons e sobre a física nuclear.

Os seus resultados foram publicados na revista Nature Astronomy.

Fonte: Max Planck Institute for Gravitational Physics