Uma das supernovas mais luminosas já descobertas

No início de 2016, em um ponto no céu a meio caminho entre a Ursa Maior e o Polaris, a supernova mais luminosa já observada disparou.

© M. Weiss (ilustração da supernova SN 2016aps)

Mas não há necessidade de verificar seu registro de observação ou arquivo de fotos: a explosão ocorreu em uma pequena galáxia a cerca de 3 bilhões de anos-luz de distância e nunca se tornou mais brilhante que a magnitude 18. O limite de percepção visual humana é de magnitude 6 e inferior.

Os astrônomos descobriram a supernova, denominada SN 2016aps, em 22 de fevereiro de 2016, usando o telescópio Pan-STARRS em Haleakala, Havaí. Após quatro anos de observações de acompanhamento com vários telescópios terrestres e espaciais, incluindo Keck e o telescópio espacial Hubble, uma equipe liderada por Matt Nicholl (Universidade de Birmingham, Reino Unido) publicou suas descobertas na Nature Astronomy.

De acordo com Nicholl e seus colegas, a energia irradiada da explosão foi de 5 x 10⁴⁴  joule, cerca de quatro vezes a produção total de energia do nosso Sol durante toda a sua vida útil de 10 bilhões de anos e 500 vezes a energia irradiada média de uma supernova normal.

Uma explosão de 2015 conhecida como ASASSN-15lh ainda era mais luminosa, mas ninguém sabe se ela realmente era uma supernova, poderia ter sido um evento de perturbação das marés, onde uma estrela é destruída pelas forças de maré de um buraco negro supermassivo.

Por outro lado, a SN 2016aps não estava perto de um núcleo galáctico, estava em uma região de formação de estrelas e tinha um espectro que se parecia com outras supernovas ultraluminosas. No entanto, o evento ainda pode ter sido um evento de ruptura de maré por um buraco negro de massa intermediária.

Se a SN 2016aps realmente fosse uma supernova, sua extrema luminosidade não poderia ser explicada pelo decaimento radioativo ou transporte de neutrinos. Os pesquisadores argumentam que a estrela pode ter sido cercada por uma espessa camada de material, provavelmente camadas estelares externas lançadas anteriormente. A colisão da supernova ejecta com essa concha poderia ter transformado metade de sua energia cinética em radiação. Mas, mesmo assim, não está claro o que tornou a explosão tão enérgica.

Como foi proposto para outras supernovas  muito luminosas, o núcleo da estrela massiva progenitora pode ter colapsado em um magnetar de milissegundos, uma estrela de nêutrons fortemente magnetizada que gira centenas de vezes por segundo. A rotação do magnetar teria fornecido a aceleração a supernova ejetando com tremendas velocidades. Ou a SN 2016aps pode ter sido uma supernova de instabilidade de pares, na qual a formação de pares elétron-pósitron no núcleo da estrela em colapso desencadeia uma explosão termonuclear descontrolada.

Dada a assinatura de hidrogênio relativamente forte no espectro da supernova, os pesquisadores sugerem que a estrela progenitora pode ter sido a remanescente de mais de 100 massas solares da fusão de duas estrelas menos massivas.

Os futuros telescópios, como o Observatório Vera C. Rubin e o telescópio espacial James Webb, poderão encontrar mais eventos energéticos. De fato, a equipe de Nicholl argumenta que o JWST poderia detectar uma explosão como a SN 2016, que passou para um desvio para o vermelho de 5, oferecendo um meio de investigar diretamente a morte de estrelas da primeira geração.

Fonte: SKY & Telescope

Estrela “dançando” em torno de buraco negro supermassivo

Observações feitas com o Very Large Telescope (VLT) do ESO revelaram pela primeira vez que uma das estrelas em órbita do buraco negro supermassivo situado no centro da Via Láctea se desloca como previsto pela Teoria da Relatividade Geral de Einstein.

© ESO/L. Calçada (precessão da órbita de estrela)

A sua órbita apresenta a forma de uma roseta e não a de uma elipse como previsto pela Teoria da Gravitação de Newton. Este resultado, procurado há muito tempo, foi possível graças a medições cada vez mais precisas executadas durante 30 anos, que permitiram aos cientistas desvendar os mistérios do monstro que se esconde no coração da nossa Galáxia. 

“A Relatividade Geral de Einstein prevê que as órbitas ligadas de um objeto em torno de outro não são fechadas, como descrito na Gravitação Newtoniana, mas que precessam na direção do plano do movimento. Este efeito, observado pela primeira vez na órbita que o planeta Mercúrio descreve em torno do Sol, se tratou da primeira evidência a favor da Relatividade Geral. Detectamos agora, um século mais tarde, este mesmo efeito no movimento de uma das estrelas que orbita a fonte rádio compacta Sagitário A*, situada no centro da Via Láctea. Esta descoberta observacional fortalece a evidência que aponta para Sagitário A* ser um buraco negro supermassivo com 4 milhões de massas solares,” diz Reinhard Genzel, Diretor do Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE) em Garching, Alemanha, e o cientista por detrás do programa de 30 anos que deu origem a este resultado. 

Situado a 26.000 anos-luz de distância do Sol, Sagitário A* e o aglomerado estelar denso que o rodeia nos fornecem um laboratório único para testar a Física num regime de gravidade extrema, que, de outra maneira, permaneceria inexplorado. Uma destas estrelas, a S2, desloca-se em direção ao buraco negro atingindo uma proximidade de 20 bilhões de km (o que corresponde a cento e vinte vezes a distância entre o Sol e a Terra), sendo assim uma das estrelas mais próximas encontradas em órbita do gigante massivo. Na sua máxima aproximação ao buraco negro, a S2 desloca-se pelo espaço a uma velocidade de quase 3% da velocidade da luz, completando uma órbita a cada 16 anos. “Depois de seguirmos a estrela na sua órbita durante mais de duas décadas e meia, as nossas medições extremamente precisas detectam de forma robusta a precessão de Schwarzschild no percurso da S2 em torno de Sagitário A*,” explica Stefan Gillessen do MPE. 

A maioria das estrelas e planetas têm uma órbita não circular e por isso o seu deslocamento as afasta e as aproxima do objeto que orbitam. A órbita da S2 precessa, o que significa que a localização do ponto mais próximo do buraco negro supermassivo muda a cada órbita, de tal modo que a órbita seguinte se encontra rodada relativamente à anterior, fazendo assim com que o seu percurso siga a forma de uma roseta. A Relatividade Geral nos dá uma previsão precisa de quanto é que a órbita muda e as medições mais recentes correspondem exatamente à teoria. Este efeito, chamado precessão de Schwarzchild, nunca tinha sido medido antes em uma estrela em órbita de um buraco negro supermassivo. 

Este estudo feito com o auxílio do VLT do ESO ajuda também os cientistas a compreender melhor o que se passa na vizinhança do buraco negro supermassivo situado no centro da nossa Galáxia. “Uma vez que as medições da S2 seguem tão bem a Relatividade Geral, podemos colocar limites rigorosos na quantidade de matéria invisível — tal como matéria escura distribuída ou buracos negros menores — que circunda Sagitário A*. Isto é importante para percebermos a formação e evolução dos buracos negros supermassivos,” dizem Guy Perrin e Karine Perrault, os cientistas líderes do projeto na França. 

Este resultado é a culminação de 27 anos de observações da estrela S2, usando, na maior parte do tempo, uma frota de instrumentos instalados no VLT do ESO, situado no deserto chileno do Atacama. O número de dados que marcam a posição e velocidade da estrela atesta bem a exaustividade e precisão deste novo trabalho de pesquisa: a equipe efetuou mais de 330 medições no total, usando os instrumentos GRAVITY, SINFONI e NACO. Uma vez que a estrela leva vários anos para completar uma órbita em torno do buraco negro, foi crucial seguir a estrela durante quase três décadas para que pudessem ser reveladas as complexidades do seu movimento orbital. 

Este trabalho foi feito por uma equipe internacional liderada por Frank Eisenhauer do MPE com colaboradores de França, Portugal, Alemanha e do ESO. Esta equipe compõe a colaboração GRAVITY, nome retirado do instrumento desenvolvido para o Interferómetro do VLT, que combina a radiação colectada pelos quatro Telescópios Principais de 8 metros do VLT, transformando-os num super-telescópio com uma resolução equivalente a um telescópio de 130 metros de diâmetro. Em 2018, esta mesma equipe revelou outro efeito previsto pela Relatividade Geral, ao observar a radiação emitida pela S2 sendo esticada para comprimentos de onda maiores, no momento em que esta estrela passou perto de Sagitário A*. “O nosso resultado anterior mostrou que a radiação emitida pela estrela sofre os efeitos da Relatividade Geral. Agora mostramos que também a própria estrela sente o efeito da Relatividade Geral,” disse Paulo Garcia, pesquisador no Centro de Astrofísica e Gravitação, no Porto, e um dos cientistas que lidera o projeto GRAVITY. 

Com o futuro Extremely Large Telescope (ELT) do ESO, a equipe acredita poder observar estrelas muito mais tênues em órbitas ainda mais próximas do buraco negro supermassivo. “Com o ELT talvez possamos capturar estrelas suficientemente próximas do buraco negro para sentirem efetivamente a rotação, o spin, deste objeto supermassivo,” disse Andreas Eckart da Universidade de Colônia, Alemanha, outro dos cientistas que lidera o projeto. Se tal acontecer, os astrônomos poderão medir as duas quantidades, spin e massa, que caracterizam Sagitário A* e definir o espaço-tempo que o circunda. “Isto corresponderia, uma vez mais, a testar a Relatividade, mas a um nível completamente diferente,” conclui Eckart. 

Esta pesquisa foi apresentada no artigo “Detection of the Schwarzschild precession in the orbit of the star S2 near the Galactic centre massive black hole” que será publicado na revista Astronomy & Astrophysics. 

Fonte: ESO

Astrônomos medem a velocidade do vento numa anã marrom

Pela primeira vez, os cientistas mediram diretamente a velocidade do vento numa anã marrom, um objeto maior que Júpiter (o maior planeta do nosso Sistema Solar) mas não suficientemente massivo para se tornar uma estrela.

© NASA/JPL-Caltech (ilustração de uma anã marrom)

Para chegar à descoberta, usaram um novo método que também pode ser aplicado à aprendizagem de atmosferas de planetas dominados por gás localizados além do nosso Sistema Solar.

O trabalho combina observações de um grupo de radiotelescópios com dados do telescópio espacial infravermelho Spitzer da NASA.

Oficialmente designado 2MASS J10475385+2124234, o alvo do novo estudo foi uma anã marrom localizada a 32 anos-luz da Terra. Os pesquisadores detectaram ventos que se moviam em torno do astro a 2.293 km/h. Em comparação, a atmosfera de Netuno tem os ventos mais rápidos do Sistema Solar, que atingem mais de 2.000 km/h.

A medição da velocidade do vento aqui na Terra significa cronometrar o movimento da nossa atmosfera gasosa em relação à superfície sólida do planeta. Mas as anãs marrons são compostas quase inteiramente de gás, de modo que "vento" refere-se a algo ligeiramente diferente. As camadas superiores de uma anã marrom são onde partes do gás se pode mover independentemente. A uma certa profundidade, a pressão torna-se tão intensa que o gás se comporta como uma única bola sólida que é considerada o interior do objeto. À medida que o interior gira, empurra as camadas superiores, fazendo com que estejam quase em sincronia.

Os astrônomos mediram a ligeira diferença de velocidades da anã marrom em relação ao seu interior. Com uma temperatura atmosférica de mais de 600ºC, esta anã marrom em particular irradia uma quantidade substancial de luz infravermelha. Juntamente com a sua proximidade à Terra, esta característica tornou possível que o Spitzer detectasse propriedades na atmosfera da anã marrom enquanto gira para dentro e para fora da nossa visão. A equipe usou estas características para registar a velocidade de rotação atmosférica.

Para determinar a velocidade do interior, focaram-se no campo magnético da anã marrom. Descobriu-se há relativamente pouco tempo que os interiores das anãs marrons geram fortes campos magnéticos. À medida que a anã marrom gira, o campo magnético acelera partículas carregadas que, por sua vez, produzem ondas de rádio, que os pesquisadores detectaram com os radiotelescópios do VLA (Karl G. Jansky Very Large Array).

O novo estudo é o primeiro a demonstrar este método comparativo para medir a velocidade do vento numa anã marrom. Para medir a sua precisão, o grupo testou a técnica usando observações de rádio e no infravermelho de Júpiter, que também é composto principalmente por gás e que tem uma estrutura física semelhante à de uma pequena anã marrom. A equipe comparou as rotações da atmosfera e do interior de Júpiter usando dados idênticos aos que conseguiram recolher para a anã marrom muito mais distante. Confirmaram então o seu cálculo para a velocidade do vento de Júpiter usando dados mais detalhados obtidos por sondas que estudaram Júpiter de perto, demonstrando assim que a sua abordagem à anã marrom funcionou.

Os cientistas já usaram o Spitzer para inferir a presença de ventos em exoplanetas e anãs marrons com base em variações no brilho das suas atmosferas no infravermelho. E dados do HARPS (High Accuracy Radial velocity Planet Searcher), um instrumento acoplado ao telescópio La Silla do ESO no Chile, foram usados para fazer uma medição direta da velocidade do vento num planeta distante.

Mas o novo estudo representa a primeira vez que os cientistas compararam diretamente a velocidade atmosférica com a velocidade do interior de uma anã marrom. Segundo os autores, o método empregado pode ser aplicado a outras anãs marrons ou a planetas grandes, caso as condições sejam adequadas.

Esta técnica demonstra que a química, a dinâmica atmosférica e o ambiente em torno de um objeto estão interligados, e a perspetiva de obter uma visão realmente abrangente destes mundos.

Um artigo foi publicado na revista Science.

Fonte: National Radio Astronomy Observatory

Caçando estrelas mortas

A imagem a seguir descreve uma galáxia espiral em turbilhão chamada NGC 2906.

© Hubble (NGC 2906)

As manchas azuis vistas espalhadas por esta galáxia são enormes estrelas jovens, que emitem radiação quente e azulada enquanto queimam seu combustível a uma taxa imensa. As faixas em laranja são uma mistura de estrelas mais velhas que incharam e esfriaram, e estrelas de baixa massa que nunca foram especialmente quentes para começar a ignição da fusão nuclear. Devido a suas temperaturas mais baixas, estas estrelas emitem uma radiação mais fria e avermelhada.

Esta imagem da galáxia NGC 2906 foi captada pela Wide Field Camera 3 do telescópio espacial Hubble, um instrumento instalado em 2009 durante a quarta missão de serviço do telescópio. O Hubble observou esta galáxia em busca ocorrências recentes e próximas de objetos conhecidos como supernovas.

Fonte: NASA

Anéis sobrepostos em galáxia espiral

À primeira vista, nesta imagem do telescópio espacial Hubble parece ser uma galáxia espiral simples, com dois braços giratórios emergindo de uma barra central de estrelas e material que atravessa o centro galáctico.

© Hubble (NGC 2273)

De fato, também existem anéis dentro desses braços espirais: espirais dentro de uma espiral.

Esse tipo de morfologia é conhecido como estrutura com múltiplos anéis. Essa galáxia, chamada NGC 2273, hospeda um anel interno e dois pseudoanéis externos; ter tantos anéis distintos é raro e torna a NGC 2273 incomum. Os anéis são criados quando os braços espirais de uma galáxia parecem girar para se aproximar, combinados com um truque de perspectiva cósmica. Os dois pseudoanéis da NGC 2273 são formados por dois conjuntos de braços em espiral que se unem, e o anel interno por duas estruturas em arco próximas ao centro galáctico, que parecem se conectar de maneira semelhante.

Esses anéis não são a única característica dessa galáxia. A NGC 2273 também é uma galáxia Seyfert, uma galáxia com um núcleo extremamente luminoso. O centro de uma galáxia como essa é alimentado por um buraco negro supermassivo e pode brilhar o suficiente para ofuscar uma galáxia inteira como a Via Láctea.

Fonte: NASA

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