Observando um surto num buraco negro

Os astrônomos encontraram um buraco negro lançando material quente para o espaço quase à velocidade da luz.

© Chandra/PanSTARSS (imagem no visível e infravermelho de MAXI J1820+070)

Este surto foi captado numa nova animação do Observatório de raios X Chandra da NASA.

O buraco negro e a sua estrela companheira compõem o sistema chamado MAXI J1820+070, localizado na nossa Galáxia a cerca de 10.000 anos-luz da Terra. O buraco negro no sistema MAXI J1820+070 tem uma massa de aproximadamente 8 vezes a do Sol, identificando-o como um buraco negro de massa estelar, formado pela destruição de uma estrela massiva (isto em contraste com os buracos negros supermassivos que contêm milhões ou bilhões de vezes a massa do Sol).

A estrela companheira que orbita o buraco negro tem cerca de metade da massa do Sol. A forte gravidade do buraco negro puxa material da estrela companheira para um disco que emite raios X situado em torno de si próprio.

Enquanto parte do gás quente no disco cruza o horizonte de eventos e cai no buraco negro, parte é expelida para longe do buraco negro num par de feixes curtos de material, ou jatos. Estes jatos estão apontados em direções opostas, lançados de fora do horizonte de eventos ao longo das linhas do campo magnético. As novas imagens do comportamento deste buraco negro são baseadas em quatro observações obtidas com o Chandra em novembro de 2018 e fevereiro, maio e junho de 2019, e foram relatadas num artigo liderado por Mathilde Espinasse da Universidade de Paris.

O painel principal da imagem acima é uma imagem ótica e infravermelha de campo largo da Via Láctea pelo telescópio óptico PanSTARRS no Havaí, com a posição de MAXI J1820+070 acima do plano da Galáxia assinalada por uma cruz. A inserção mostra uma animação que percorre as quatro observações do Chandra, em que o tempo inicial corresponde à primeira observação de 13 de novembro de 2018, cerca de quatro meses depois do lançamento do jato. MAXI J1820+070 é a brilhante fonte de raios X no meio da imagem e as fontes de raios X podem ser vistas se afastando do buraco negro em jatos para norte e sul. MAXI J1820+070 é uma fonte pontual de raios X, embora pareça ser muito maior do que um ponto porque é bastante mais brilhante do que as fontes do jato. O jato sul é demasiado fraco para ser detectado nas observações de maio e junho de 2019.

Qual é a velocidade a que os jatos de material se afastam do buraco negro? Do ponto de vista da Terra, parece que o jato norte está se movendo a 60% da velocidade da luz, enquanto o jato sul está viajando a 160% da velocidade luz, o que parece impossível!

Este é um exemplo de movimento superluminal, um fenômeno que ocorre quando algo viaja na nossa direção perto da velocidade da luz, ao longo de uma direção próxima da nossa linha de visão. Isto significa que o objeto viaja quase tão depressa na nossa direção quanto a luz que gera, dando a ilusão de que o movimento do jato é mais rápido do que a velocidade da luz. No caso de MAXI J1820+070, o jato sul está apontando na nossa direção e o jato norte está apontando para longe de nós, de modo que o jato sul parece estar se movendo mais depressa do que o jato norte. A velocidade real das partículas nos dois jatos é superior a 80% da velocidade da luz.

Apenas dois outros exemplos de expulsões de alta velocidade foram observados em raios X oriundos de buracos negros de massa estelar.

MAXI J1820+070 também foi observado no rádio por uma equipe liderada por Joe Bright, da Universidade de Oxford, que havia relatado anteriormente a detecção de movimento superluminal de fontes compactas baseado em apenas dados de rádio que se estendiam desde o lançamento dos jatos no dia 7 de julho de 2018, até ao final de 2018.

Dado que as observações do Chandra aproximadamente duplicaram o tempo de acompanhamento dos jatos, uma análise combinada dos dados de rádio e dos novos dados do Chandra, por Espinasse e pela sua equipe, forneceu mais informações. Isto inclui evidências de que os jatos estão desacelerando à medida que se afastam do buraco negro.

A maior parte da energia nos jatos não é convertida em radiação, mas é liberada quando as partículas nos jatos interagem com o material circundante. Estas interações podem ser a causa da desaceleração dos jatos. Quando os jatos colidem com o material circundante no espaço interestelar, ocorrem ondas de choque, semelhantes às explosões sônicas provocadas por aeronaves supersônicas. Este processo gera energias maiores que as do LHC (Large Hadron Collider).

Os pesquisadores estimam que cerca de 200 quatrilhões de quilogramas de material tenham sido expelidos pelo buraco negro nestes dois jatos lançados em julho de 2018. Esta quantidade de massa é comparável à que podia ficar acumulada no disco em torno do buraco negro no espaço de algumas horas, e é equivalente a cerca de mil Cometas Halley.

Os estudos de MAXI J1820+070 e sistemas similares prometem ensinar-nos mais sobre os jatos produzidos por buracos negros de massa estelar e como liberam a sua energia quando interagem com o ambiente.

As observações rádio realizadas com o VLA (Karl G. Jansky Very Large Array) e com o MeerKAT também foram usadas para estudar os jatos de MAXI J1820+070.

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

Fonte: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics

Estrelas quentes são afetadas por manchas magnéticas gigantes

Foram descobertas manchas gigantes na superfície de estrelas extremamente quentes escondidas em aglomerados estelares.

© ESO/L. Calçada (ilustração de estrela com mancha gigantesca)

Estas estrelas não sofrem apenas de manchas magnéticas, algumas apresentam também eventos de erupções gigantes, explosões de energia vários milhões de vezes mais energéticas que erupções semelhantes no Sol. Esta descoberta ajuda os astrônomos a entender melhor estas estrelas intrigantes e abre portas para resolver outros mistérios da astronomia estelar.

A equipe liderada por Yazan Momany do INAF Observatório Astronômico de Pádua, Itália, observou um tipo particular de estrelas conhecidas por estrelas do ramo horizontal extremo, ou seja, objetos com cerca de metade da massa do Sol, mas quatro ou cinco vezes mais quentes. “Estas estrelas pequenas e quentes são especiais porque sabemos que passarão uma das fases finais da vida de uma estrela típica e morrerão prematuramente,” explica Momany, que já trabalhou como astrônomo no Observatório do Paranal do ESO, no Chile. “Na nossa Galáxia, estes objetos quentes peculiares estão geralmente associados à presença de uma estrela companheira próxima.”

Surpreendentemente, no entanto, a maioria destas estrelas do ramo horizontal extremo, quando observadas em grupos estelares muito compactos chamados aglomerados globulares, parecem não ter companheiras. O longo monitoramento destas estrelas feito por esta equipe com o auxílio dos telescópios do ESO, revelou que existia algo mais nestes objetos misteriosos. Ao observar três aglomerados globulares diferentes, os cientistas descobriram que muitas das estrelas do ramo horizontal extremo mostravam variações regulares no seu brilho durante um espaço de tempo de apenas alguns dias até várias semanas.

As manchas em estrelas do ramo horizontal extremo parecem ser muito diferentes das manchas escuras do nosso próprio Sol, mas ambas são causadas por campos magnéticos. As manchas destas estrelas extremas e quentes são mais brilhantes e quentes que a superfície estelar que as circunda, contrariamente ao nosso Sol, onde vemos as manchas como zonas escuras na superfície solar, zonas estas mais frias do que o material que as rodeia. As manchas das estrelas do ramo horizontal extremo são também significativamente maiores que as manchas solares, podendo cobrir até um quarto da superfície da estrela. Estas manchas são muito persistentes, podendo durar décadas, enquanto as manchas solares individuais são temporárias e duram apenas alguns dias, no máximo alguns meses. À medida que as estrelas quentes giram, as manchas nas suas superfícies vão e vêm, causando variações visíveis no brilho.

Além de variações no brilho devido às manchas, a equipe também descobriu algumas estrelas do ramo horizontal extremo que mostram erupções gigantes, explosões repentinas de energia e outro sinal da presença de um campo magnético. “Estas erupções são semelhantes às que vemos no nosso Sol, mas são dez milhões de vezes mais energéticas,” diz Henri Boffin, astrônomo da Sede do ESO, Alemanha. “Tal comportamento não era certamente esperado e destaca a importância dos campos magnéticos para explicar as propriedades destas estrelas.”

Depois de seis décadas tentando entender as estrelas do ramo horizontal extremo, os astrônomos têm agora uma ideia mais completa destes objetos. Além disso, esta descoberta poderá ajudar a explicar a origem dos fortes campos magnéticos em muitas anãs brancas, objetos que representam a fase final da vida das estrelas do tipo Sol e mostram semelhanças com as estrelas do ramo horizontal extremo. O quadro geral, no entanto, é que as variações no brilho de todas as estrelas quentes, desde estrelas jovens do tipo solar a estrelas velhas do ramo horizontal extremo e anãs brancas mortas há muito tempo, podem estar todas ligadas. Estes objetos podem, portanto, ser entendidos como sofrendo coletivamente de pontos magnéticos em suas superfícies.

Para chegar a estes resultados, os astrônomos usaram vários instrumentos montados no Very Large Telescope (VLT) do ESO, incluindo o VIMOS, o FLAMES e o FORS2, assim como a OmegaCAM montada no telescópio de rastreio do VLT (VST) no Observatório do Paranal. A equipe utilizou também a ULTRACAM instalada no New Technology Telescope (NTT) no Observatório de La Silla do ESO, também no Chile. A descoberta foi feita quando a equipe observou as estrelas na região do ultravioleta próximo do espectro eletromagnético, o que permitiu revelar as estrelas mais quentes e extremas que se destacam entre as estrelas mais frias em aglomerados globulares.

Esta pesquisa foi apresentada num artigo científico intitulado “A plague of magnetic spots among the hot stars of globular clusters”, publicado na revista Nature Astronomy.

Fonte: ESO

Flocos de neve estelares

Quase como flocos de neve, as estrelas do aglomerado globular NGC 6441 brilham pacificamente no céu noturno, a cerca de 13.000 anos-luz do centro galáctico da Via Láctea.

© Hubble/G. Piotto (NGC 6441)

É difícil discernir o número exato de estrelas neste aglomerado. Estima-se que juntas as estrelas pesem 1,6 milhões de vezes a massa do Sol, tornando o NGC 6441 um dos aglomerados globulares mais massivos e luminosos da Via Láctea.

O aglomerado globular NGC 6441 possui quatro pulsares, cada um completando uma única rotação em alguns milissegundos. Também escondido dentro deste aglomerado está o JaFu 2, uma nebulosa planetária. Apesar do nome, isso tem pouco a ver com planetas. Uma fase na evolução das estrelas de massa intermediária, as nebulosas planetárias duram apenas algumas dezenas de milhares de anos, um piscar de olhos nas escalas de tempo astronômicas.

Existem cerca de 150 aglomerados globulares conhecidos na Via Láctea. Aglomerados globulares contêm algumas das primeiras estrelas a serem produzidas em uma galáxia, mas os detalhes de suas origens e evolução ainda iludem os astrônomos.

Fonte: NASA

Formação planetária é desfavorável no centro de aglomerados estelares

O telescópio espacial Hubble foi usado para conduzir um estudo de três anos do aglomerado de estrelas, massivo e jovem, Westerlund 2.

© Hubble (Westerlund 2)

A pesquisa descobriu que o material que envolve as estrelas próximas ao centro do aglomerado é misteriosamente desprovido de nuvens densas e grandes de poeira que se esperaria que se tornasse planetas em alguns milhões de anos. Sua ausência é causada pelas estrelas mais massivas e brilhantes do aglomerado que corroem e dispersam os discos de gás e poeira das estrelas vizinhas. É a primeira vez que os astrônomos analisam um aglomerado de estrelas extremamente denso para estudar quais ambientes são favoráveis ​​à formação de planetas.

Este estudo, que decorreu de 2016 a 2019, analisou as propriedades das estrelas durante suas fases evolutivas iniciais e rastreando a evolução de seus ambientes circunstanciais. Tais estudos haviam sido confinados anteriormente às regiões mais próximas, de baixa densidade, formadoras de estrelas. Os astrônomos agora usam o telescópio espacial Hubble para estender esta pesquisa, pela primeira vez, ao centro de um dos poucos aglomerados massivos jovens na Via Láctea, Westerlund 2.

Foi descoberto agora que os planetas têm dificuldade em se formar nesta região central do aglomerado. As observações também revelam que estrelas na periferia do aglomerado possuem imensas nuvens de poeira formadoras de planetas incorporadas em seus discos. Para explicar por que algumas estrelas em Westerlund 2 têm dificuldade em formar planetas, enquanto outras não, os pesquisadores sugerem que isso se deve principalmente à localização. As estrelas mais massivas e brilhantes do aglomerado se reúnem no núcleo.

O Westerlund 2 contém pelo menos 37 estrelas extremamente massivas, algumas pesando até 100 massas solares. Sua radiação ultravioleta intensa e ventos estelares semelhantes a furacões agem como maçaricos e desgastam os discos em torno das estrelas vizinhas, dispersando as gigantescas nuvens de poeira.

O Westerlund 2 é um laboratório único para estudar processos evolutivos estelares, porque é relativamente próximo, é bastante jovem e contém uma rica população estelar. O aglomerado reside em um local de criação estelar conhecido como Gum 29, localizado a cerca de 14.000 anos-luz de distância na constelação de Carina. O viveiro estelar é difícil de observar porque está rodeado de poeira, mas a Wide Field Camera 3 do Hubble pode espiar através do véu empoeirado sob luz infravermelha, fornecendo uma visão clara do aglomerado. A visão nítida de Hubble foi usada para resolver e estudar a densa concentração de estrelas no aglomerado central.

Foi descoberto que das quase 5.000 estrelas em Westerlund 2 com massas entre 0,1 e 5 vezes a massa do Sol, 1.500 delas mostram flutuações dramáticas em sua luminosidade, o que é comumente aceito como devido à presença de grandes estruturas empoeiradas e planetesimais. O material em órbita bloquearia temporariamente parte da luz das estrelas, causando flutuações no brilho. No entanto, o telescópio espacial Hubble detectou apenas a assinatura de partículas de poeira em torno de estrelas fora da região central. Não foi detectado estas quedas de brilho nas estrelas que residiam dentro de quatro anos-luz do centro.

Até agora, o ambiente estelar nas proximidades mais conhecido que contém estrelas massivas é a região de nascimentos na nebulosa de Órion. No entanto, Westerlund 2 é um alvo mais rico devido à sua maior população estelar.

Este aglomerado também será um excelente alvo para observações de acompanhamento com o próximo telescópio espacial James Webb, um observatório de infravermelho. Com este telescópio será possível estudar quais discos em torno das estrelas não estão acumulando material e quais ainda possuem material que pode se transformar em planetas. Possibilitará também o estudo da química dos discos em diferentes fases evolutivas e observará como eles mudam, auxiliando na determinação da função que o ambiente desempenha em sua evolução.

Uma conclusão importante deste trabalho é que a poderosa radiação ultravioleta de estrelas massivas altera os discos em torno das estrelas próximas. Este resultado também pode explicar por que os sistemas planetários são raros em antigos aglomerados globulares massivos.

Fonte: ESA

Descoberta nova classe de explosões cósmicas

Foram descobertos dois objetos que, somados a um objeto estranho descoberto em 2018, constituem uma nova classe de explosões cósmicas.

© NRAO (explosão gerando FBOTs)

O novo tipo de explosão partilha algumas características com as explosões de supernova de estrelas massivas e com as explosões que geram GRBs (Gamma-ray bursts), mas ainda com algumas diferenças distintas.

A saga começou em junho de 2018 quando os astrônomos viram uma explosão cósmica com características e comportamento surpreendentes. O objeto, apelidado AT2018cow ("A Vaca"), atraiu a atenção de cientistas de todo o mundo e foi estudado extensivamente. Embora partilhe algumas características com as explosões de supernova, diferia em aspetos importantes, particularmente o seu brilho inicial incomum e na rapidez com que aumentou e diminui de brilho em apenas alguns dias.

Entretanto, duas explosões adicionais, uma em 2016 e outra em 2018, também mostraram características incomuns e foram observadas e analisadas. As duas novas explosões têm o nome CSS161010 (abreviação de CRTS CSS161010 J045834-081803), numa galáxia situada a aproximadamente 500 milhões de anos-luz da Terra, e ZTF18abvkwla ("O Coala"), numa galáxia a cerca de 3,4 bilhões de anos-luz de distância. Ambas foram descobertas por levantamentos automatizados do céu (CRTS - Catalina Real-time Transient Survey, ASAS-SN - All-Sky Automated Survey for Supernovae e ZTF - Zwicky Transient Facility) usando telescópios ópticos para varrer grandes áreas do céu noturno.

Duas equipes de astrônomos acompanharam estas descobertas observando os objetos com o VLA (Karl G. Jansky Very Large Array). As duas equipes também usaram o GMRT (Giant Metrewave Radio Telescope) na Índia e a equipe que estudava CSS161010 usou o Observatório de raios X Chandra da NASA. Ambos os objetos surpreenderam os observadores.

Anna Ho, do Caltech, autora principal do estudo sobre ZTF18abvkwla, notou imediatamente que a emissão de rádio do objeto era tão brilhante quanto a de uma explosão de raios gama. "Quando reduzi os dados, pensei que tinha cometido um erro," disse.

Deanne Coppejans, da Northwestern University, liderou o estudo sobre CSS161010, que descobriu que o objeto havia lançado uma quantidade "inesperada" de material para o espaço interestelar a mais de metade da velocidade da luz.

Em ambos os casos, as observações de acompanhamento indicaram que os objetos partilhavam características em comum com AT2018cow. Os cientistas concluíram que estes eventos, chamados FBOTs (Fast Blue Optical Transients), representam, juntamente com AT2018cow, um tipo de explosão estelar significativamente diferente das outras.

As FBOTs provavelmente começam da mesma forma que certas supernovas e GRBs, quando uma estrela muito mais massiva do que o Sol explode no final da sua vida "normal" alimentada a fusão atômica. As diferenças aparecem após a explosão inicial.

Na supernova "comum" deste tipo, chamada supernova de colapso do núcleo, a explosão envia uma onda de choque para o espaço interestelar. Se, além disso, um disco giratório de material se formar brevemente em torno da estrela de nêutrons ou buraco negro formados após a explosão e impulsionar jatos estreitos de material quase à velocidade da luz em direções opostas, estes jatos podem produzir feixes estreitos de raios gama, desencadeando uma GRB.

O disco giratório, chamado disco de acreção, e os jatos que produz, são chamados de "motor" pelos astrônomos.

Nota-se que as FBOTs também têm este mecanismo de motor. No seu caso, ao contrário das explosões de raios gama, está envolto por material espesso. Este material provavelmente foi derramado pela estrela pouco antes de explodir e pode ter sido retirado de lá por uma companheira binária.

Quando o material espesso próximo da estrela é atingido pela onda de choque da explosão, faz com que o surto de luz, visível logo após a explosão que inicialmente produziu estes objetos, pareça tão incomum.

À medida que a onda de choque da explosão colide com o material em torno da estrela, enquanto viaja para longe, produz emissão de rádio. Esta emissão muito brilhante foi a pista importante que provou que a explosão foi desencadeada por um motor.

O invólucro de material denso "significa que a estrela progenitora é diferente daquelas que levam a explosões de raios gama," disse Ho. Os astrônomos realçam que, na "Vaca" e em CSS161010, o material denso incluía hidrogênio, algo nunca visto nas explosões de raios gama.

Usando o Observatório W. M. Keck, os astrônomos descobriram que CSS 161010 e ZTF18abvkwla, tal como "A Vaca", estão situadas em pequenas galáxias anãs. As propriedades das galáxias anãs podem permitir alguns caminhos evolutivos muito raros das estrelas, que levam a estas explosões distintas.

Embora um elemento comum das FBOTs seja o fato de todas as três terem um "motor central", os astrônomos alertam que o motor também pode ser o resultado de estrelas serem destruídas por buracos negros, embora considerem as explosões do tipo supernova o candidato mais provável.

"Embora as FBOTs se tenham mostrado mais raras e mais difíceis de encontrar do que alguns de nós esperávamos, na banda do rádio são também muito mais luminosas do que imaginávamos, permitindo-nos obter dados compreensivos mesmo de eventos muito distantes," disse Daniel Perley, da Universidade John Moores em Liverpool.

As descobertas foram relataram em artigos publicados na revista The Astrophysical Journal Letters e na revista The Astrophysical Journal.

Fonte: W. M. Keck Observatory

ALMA avista coração cintilante da Via Láctea

Usando o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), astrônomos encontraram oscilações quase periódicas em ondas milimétricas do centro da Via Láctea, Sagitário (Sgr) A*.

© U. Keio (ilustração do disco de gás em torno do buraco negro supermassivo)

A equipe interpretou estas oscilações como devido à rotação de pontos de rádio, em torno do buraco negro supermassivo, com um raio orbital menor que o de Mercúrio. Esta é uma pista interessante para investigar o espaço-tempo com extrema gravidade.

"Sabe-se que Sgr A* às vezes brilha em comprimentos de onda milimétricos," diz Yuhei Iwata, estudante da Universidade Keio, Japão. "Desta vez, usando o ALMA obtivemos dados de alta qualidade da variação da intensidade de ondas de rádio de Sgr A* durante 10 dias, 70 minutos por dia. Em seguida, encontramos duas tendências: variações quase periódicas com uma escala de tempo típica de 30 minutos e variações mais lentas de uma hora."

Os astrônomos presumem que um buraco negro supermassivo com uma massa de 4 milhões de sóis esteja localizado no centro de Sgr A*. Foram observados surtos de brilho de Sgr A* não apenas em comprimentos de onda milimétrico, mas também no infravermelho e em raios X. No entanto, as variações detectadas com o ALMA são muito menores do que as detectadas anteriormente, e é possível que estes níveis de pequenas variações ocorram sempre em Sgr A*.

O buraco negro, propriamente dito, não produz nenhum tipo de emissão. A fonte da emissão é o disco gasoso escaldante em torno do buraco negro. O gás que rodeia o buraco negro não entra diretamente no poço gravitacional, mas gira ao seu redor para formar um disco de acreção.

A equipe concentrou-se em pequenas variações na escala e descobriu que o período de variação de 30 minutos é comparável ao período orbital da orla mais interna do disco de acreção com um raio de 0,2 UA (1 unidade astronômica corresponde à distância entre a Terra e o Sol: 150 milhões de quilômetros). Para comparação, Mercúrio, o planeta mais interior do Sistema Solar, orbita o Sol a uma distância de 0,4 UA. Considerando a massa colossal no centro do buraco negro, o seu efeito gravitacional sob o disco de acreção é também extremo.

"Esta emissão pode estar relacionada com alguns fenômenos exóticos que ocorrem nas proximidades do buraco negro supermassivo," diz Tomoharu Oka, professor da Universidade Keio.

O seu cenário é o seguinte: os pontos quentes são formados esporadicamente no disco e circulam em torno do buraco negro, emitindo fortes ondas milimétricas. Segundo a teoria especial da relatividade de Einstein, a emissão é largamente ampliada quando a fonte está se movendo em direção ao observador com uma velocidade comparável à da luz. A velocidade de rotação da orla interna do disco de acreção é bastante grande, de modo que surge este efeito extraordinário. Os astrônomos pensam que esta é a origem da variação de curto prazo da emissão milimétrica de Sgr A*.

A equipe supõe que a variação possa afetar o esforço de criar uma imagem do buraco negro supermassivo com o EHT (Event Horizon Telescope). "Em geral, quanto mais rápido o movimento, mais difícil é tirar uma foto do objeto," diz Oka. "Ao invés, a variação da emissão propriamente dita fornece informações convincentes do movimento do gás. Podemos testemunhar o momento exato de absorção de gás pelo buraco negro com uma campanha de monitoramento a longo prazo com o ALMA". Os pesquisadores pretendem extrair informações independentes para entender o ambiente misterioso em torno do buraco negro supermassivo.

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: National Astronomical Observatory of Japan

Descoberto disco giratório e massivo no Universo jovem

No nosso Universo de 13,8 bilhões de anos, a maioria das galáxias como a Via Láctea forma-se gradualmente, atingindo a sua grande massa relativamente tarde. Mas uma nova descoberta feita com o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), de uma galáxia massiva e de disco giratório, vista quando o Universo tinha apenas 10% da sua idade atual, desafia os modelos tradicionais de formação de galáxias.

© NRAO/ALMA/S. Dagnello (Disco Wolfe)

A galáxia DLA0817g, apelidada de "Disco Wolfe" em homenagem ao falecido astrônomo Arthur M. Wolfe, é a galáxia de disco giratório mais distante já observada. O poder incomparável do ALMA tornou possível ver esta galáxia girando a 272 km/s, semelhante à nossa Via Láctea.

"Embora estudos anteriores tenham sugerido a existência destas galáxias precoces de disco, ricas em gás e giratórias, graças ao ALMA agora temos evidências inequívocas de que existiam apenas 1,5 bilhões de anos após o Big Bang," disse Marcel Neeleman do Instituto Max Planck para Astronomia em Heidelberg, Alemanha.

A descoberta de Disco Wolfe oferece um desafio para muitas simulações de formação de galáxias, que preveem que galáxias massivas, neste ponto da evolução do cosmos, cresceram através de muitas fusões de galáxias menores e aglomerados quentes de gás.

A maioria das galáxias que encontramos no início do Universo parecem destroços de acidentes porque foram submetidas a uma fusão consistente. Estas fusões escaldantes dificultam a formação de discos giratórios frios e bem ordenados, como observamos no Universo atual.

Na maioria dos cenários de formação galáctica, as galáxias só começam a mostrar um disco bem formado cerca de 6 bilhões de após o Big Bang. O motivo dos astrônomos encontrarem uma galáxia deste tipo, quando o Universo tinha apenas 10% da sua idade atual, indica que outros processos de crescimento devem ter dominado.

"Pensamos que o Disco Wolfe tenha crescido principalmente através de acreção constante de gás frio," disse J. Xavier Prochaska, da Universidade da Califórnia em Santa Cruz. "Ainda assim, uma das questões que resta é como montar uma massa tão grande de gás, mantendo um disco giratório relativamente estável."

A equipe também usou o VLA (Karl G. Jansky Very Large Array) e o telescópio espacial Hubble para aprender mais sobre a formação estelar no Disco Wolfe. Nos comprimentos de onda do rádio, o ALMA analisou os movimentos e a massa de gás atômico e poeira enquanto o VLA media a quantidade de massa molecular, o combustível da formação estelar. No ultravioleta, o Hubble observou estrelas massivas. 

"O ritmo de formação estelar no Disco Wolfe é pelo menos dez vezes maior do que na Via Láctea," explicou Prochaska. "Deve ser uma das galáxias de disco mais produtivas do Universo jovem."

O Disco Wolfe foi descoberto pelo ALMA em 2017. Neeleman e a sua equipe encontraram a galáxia quando examinaram a luz de um quasar mais distante. A luz do quasar foi absorvida ao passar por um enorme reservatório de hidrogênio gasoso ao redor da galáxia. Em vez de procurar luz direta de galáxias extremamente brilhantes, mas mais raras, os astrônomos usaram este método de "absorção" para encontrar galáxias mais fracas no início do Universo.

Esta pesquisa foi publicada na revista Nature.

Fonte: National Radio Astronomy Observatory

Telescópio do ESO observa sinais de nascimento de planeta

Observações efetuadas com o VLT (Very Large Telescope) do ESO revelaram sinais da formação de um sistema planetário.

© ESO (disco em torno da estrela jovem AB Aurigae)

Em torno da estrela jovem AB Aurigae encontra-se um disco denso de gás e poeira, onde os astrônomos descobriram uma estrutura em espiral proeminente com um "nodo" que marca o lugar onde pode estar se formando um planeta. A estrutura observada poderá ser a primeira evidência direta de um protoplaneta em formação.

"Milhares de exoplanetas foram já identificados, mas pouco sabemos sobre a sua formação,” diz Anthony Boccaletti do Observatoire de Paris, PSL University, França, que liderou este estudo. Os astrônomos sabem que os planetas nascem da aglomeração de poeira e gás frio em discos de poeira situados em torno de estrelas jovens como AB Aurigae.

Até agora os astrônomos não eram capazes de obter imagens suficientemente nítidas e profundas destes discos jovens para se poder observar a estrutura nodosa que marca o lugar onde um protoplaneta pode estar e formando.

As novas imagens apresentam uma espiral notável de gás e poeira em torno de AB Aurigae, um sistema situado a cerca de 520 anos-luz de distância da Terra na direção da constelação de Cocheiro. Espirais deste tipo assinalam a presença de protoplanetas, que movem o gás criando assim "perturbações no disco sob a forma de ondas, um pouco como a esteira de um barco num lago," explica Emmanuel Di Folco do Laboratório de Astrofísica de Bordeaux (LAB), França, que também participou neste estudo. À medida que o planeta se desloca em torno da estrela central, esta onda toma a forma de um braço em espiral. A região amarela muito brilhante próximo do centro da nova imagem de AB Aurigae, situada aproximadamente à mesma distância da sua estrela que Netuno do Sol, é um destes locais de perturbação onde ocorre a formação de um planeta.

Observações do sistema AB Aurigae efetuadas há alguns anos atrás com o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), do qual o ESO é um parceiro, forneceram as primeiras indicações da ocorrência de formação planetária em torno da estrela. Nas imagens ALMA os cientistas descobriram dois braços espirais de gás próximos da estrela, situados na região interior do disco. Posteriormente, em 2019 e no início de 2020, Boccaletti e uma equipe de astrônomos prepararam-se para captar uma imagem mais nítida com o auxílio do instrumento SPHERE montado no VLT do ESO no Chile. As imagens SPHERE são as mais profundas obtidas até à data do sistema AB Aurigae.

Com o poderoso sistema de imagem do SPHERE, foi possível observar a radiação tênue emitida por grãos de poeira pequenos e emissões vindas do disco interior. A equipe confirmou a presença dos braços espirais anteriormente detectados pelo ALMA e descobriu também outra estrutura notável que aponta para a presença de formação de planetas ocorrendo no disco. Este tipo de estrutura está previsto em alguns modelos teóricos de formação planetária. Corresponde à ligação de duas espirais, uma que se enrola para o interior da órbita do planeta e a outra que se expande para o exterior, que se juntam no local do planeta, permitindo que gás e poeira do disco se acrete ao planeta em formação e o faça crescer.

O ESO está construindo o ELT (Extremely Large Telescope) de 39 metros de diâmetro, que tirará partido do trabalho de vanguarda do ALMA e do SPHERE para estudar mundos extrassolares. Este poderoso telescópio permitirá aos astrônomos obter imagens ainda mais detalhadas de planetas em formação. "Deveremos ser capazes de ver diretamente e mais precisamente como é que a dinâmica do gás contribui para a formação dos planetas," conclui Boccaletti.

Esta pesquisa foi apresentada no artigo intitulado “Are we witnessing ongoing planet formation in AB Aurigae? A showcase of the SPHERE/ALMA synergy” foi publicada na revista Astronomy & Astrophysics.

Fonte: ESO

Dois planetas gigantes recém-nascidos no sistema PDS 70

Novas evidências mostram que as primeiras fotos que exibem o nascimento de um par de planetas em órbita da estrela PDS 70 são autênticos.

© Adam Makarenko (ilustração do sistema PDS 70)

Usando um novo sensor infravermelho para correção de ópticas adaptativas no Observatório W. M. Keck em Mauna Kea, Havaí, uma equipe de astrônomos liderada pelo Caltech aplicou um novo método de obter fotos de família dos protoplanetas, confirmando a sua existência.

PDS 70 é o primeiro sistema multiplanetário conhecido onde os astrônomos podem testemunhar a formação planetária em ação. A primeira imagem direta de um dos seus planetas PDS 70b, foi obtida em 2018, seguida por várias fotografias obtidas em diferentes comprimentos de onda do seu irmão, PDS 70c, em 2019. Ambos os protoplanetas semelhantes a Júpiter foram descobertos pelo VLT (Very Large Telescope) do ESO.

"Houve alguma confusão quando os dois protoplanetas foram fotografados pela primeira vez," disse Jason Wang, autor principal do estudo. "Os embriões planetários formam-se a partir de um disco de poeira e gás em torno de uma estrela recém-nascida. Este material circum-estelar acreta no protoplaneta, criando uma espécie de cortina de fumaça que dificulta diferenciar na imagem o disco gasoso e empoeirado do planeta em desenvolvimento".

Para ajudar à distinção, Wang e a sua equipe desenvolveram um método de separar os sinais de imagem do disco circum-estelar e dos protoplanetas.

© J. Wang, Caltech (imagem direta dos protoplanetas b e c do sistema PDS 70)

"Sabemos que a forma do disco deve ser um anel simétrico em torno da estrela, enquanto um planeta deve ser um único ponto na imagem," disse Want. "Portanto, mesmo que um planeta pareça estar em cima do disco, como é o caso de PDS 70c, com base no nosso conhecimento do aspeto do disco em toda a imagem, podemos inferir o quão brilhante o disco deve estar no local do protoplaneta e remover o sinal do disco. Tudo o que resta é a emissão do planeta."

A equipe captou imagens de PDS 70 com o instrumento NIRC2 (Near-Infrared Camera) acoplado ao telescópio Keck II, marcando a primeira ciência para um coronógrafo de vórtice instalado no NIRC2 como parte de uma atualização recente, combinada com o sistema de ópticas adaptativas do observatório, que consiste de um novo sensor infravermelho e software em tempo real.

"A nova tecnologia de detector infravermelho usada no nosso sensor melhorou drasticamente a nossa capacidade de estudar exoplanetas, especialmente aqueles em torno de estrelas de baixa massa onde a formação planetária está ativamente ocorrendo," disse Sylvain Cetre, engenheiro de software do Observatório Keck e um dos líderes desenvolvedores da atualização de ópticas adaptativas.

A técnica de óptica adaptativa é usada para remover a desfocagem produzida pela turbulência atmosférica que distorce as imagens astronômicas. Com o novo sensor infravermelho e um controlador em tempo real, o sistema de ópticas adaptativas do Observatório Keck é capaz de fornecer imagens mais nítidas e detalhadas.

Os resultados foram publicados na revista The Astronomical Journal.

Fonte: W. M. Keck Observatory

Porque se formam nuvens perto de buracos negros

Assim que saímos dos majestosos céus da Terra, a palavra "nuvem" deixa de significar aquela estrutura branca de aparência fofa que produz chuva.

© Nima Abkenar (ilustração de quasar rodeado por nuvem em forma de rosca)

Em vez disso, as nuvens do Universo são áreas irregulares de maior densidade do que o ambiente em seu redor.

Os telescópios espaciais observaram estas nuvens cósmicas na vizinhança de buracos negros supermassivos, objetos misteriosos e densos dos quais nenhuma luz pode escapar, com massas equivalentes a mais de 100.000 sóis. Há um buraco negro supermassivo no centro de quase todas as galáxias, e é chamado de "núcleo galáctico ativo" (NGA) se estiver absorvendo muito gás e muita poeira nos seus arredores. O tipo mais brilhante de NGA é chamado "quasar". Apesar do buraco negro propriamente dito não poder ser visto, a sua vizinhança brilha com intensidade à medida que a matéria se desfaz perto do seu horizonte de eventos.

Mas os buracos negros não são realmente como aspiradores de pó; não sugam tudo o que se aproxima demais. Enquanto algum material ao redor de um buraco negro cai diretamente, para nunca mais ser visto, parte do gás vizinho será arremessado para fora, criando uma concha que se expande durante milhares de anos. Isto porque a área perto do horizonte de eventos é extremamente energética; a radiação altamente energética de partículas em movimento veloz em torno do buraco negro pode ejetar uma quantidade significativa de gás para a vastidão do espaço.

Os cientistas esperariam que este fluxo gasoso fosse suave. Ao invés, é desajeitado, estendendo-se muito além de 1 parsec (3,3 anos-luz) do buraco negro. Cada nuvem começa pequena, mas pode expandir-se para ter mais de 1 parsec de largura; e pode até cobrir a distância entre a Terra e a estrela mais próxima do Sol, Proxima Centauri.

O que explica estes grupos no espaço profundo? Os pesquisadores têm um novo modelo de computador que apresenta uma possível solução para este mistério. Eles mostram que o calor extremamente intenso, perto do buraco negro supermassivo, pode permitir que o gás flua para fora muito depressa, mas de uma maneira que também pode levar à formação de aglomerados. Se o gás acelerar muito rapidamente, não arrefecerá o suficiente para formar aglomerados. O modelo de computador leva estes fatores em consideração e propõe um mecanismo para fazer o gás viajar para longe, mas também para se agrupar.

"Perto da orla externa da concha, há uma perturbação que torna a densidade do gás um pouco menor do que costumava ser," disse o astrofísico Daniel Proga da Universidade de Nevada. "Isto faz com que este gás aqueça com muita eficiência. O gás frio, mais longe, está sendo retirado por esta perturbação."

Este fenômeno é um pouco como a flutuabilidade que faz os balões de ar quente flutuarem. O ar aquecido dentro do balão é mais leve do que o ar mais frio do lado de fora, e esta diferença de densidade faz o balão subir.

Este trabalho é importante porque os astrônomos sempre precisaram de colocar nuvens num determinado local e com uma certa velocidade para se ajustarem às observações dos NGAs.

Este modelo olha apenas para a concha de gás, não para o disco de material que gira em torno do buraco negro e que o está alimentando. O próximo passo dos pesquisadores é examinar se o fluxo de gás é originário do próprio disco. Estão também interessados em resolver o mistério de porque é que algumas nuvens se movem extremamente depressa, na ordem dos 10.000 quilômetros por segundo.

Um artigo foi publicado na revista The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: NASA

Um balé galáctico

Esta imagem mostra um par de galáxias em interação, conhecido por Arp 271.

© ESO (Arp 271)

Individualmente, estas galáxias são chamadas NGC 5426 e NGC 5427; ambas são espirais e têm ambas aproximadamente o mesmo tamanho. 

Alguns astrônomos acreditam que estas galáxias estão em processo de fusão para formar um único objeto. Esta interação dará origem a um número crescente de novas estrelas durante os próximos milhões de anos, algumas das quais podem ser vistas na "ponte" de gás que liga as duas galáxias. 

Este tipo de colisão e interação poderá também ocorrer na nossa Galáxia, a Via Láctea, que muito provavelmente colidirá com a vizinha Galáxia de Andrômeda, daqui a cerca de cinco bilhões de anos. 

As galáxias NGC 5426 e NGC 5427 ficam a mais de 120 milhões de anos-luz de distância da Terra e foram descobertas pelo astrônomo alemão-britânico William Herschel em 1785. Herschel era um cientista muito produtivo, tendo descoberto também a radiação infravermelha e o planeta Urano.

Fonte: ESO

Purpurina estelar num espaço escuro

Ao contrário de uma galáxia espiral ou elíptica, a galáxia KK 246 parece glitter derramado sobre uma folha de veludo preto.

© Hubble (KK 246)

A KK 246, também conhecida como ESO 461-036, é uma galáxia anã irregular que reside numa vasta região de espaço vazio. Essa galáxia solitária é a única conhecida por residir neste enorme volume, juntamente com outras 15 que foram identificadas provisoriamente.

Embora a imagem pareça estar cheia de galáxias, elas estão realmente além desse vazio e, em vez disso, fazem parte de outros grupos ou aglomerados de galáxias. Vazios cósmicos, como esse, são os espaços dentro da estrutura semelhante à teia do Universo, onde existem muito poucas ou nenhuma galáxias.

Adjacente ao Grupo Local, essa região de espaço vazio tem pelo menos 150 milhões de anos-luz de diâmetro. Para perspectiva, a Via Láctea é estimada em 150.000 anos-luz de diâmetro, tornando esse vazio imenso em seu nada.

Fonte: ESA

Uma ponte dobrada entre dois aglomerados de galáxias

Um novo estudo, baseado em dados dos observatórios de raios X XMM-Newton da ESA e Chandra da NASA, apresenta informações sobre uma ponte de gás quente com três milhões de anos-luz que liga dois aglomerados de galáxias, cuja forma está sendo dobrada pela poderosa atividade de um buraco negro supermassivo próximo.

© Chandra/XMM-Newton/GMRT (Abell 2384)

Os aglomerados de galáxias são os maiores objetos do Universo, mantidos juntos pela gravidade. Contêm centenas ou milhares de galáxias, grandes quantidades de gás de vários milhões de graus que brilham intensamente em raios X e enormes reservatórios de matéria escura invisível.

O sistema retratado nestas imagens, denominado Abell 2384, está localizado a 1,2 bilhões de anos-luz da Terra e compreende uma massa total de mais de 260 trilhões de vezes a massa do Sol. Neste caso, os dois aglomerados de galáxias colidiram e passaram um pelo outro, liberando uma inundação de gás quente de cada aglomerado que formava uma ponte incomum entre os dois objetos.

A visualização de raios X do XMM-Newton e do Chandra (mostrada em azul), juntamente com observações em ondas de rádio realizadas com o GMRT (Giant Metrewave Radio Telescope) na Índia (mostrada em vermelho) e dados ópticos do DSS (Digitized Sky Survey (mostrada em amarelo). A nova visão de vários comprimentos de onda revela os efeitos de um jato disparando para longe de um buraco negro supermassivo no centro de uma galáxia num dos aglomerados.

O jato é tão poderoso que está dobrando a forma da ponte de gás, que tem uma massa equivalente a cerca de seis trilhões de sóis. No local da colisão, onde o jato está empurrando o gás quente na ponte, os astrônomos encontraram evidências de uma frente de choque, semelhante a uma explosão sônica de uma aeronave supersônica, que pode manter o gás quente e impedir que arrefeça para formar novas estrelas.

Objetos como Abell 2384 são importantes para a compreensão do crescimento de aglomerados de galáxias.

Simulações em computador indicam que, após tal colisão, os aglomerados de galáxias oscilam como um pêndulo e passam um pelo outro várias vezes antes de se fundirem para formar um aglomerado maior. Com base nestas simulações, os astrônomos pensam que os dois grupos neste sistema acabarão por se fundir.

O estudo que descreve este trabalho, liderado por Viral Parekh, do Observatório de Radioastronomia da África do Sul e Universidade de Rhodes, na África do Sul, foi publicado na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Fonte: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics