Diamantes no céu

A interação de duas estrelas condenadas criou este anel espetacular adornado com brilhantes aglomerados de gás, um colar de diamantes de proporções cósmicas.

© Hubble (Nebulosa do Colar)

Apropriadamente conhecida como a Nebulosa do Colar, esta nebulosa planetária está localizada a 15.000 anos-luz de distância da Terra, na pequena e escura constelação de Sagitta (A Flecha). 

A Nebulosa do Colar, que também possui um nome menos glamoroso de PN G054.2-03.4, foi produzida por um par de estrelas semelhantes ao Sol em órbita compacta. Há cerca de 10.000 anos, uma das estrelas envelhecidas se expandiu e engolfou sua companheira menor, criando um “envelope comum”. 

A estrela menor continuou orbitando dentro de sua companheira maior, aumentando a taxa de rotação da gigante inchada até que grandes partes dela giraram para o espaço. Este anel de detritos que escapou formou a Nebulosa do Colar, com aglomerados particularmente densos de gás formando os “diamantes” brilhantes ao redor do anel. 

O par de estrelas que criou a Nebulosa do Colar permanece tão próximo, separado por apenas alguns milhões de quilômetros, que aparece como um único ponto brilhante no centro da imagem. Apesar de seu encontro próximo, as estrelas ainda estão furiosamente girando em torno umas das outras, completando uma órbita em pouco mais de um dia. 

A Nebulosa do Colar foi apresentada em uma imagem do telescópio espacial Hubble lançada anteriormente, mas agora esta nova imagem foi criada aplicando técnicas de processamento avançadas, proporcionando uma visão nova e aprimorada deste objeto intrigante. A imagem composta inclui várias exposições da Wide Field Camera 3 do Hubble.

Fonte: ESA

Hubble comemora 31 anos com estrela gigante à beira da destruição

Em comemoração ao 31º aniversário do lançamento do telescópio espacial Hubble, os astrônomos apontaram o celebrado observatório para uma das estrelas mais brilhantes vistas em nossa galáxia para captar sua beleza.

© Hubble (AG Carinae)

A estrela gigante apresentada nesta última imagem do telescópio espacial Hubble está travando um cabo de guerra entre a gravidade e a radiação para evitar a autodestruição. A estrela, chamada AG Carinae, é cercada por uma camada em expansão de gás e poeira, ou seja, uma nebulosa, que é moldada pelos poderosos ventos da estrela. 

A nebulosa tem cerca de cinco anos-luz de largura, o que é aproximadamente igual à distância daqui até nossa estrela mais próxima, Alpha Centauri. A enorme estrutura foi criada a partir de uma ou mais erupções gigantes há vários milhares de anos. As camadas externas da estrela foram lançadas no espaço, o material expelido totalizando cerca de 10 vezes a massa do nosso Sol. 

Estas explosões são típicas da vida de uma espécie rara de estrela chamada Luminous Blue Variable (LBV), uma breve fase instável na curta vida de uma estrela ultrabrilhante e glamorosa que vive rápido e morre jovem. Estas estrelas estão entre as estrelas mais massivas e brilhantes conhecidas. Elas vivem por apenas alguns milhões de anos, em comparação com a vida de aproximadamente 10 bilhões de anos de nosso Sol.

A estrela AG Carinae tem alguns milhões de anos e reside a 20.000 anos-luz da Via Láctea. A vida útil esperada da estrela é entre 5 milhões e 6 milhões de anos. 

As LBVs têm dupla personalidade. Elas parecem passar anos em êxtase semiquiescente e então irrompem em uma explosão petulante, durante a qual sua luminosidade aumenta, às vezes em várias ordens de magnitude. Estas gigantes são estrelas ao extremo, muito diferentes de estrelas normais como o nosso Sol. Estima-se que AG Carinae tenha até 70 vezes mais massa do que o nosso Sol e brilha com o brilho ofuscante de 1 milhão de sóis.

Explosões importantes, como a que produziu a nebulosa apresentada nesta imagem, ocorrem algumas vezes durante a vida de uma LBV. Uma estrela LBV apenas lança material quando está na iminência de autodestruição. Por causa de suas formas massivas e temperaturas superaquecidas, estrelas variáveis ​​azuis luminosas como AG Carinae estão em uma batalha constante para manter a estabilidade. É uma disputa entre a pressão da radiação de dentro da estrela empurrando para fora e a gravidade pressionando para dentro. 

Esta queda de braço resulta na expansão e contração da estrela. A pressão externa ocasionalmente vence a batalha, e a estrela se expande a um tamanho tão imenso que explode suas camadas externas, como um vulcão em erupção. Mas esta explosão só acontece quando a estrela está prestes a se desintegrar. Depois que a estrela ejeta o material, ela se contrai ao seu tamanho normal (grande), se acomoda e se torna estável novamente. 

As estrelas LBV são raras: menos de 50 são conhecidas entre as galáxias em nosso grupo local. Estas estrelas passam dezenas de milhares de anos nesta fase, um piscar de olhos no tempo cósmico. Espera-se que algumas terminem suas vidas em explosões de supernovas titânicas, que enriquecem o Universo com os elementos mais pesados ​​além do ferro.

Como muitas outras LBVs, AG Carinae permanece instável. Ela experimentou explosões menores que não foram tão poderosas quanto aquela que criou a nebulosa atual. Embora AG Carinae esteja semi-quiesciente agora, sua radiação escaldante e o poderoso vento estelar (fluxos de partículas carregadas) têm moldado a nebulosa antiga, esculpindo estruturas intrincadas enquanto o gás em vazamento atinge a nebulosa externa com movimento lento.

O vento está viajando a até 1 milhão de quilômetros por hora, cerca de 10 vezes mais rápido que a nebulosa em expansão. Com o tempo, o vento quente alcança o material expelido mais frio, penetra nele e o empurra para longe da estrela. Este efeito limpou uma cavidade ao redor da estrela. 

O material vermelho é o gás hidrogênio brilhante misturado com gás nitrogênio. O material vermelho difuso no canto superior esquerdo aponta onde o vento quebrou uma região tênue de material e o varreu para o espaço. As características mais proeminentes, destacadas em azul, são estruturas filamentares em forma de girinos e bolhas tortas. Estas estruturas são aglomerados de poeira iluminados pela luz da estrela. As características em forma de girino, mais proeminentes à esquerda e na parte inferior, são aglomerados de poeira mais densos que foram esculpidos pelo vento estelar. 

A visão nítida do Hubble revela estas estruturas de aparência delicada em grandes detalhes. A imagem foi tirada em luz visível e ultravioleta. O telescópio espacial Hubble é ideal para observações em luz ultravioleta porque esta faixa de comprimento de onda só pode ser vista do espaço.

Fonte: ESA

Olhos no céu

Você já teve a sensação de que está sendo observado(a)?

© ESO (Mrk 739)

Este objeto com ar amigável é o resultado da fusão de duas galáxias e nos mostra "um par de olhos", que esconde dois buracos negros supermassivos em crescimento, e um sorriso meio torto. 

Fusões deste tipo são raras na nossa vizinhança galáctica. A Markarian 739 (Mrk 739) está suficientemente perto de nós (astronomicamente falando) para poder ser estudada em detalhe e nos ajudar a saber mais sobre os processos dramáticos que ocorrem durante estas fusões cósmicas. 

Com o auxílio do instrumento MUSE montado no Very Large Telescope (VLT) do ESO, uma equipe de astrônomos, liderada pelo estudante de mestrado Dusán Tubín da Pontificia Universidad Católica de Chile, conseguiu estudar os efeitos da fusão e da radiação emitida pelos gigantescos buracos negros em crescimento.

Este estudo responde a questões sobre o movimento das galáxias, a idade das suas estrelas, e os elementos de que são compostas. A equipe descobriu que uma destas galáxias é muito mais velha do que a sua companheira e que o processo de fusão está ainda na fase inicial. 

O MUSE é um espectrógrafo 3D que obtém imagens do objeto em estudo ao longo de milhares de comprimentos de onda. Com o MUSE, os astrônomos conseguem mapear com grande detalhe as propriedades dos objetos que estudam, uma vez que cada pixel individual contém uma quantidade impressionante de informação. Obter com o MUSE este tipo de resultados e pistas sobre a fusão e evolução de galáxias é suficiente para fazer qualquer um sorrir.

Fonte: ESO

O menor buraco negro mais próximo da Terra

Os cientistas descobriram um dos menores buracos negros de que há registo e o mais próximo da Terra encontrado até hoje.

© Lauren Fanfer (ilustração do buraco negro O Unicórnio)

Os pesquisadores apelidaram-no de "O Unicórnio", em parte porque é, até agora, único e em parte porque foi encontrado na direção da constelação de Unicórnio.

O Unicórnio tem cerca de três vezes a massa do nosso Sol; minúsculo para um buraco negro. Até à data foram encontrados muito poucos buracos negros com esta massa. Este fica a 1.500 anos-luz da Terra, ainda dentro da Via Láctea. 

O buraco negro parece ser companheiro de uma estrela gigante vermelha, o que significa que os dois objetos estão ligados pela gravidade. Sendo possível observar a estrela companheira do buraco negro, ela foi bem documentada por sistemas telescópicos como o KELT, gerido pela Universidade do Ohio; ASAS, o precursor do ASAS-SN, que agora é gerido também pela mesma universidade, e pelo TESS, um satélite da NASA que procura planetas localizados além do nosso Sistema Solar. 

Os dados da estrela já estavam amplamente disponíveis, mas ainda não haviam sido analisados desta forma. Quando os astrônomos analisaram os dados, notaram que algo que não conseguiam ver parecia estar orbitando a gigante vermelha, fazendo com que a luz desta estrela mudasse de intensidade e aparência em vários pontos da sua órbita. Algo, perceberam, estava puxando a gigante vermelha e mudando a sua forma.

Este efeito de atração, chamado de perturbação de marés, fornece aos astrônomos um sinal de que algo está afetando a estrela. Uma opção era um buraco negro, mas teria que ser pequeno, menos de cinco vezes a massa do nosso Sol, caindo numa gama de tamanhos denominada "lacuna de massa". Apenas recentemente é foi considerada como possibilidade a existência de buracos negros com esta massa. Esta perturbação de marés é produzida pela força de maré de um companheiro invisível, ou seja, um buraco negro. 

Assim como a gravidade da Lua distorce os oceanos da Terra, fazendo com que os mares criem um bojo na direção da Lua e na direção oposta, produzindo marés altas, o buraco negro distorce a estrela para uma forma de bola de rugby com um eixo mais longo do que o outro.  

A velocidade da gigante vermelha, o período orbital e o modo como a força de maré distorceu a gigante vermelha, fornace a massa do buraco negro,possibilitando concluir que este buraco negro tinha cerca de três vezes a massa do Sol. 

Há já aproximadamente uma década que os astrônomos e os astrofísicos se perguntam se não estavam encontrando estes buracos negros porque os sistemas e abordagens usados não eram sofisticados o suficiente para os encontrar. Ou, alternativamente, que simplesmente não existiam? Então, há cerca de 18 meses, muitos dos membros desta equipe de pesquisadores publicaram um artigo científico na revista Science, fornecendo fortes evidências da existência deste tipo de buracos negros.

Encontrar e estudar buracos negros e estrelas de nêutrons na nossa Galáxia é crucial para os cientistas que estudam o espaço, porque diz-lhes mais sobre o modo como as estrelas se formam e morrem. Mas encontrar e estudar buracos negros é, quase por definição, difícil: os buracos negros individuais não emitem o mesmo tipo de radiação que outros objetos emitem no espaço. São, para os equipamentos científicos, electromagneticamente silenciosos e invisíveis. 

A maioria dos buracos negros conhecidos foi descoberta porque interagiu com uma estrela companheira, gerando raios X que podem ser detectados com telescópios que atuam neste comprimento de onda. 

Nos últimos anos foram lançadas mais experiências em larga escala para tentar localizar buracos negros pequenos, e futuramente espera-se ver a descoberta de mais buracos negros na "lacuna de massa". 

Este campo de estudo está avançando para realmente mapear quantos buracos negros de baixa massa, de massa intermédia e de massa elevada existem, propiciando uma pista sobre as estrelas que colapsam ou explodem, evidenciando sua evolução.

As descobertas foram publicadas no periódico Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Fonte: Ohio State University

Detectada uma nova super-Terra em torno de estrela anã vermelha

Nos últimos anos, tem havido um estudo exaustivo de estrelas anãs vermelhas para encontrar exoplanetas em órbita.

© IAC/G. P. Díaz (ilustração de super-Terra em torno da anã vermelha GJ 740)

As estrelas têm temperaturas superficiais efetivas entre 2.400 e 3.700 K (mais de 2.000 graus mais frias que o Sol), e massas entre 0,08 e 0,45 massas solares. Neste contexto, uma equipa de pesquisadores do IAC (Instituto de Astrofísica das Canárias), especializado na procura por planetas em torno deste tipo de estrelas, descobriu uma super-Terra orbitando a estrela GJ 740, uma anã vermelha situada a cerca de 36 anos-luz da Terra.

O exoplaneta orbita a sua estrela com um período de 2,4 dias e a sua massa é cerca de 3 vezes a da Terra. Dado que a estrela está tão perto do Sol, e o planeta tão perto da sua estrela, esta nova super-Terra pode ser objeto de pesquisas futuras com telescópios de diâmetro muito grande no final desta década. 

"Este é o planeta com o segundo período orbital mais curto em torno deste tipo de estrela. A massa e o período sugerem um planeta rochoso, com um raio de aproximadamente 1,4 raios terrestres, que poderá ser confirmado em observações futuras com o satélite TESS," explica Borja Toledo Padrón, pesquisador do IAC. 

Os dados também indicam a presença de um segundo planeta com um período orbital de nove anos, e uma massa comparável à de Saturno (perto de 100 massas terrestres), embora o seu sinal de velocidade radial possa ser devido ao ciclo magnético da estrela (semelhante ao do Sol), de modo que são necessários mais dados para confirmar que o sinal é devido à presença de um planeta. 

A missão Kepler, reconhecida como uma das mais bem-sucedidas na detecção de exoplanetas pelo método de trânsito (que é a busca por pequenas variações no brilho de uma estrela provocadas pela passagem de um planeta entre esta e o nosso ponto de vista), descobriu um total de 156 novos planetas em torno de estrelas frias. A partir dos seus dados, estimou-se que este tipo de estrelas abriga uma média de 2,5 planetas com períodos orbitais de menos de 200 dias.

"A busca por novos exoplanetas em torno de estrelas frias é impulsionada pela menor diferença entre a massa do planeta e a massa da estrela em comparação com estrelas em classes espectrais mais quentes (o que facilita a detecção dos sinais dos planetas), bem como o grande número deste tipo de estrelas na nossa Galáxia," comenta Borja Toledo Padrón. 

As estrelas frias também são um alvo ideal para a busca de planetas pelo método de velocidade radial. Este método baseia-se na detecção de pequenas variações na velocidade de uma estrela devido à atração gravitacional de um planeta em órbita, usando observações espectroscópicas. Desde a descoberta em 1998 do primeiro sinal de velocidade radial de um exoplaneta em torno de uma estrela fria, até agora, foram descobertos um total de 116 exoplanetas em torno desta classe de estrelas usando o método da velocidade radial. 

"A principal dificuldade deste método está relacionada com a intensa atividade magnética deste tipo de estrela, que pode produzir sinais espectroscópicos muito semelhantes aos de um exoplaneta," diz Jonay I. González Hernández, pesquisador do IAC. 

O estudo faz parte do projeto HADES (HArps-n red Dwarf Exoplanet Survey), no qual o IAC está colaborando com o IEEC-CSIS (Institut de Ciències de l’Espai) da Catalunha, e o programa italiano GAPS (Global Architecture of Planetary Systems), cujo objetivo é a detecção e caracterização de exoplanetas em torno de estrelas frias, nos quais estão sendo usados o HARPS-N, no TNG (Telescopio Nazionale Galileo) do Observatório Roque de los Muchachos (Garafía, La Palma). 

Os resultados do estudo foram publicados no periódico Astronomy & Astrophysics.

Fonte: Instituto de Astrofísica de Canarias

Confirmada a existência de PeVatrons na Via Láctea

Fontes desconhecidas na Via Láctea apelidadas de “PeVatrons” aceleram prótons a energias de alguns PeV (petaeletronvolts), dezenas de vezes mais altas do que o rendimento do LHC (Large Hadron Collider).

© IFJ PAN/HAWC (Nebulosa do Casulo em Cygnus)

Agora, novos dados de um experimento de alta altitude no Tibete confirmam que estes raios cósmicos de altíssima energia são de fato produzidos em nossa própria Galáxia. 

A distribuição dos raios cósmicos por energia sugere que estas partículas existem em duas variedades. Acredita-se que os raios cósmicos de ultra-alta energia (UHECRs) mais extremos vêm de galáxias remotas. Mas a maioria dos raios cósmicos, com energias abaixo de 4 PeV, provavelmente são originados na Via Láctea. 

No entanto, a verdadeira natureza dos aceleradores de partículas PeVatron permaneceu desconhecida, em grande parte porque os caminhos dos raios cósmicos são curvados por campos magnéticos galácticos, então eles não evidenciam sua origem. 

Uma grande equipe de cientistas chineses e japoneses conhecida como Colaboração Tibet ASγ detectou algumas dezenas de raios gama de energia muito alta (VHE) da Via Láctea que não estão associados a fontes conhecidas.

Acredita-se que estes raios gama, coletados entre 2014 e 2017, sejam produzidos quando os raios cósmicos se chocam contra os núcleos atômicos do meio interestelar. A teoria diz que eles carregam cerca de 10% da energia original dos raios cósmicos. O mais enérgico detectado pela equipe foi de 0,957 PeV, um recorde de todos os tempos. No total, o experimento Tibet ASγ identificou 23 raios gama com energias acima de 398 TeV na Via Láctea.

Ao contrário dos raios cósmicos, os fótons de raios gama apontam para sua origem. Portanto, o fato de estarem concentrados na faixa da Via Láctea fornece "fortes evidências de que os raios cósmicos são acelerados além das energias PeV em nossa galáxia e se espalham pelo disco galáctico. 

Foram também detectados raios gama ligeiramente menos energéticos (0,1 PeV) na Nebulosa do Casulo em Cygnus, uma superbolha em torno de uma massiva região de formação de estrelas. Mas, este novo resultado é a primeira vez que fótons em energias ainda mais altas foram encontrados não em uma única fonte, mas em toda a Via Láctea. 

O experimento ASγ do Tibete, de 30 anos e sempre em expansão, consiste atualmente em cerca de 700 cintiladores espalhados por uma área de 65.700 metros quadrados a uma altitude de 4.300 metros perto de Yangbajing, no Tibete. Estes detectores de chuveiro registram partículas secundárias que precipitam quando um raio gama energético colide com um núcleo de nitrogênio ou oxigênio na atmosfera da Terra.

Os dados revelam a energia e a direção do raio gama original. Para distinguir chuvas induzidas por raios gama de eventos semelhantes produzidos por raios cósmicos, o observatório também contém uma matriz subterrânea de 64 detectores de múons.

Por causa de um processo de decaimento diferente, os eventos induzidos por raios gama contêm muito menos múons, os primos pesados ​​e de vida curta dos elétrons. A equipe classifica e eventualmente dispensa 99,9999% de todos os chuveiros detectados, deixando os chuveiros de raios gama de alta energia para análise.

Um membro da equipe, Kazumasa Kawata, da Universidade de Tóquio, em uma conferência de imprensa da American Physical Society, acrescentou que as novas observações apoiam a ideia de que raios cósmicos de altíssima energia se espalham pela galáxia. Produzidas ao longo de milhões de anos, estas partículas podem até vir de fontes que não estão mais ativas.

Os resultados do Tibete confirmam que os PeVatrons existem em nossa galáxia. Mas o que são eles? Remanescentes de supernovas sempre foram um candidato popular, mas regiões gigantes de formação de estrelas como o Casulo de Cygnus, o buraco negro no centro galáctico e pulsares energéticos são outras opções viáveis. Ainda é possível que existam diferentes tipos de PeVatron. 

Os cientistas esperam corroborar os resultados de outras instalações, como o Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO), que será no final deste ano na China, o futuro Cherenkov Telescope Array (CTA), com mais de 100 telescópios em La Palma e no norte do Chile, e o Southern Wide-field Gamma-ray Observatory (SWGO) que os físicos esperam construir na América do Sul. 

“Se combinarmos os dados de todos estes experimentos, estaremos começando a ter uma visão abrangente de como nossa galáxia se parece com as energias mais altas, em uma faixa de energia que era completamente inacessível antes de 2016 ou mais,” disse Kelly Malone, do Los Alamos National Laboratory. O céu de alta energia ainda tem muitos detalhes para nos ensinar sobre nossa Galáxia.

Um artigo foi divulgado no periódico Physical Review Letters.

Fonte: Sky & Telescope

Carbono presente na Terra tem origem interestelar

As moléculas de carbono são fundamentais para a existência da vida em nosso planeta. Porém, os cientistas ainda debatem de onde vieram, e como chegaram até aqui na quantidade necessária para sustentar a vida.

© Scientific American (ilustração da Terra na etapa inicial de sua formação)

A ideia mais aceita sugere que o carbono já existia na nebulosa que se condensou e deu origem ao Sol e aos demais planetas do Sistema Solar. Porém novos estudos estão sustentando que, na verdade, o carbono da Terra teria origem interestelar. Isto é, estaria originalmente no espaço entre as estrelas de nossa Galáxia.

A hipótese mais aceita atualmente diz que o carbono encontrado na Terra estava presente no gás da nebulosa primordial que deu origem ao Sistema Solar. Quando os gases se resfriaram o suficiente para que as moléculas pudessem se precipitar, uma parte desta nebulosa, teria dado origem aos planetas rochosos, tais como a Terra, por um processo conhecido como acreção.

“Esse modelo de condensação foi amplamente utilizado por décadas. Ele assume que, durante os anos de formação do Sol, todos os elementos do planeta foram vaporizados. E, enquanto o disco protoplanetário esfriava, alguns destes gases se condensaram e forneceram os ingredientes químicos para formar os corpos sólidos. Porém, isso não é aplicável ao carbono,” disse Jie Li, professora da Universidade de Michigan. 

No seu estudo, ela e seus colegas dizem que este modelo não é valido pois, uma vez que o carbono é vaporizado, ele não consegue adquirir o estado sólido novamente. O disco protoplanetário é uma nuvem de matéria, composta majoritariamente por poeira e gás que circunda estrelas recém-formadas, influindo o Sol. Boa parte do carbono que estava presente no disco se apresentava na forma de moléculas orgânicas. 

Entretanto, quando o carbono é vaporizado, produz espécies químicas que são muito mais voláteis e que requerem temperaturas bastante baixas para se tornarem sólidas. Além disso, ele jamais poderá voltar a ser condensado na forma de moléculas orgânicas outra vez. Por isso, Li e sua equipe concluíram que o carbono presente na Terra deve ter sido herdado diretamente do meio interestelar, através de algum processo que evitou por completo que ele se vaporizasse. 

Segundo os resultados obtidos pelo estudo, a chegada do carbono no nosso planeta acontece bem depois da formação e do aquecimento do disco protoplanetário. As moléculas teriam sido condensadas em sólidos cerca de um milhão de anos depois que o Sol já havia se formado.

Para entender melhor qual pode ter sido o processo envolvido para trazer o carbono até aqui, Li estimou a quantidade máxima de carbono que a Terra poderia conter. Para isso, ela comparou a rapidez com a qual uma onda sísmica viaja até o núcleo terrestre. Os resultados sugerem que o elemento provavelmente compõe menos de 0,5% da massa total da Terra. Esta noção da quantidade máxima de carbono existente na Terra ajuda a entender em que momento em que ele chegou aqui, e como ele pode viabilizar a vida no planeta. Há um elemento de incerteza neste cálculo. Os pesquisadores irão analisar para saber quais são os reais limites da quantidade de carbono existente no núcleo da Terra. 

A fim de sustentar a vida, um planeta deve possuir carbono na proporção certa. Em excesso, ele pode desenvolver uma atmosfera muito densa, como aconteceu em Vênus. A atmosfera lá captura todo o calor vindo do Sol, mantendo temperaturas de aproximadamente 470 ºC. Se a Terra tivesse falta de carbono, poderia se assemelhar à Marte: um lugar hostil, incapaz de suportar vida à base de água, com temperaturas extremamente negativas.

No segundo estudo realizado pelo mesmo grupo, porém liderado por Marc Hirschmann, da Universidade de Minnesota, os pesquisadores também observaram a existência da perda de carbono. O fenômeno é central na construção da Terra como um planeta habitável. O planeta necessita de carbono para regular seu clima e permitir que a vida exista nele, mas isso é algo bastante delicado. Não pode haver excesso nem escassez do elemento. 

A equipe analisou como se dá o processamento do carbono nos planestimais, pequenos corpos que se agregam numa etapa no processo de formação dos planetas. Foi observado como os planetesimais retém o carbono durante o período inicial de sua formação. Para isso, foram examinados os núcleos metálicos destes corpos, que atualmente podem ser encontrados na forma de meteoritos de ferro. 

O estudo revelou que, durante esta etapa chave da formação de um planeta, uma boa parte do carbono desaparece à medida que os planestimais derretem, formam núcleos e perdem gás. 

“A maioria dos modelos sugere que o carbono e outros materiais essenciais à vida, como água e nitrogênio, estavam na nebulosa e deram origem a corpos rochosos primitivos. Estes corpos, por sua vez, trariam estes elementos para os planetas que estavam em formação, tais como a Terra ou Marte. Mas este processo pula uma etapa importante, na qual os planetesimais perdem muito de seu carbono antes que possam transportá-lo aos planetas,” disse Hirschmann.

Os dois estudos foram divulgados na revista Science Advances.

Fonte: Scientific American

Um novo olhar sobre buracos negros

O telescópio espacial James Webb (JWST) é uma espécie de sucessor do telescópio espacial Hubble e deve ser lançado no final do ano.

© ON (Um novo olhar sobre buracos negros)

Milhares de cientistas do mundo inteiro submeteram projetos para a primeira temporada de observações e apenas dois grupos liderados por brasileiros foram selecionados: o astrofísico Roderik Overzier do Observatório Nacional e Rogemar Riffel da Universidade Federal de Santa Maria. Ambas as pesquisas estudam galáxias e os buracos negros supermassivos em seus centros e, de certa forma, se complementam. 

O projeto do Rogemar visa estudar o núcleo de galáxias ativas no Universo próximo. O projeto do Roderik quer observar objetos parecidos, mas no Universo distante. Aliás, Roderik e colegas detém o recorde da radiogaláxia mais distante conhecida, um dos objetos de seu projeto. 

Observar o Universo próximo e distante é como montar uma história ligando o presente e o passado do Universo. Para entender a relação entre galáxias ativas, buracos negros super massivos em seus núcleos e a evolução do Universo, foram reunimos grandes astrônomos para conversar sobre estes assuntos e celebrar a Semana Internacional dos Buracos Negros, em homenagem à primeira imagem de um buraco negro divulgada pelo Event Horizon Telescope em 10 de Abril de 2019.

Nesta sexta-feira, 16 de Abril, às 19h, no canal do YouTube do Observatório Nacional, venha conversar com grandes nomes da área de buracos negros no Brasil. Acesse o link e ative o lembrete https://www.youtube.com/watch?v=khJqwhqOJiQ.

Fonte: Observatório Nacional

Novas informações sobre a formação estelar

De acordo com a cientista Grace Wolf-Chase, do PSI (Planetary Science Institute), uma descoberta fortuita por cientistas cidadãos forneceu uma nova janela única para os diversos ambientes que produzem estrelas e aglomerados de estrelas, revelando a presença de "berçários estelares" antes de novas estrelas emergirem das suas nuvens natais.

© NASA/JPL-Caltech (bola amarela e bolha)

"As 'bolas amarelas' são características pequenas e compactas que foram identificadas em imagens infravermelhas obtidas pelo telescópio espacial Spitzer durante discussões online do Projeto Via Láctea, uma iniciativa da plataforma cidadã online zooniverse.org, que pediu a cientistas cidadãos para ajudar a identificar características associadas com estrelas jovens e massivas com mais de 10 massas solares," disse Wolf-Chase. "As primeiras investigações sugeriram que as bolas amarelas são produzidas por estrelas jovens à medida que aquecem o gás circundante e a poeira de onde nasceram." 

As bolas amarelas descobertas por cientistas cidadãos liberam luz infravermelha num estágio muito inicial no desenvolvimento de aglomerados estelares, quando têm uns "meros" cem mil anos. Este é o ponto em que a sua presença é revelada pela primeira vez, mas permanecem incrustadas nos seus casulos empoeirados natais. 

A pesquisa mostra que a formação de aglomerados estelares com essencialmente todas as massas passam por um estágio de bola amarela. Alguns destes aglomerados primordiais formam estrelas massivas com mais de 10 vezes a massa do Sol que vão esculpir os seus ambientes em "bolhas" por meio de fortes ventos estelares e radiação ultravioleta severa, enquanto outras não. 

Ao longo de um milhão de anos, as bolhas podem expandir-se para dezenas de anos-luz de diâmetro. Os pesquisadores mostraram que é possível extrair informações sobre as massas e idades dos aglomerados estelares em desenvolvimento apenas através das "cores" infravermelhas das bolas amarelas, sem outras observações extensas como espectroscopia.

Durante a procura por bolhas no Projeto Via Láctea, cientistas cidadãos usaram o fórum de discussão do projeto para assinalar objetos pequenos e redondos que parecem amarelos nas imagens infravermelhas representativas. 

"Os cientistas inicialmente pensaram que estas podiam ser versões muito jovens das bolhas e incluímos a identificação de bolas amarelas como o objetivo principal de uma versão do Projeto Via Láctea que foi lançada em 2016," disse Wolf-Chase. 

Isto resultou na identificação de 6.176 bolas amarelas em mais de um-terço da Via Láctea. A sua aparência amarela distinta está relacionada com comprimentos de onda que traçam moléculas orgânicas complexas e poeira à medida que são aquecidas por estrelas muito jovens embutidas nas suas nuvens de nascimento.

"O nosso trabalho analisa um subconjunto de 516 bolas amarelas e mostra que apenas cerca de 20% das bolas amarelas vão formar bolhas associadas com estrelas massivas, enquanto aproximadamente 80% destes objetos sinalizam a posição de regiões que formam estrelas menos massivas," salientou Wolf-Chase. 

Este trabalho mostra o grande valor da ciência cidadã ao abrir uma nova janela para a nossa compreensão da formação estelar.

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal.

Fonte: Planetary Science Institute

A onda de choque da supernova na Nebulosa do Lápis

A Nebulosa do Lápis, catalogada como NGC 2736, devido sua aparência alongada sugere seu nome popular.

© Greg Turgeon & Utkarsh Mishra (NGC 2736)

Esta onda de choque da supernova Vela atravessa o espaço interestelar a mais de 500.000 quilômetros por hora.

Perto do meio e movendo-se para cima nesta composição colorida bem detalhada, os filamentos trançados finos e brilhantes são longas ondulações em uma folha cósmica de gás brilhante vista quase de lado.

A nebulosa do Lápis tem cerca de 5 anos-luz de comprimento e 800 anos-luz de distância, mas representa apenas uma pequena parte do remanescente da supernova Vela. O próprio remanescente tem cerca de 100 anos-luz de diâmetro, a nuvem de detritos em expansão de uma estrela que explodiu há cerca de 11.000 anos. 

Inicialmente, a onda de choque estava se movendo a milhões de quilômetros por hora, mas diminuiu consideravelmente, varrendo o material interestelar circundante. Na imagem de campo largo e banda estreita apresentada, as cores vermelha e azul rastreiam, principalmente, os brilhos característicos de átomos de hidrogênio e oxigênio ionizados, respectivamente.

Fonte: NASA

Descoberto surtos de raios X no pulsar da Nebulosa do Caranguejo

Uma colaboração científica global usando dados do telescópio NICER (Neutron star Interior Composition Explorer) da NASA a bordo da Estação Espacial Internacional descobriu surtos de raios X que acompanham as explosões de rádio do pulsar situado na Nebulosa do Caranguejo.

© Hubble (Nebulosa do Caranguejo)

A descoberta mostra que estes surtos, chamados pulsos gigantes de rádio, liberam muito mais energia do que se suspeitava anteriormente. Um pulsar é um tipo de estrela de nêutons que gira rapidamente, o núcleo esmagado - do tamanho de uma cidade - de uma estrela que explodiu como uma supernova.

Uma estrela de nêutrons jovem e isolada pode girar dezenas de vezes por segundo, e o seu campo magnético circundante alimenta feixes de ondas de rádio, luz visível, raios X e raios gama. Se estes feixes passarem pela perspetiva da Terra, notam-se pulsos de emissão semelhantes aos de um relógio, sendo o objeto classificado como um pulsar. 

Dos mais de 2.800 pulsares catalogados, o pulsar da Nebulosa do Caranguejo é um dos poucos que emite pulsos gigantes de rádio, que ocorrem esporadicamente e podem ser centenas a milhares de vezes mais brilhantes do que os pulsos regulares. Após décadas de observações, apenas o pulsar da Nebulosa do Caranguejo demonstrou aumentar os seus pulsos gigantes de rádio com emissão de outras partes do espectro.

O novo estudo analisou a maior quantidade de dados simultâneos de raios X e rádio já recolhidos de um pulsar, estendendo por um fator de milhares a faixa de energia observada associada a este fenômeno. 

Localizado a cerca de 6.500 anos-luz de distância na direção da constelação de Touro, a Nebulosa do Caranguejo e o seu pulsar formaram-se numa supernova cuja luz atingiu a Terra em julho de 1054. 

A estrela de nêutrons gira 30 vezes por segundo, e em comprimentos de onda de raios X e rádio está entre os pulsares mais brilhantes do céu. Entre agosto de 2017 e agosto de 2019, astrônomos usaram o NICER para observar repetidamente o pulsar da Nebulosa do Caranguejo em raios X a energias de até 10.000 eV (elétrons-volt), ou milhares de vezes a energia da luz visível.

Enquanto o NICER observava, a equipe também estudava o objeto usando pelo menos um de dois radiotelescópios terrestres no Japão, a antena de 34 metros do Centro Espacial Kashima e a antena de 64 metros do Centro Espacial Usuda da JAXA (a agência espacial japonesa), ambos operando na frequência de 2 gigahertz.

Foram captadas atividade durante 3,7 milhões de rotações do pulsar e cerca de 26.000 pulsos gigantes de rádio. Os pulsos gigantes explodem rapidamente, atingindo milionésimos de segundo, e ocorrem de forma imprevisível. No entanto, quando ocorrem, coincidem com as pulsações regulares tipo-relógio do pulsar.

Os astrônomos combinaram todos os dados de raios X que coincidiam com os pulsos gigantes de rádio, revelando um aumento de raios X de cerca de 4% que ocorreu em sincronia com eles. É notavelmente semelhante ao aumento de 3% na luz visível também associada ao fenômeno, descoberto em 2003. 

Em comparação com a diferença de brilho entre os pulsares regulares do Caranguejo e os gigantes, estas mudanças são notavelmente pequenas e representam um desafio que os modelos teóricos têm de explicar. Assim sendo, sugere-se que os pulsos gigantes são uma manifestação de processos subjacentes que produzem emissões que abrangem o espetro eletromagnético, do rádio aos raios X. E como os raios X têm milhões de vezes a "força" das ondas de rádio, mesmo um aumento modesto representa uma grande contribuição de energia. 

Os pesquisadores concluíram que a energia total emitida associada a um pulso gigante é dezenas a centenas de vezes maior do que a estimada anteriormente apenas a partir de dados no rádio e no visível. 

"Ainda não entendemos como ou onde os pulsares produzem a sua emissão complexa e abrangente, e é gratificante ter contribuído com outra peça do puzzle de vários comprimentos de onda destes objetos fascinantes," disse o cientista Teruaki Enoto do RIKEN, Japão.

O novo estudo foi publicado na revista Science.

Fonte: NASA

Quatro dos recém-descobertos quasares com imagem quadruplicada

Com a ajuda de técnicas de aprendizagem de máquina, astrônomos descobriram uma dúzia de quasares que foram distorcidos por uma "lente" cósmica natural e divididos em quatro imagens semelhantes.

© ESA (Doze Cruzes de Einstein)

Os quasares são núcleos extremamente luminosos de galáxias distantes alimentados por buracos negros supermassivos. Ao longo das últimas quatro décadas, foram encontrados cerca de 50 destes "quasares com imagem quadruplicada", que ocorrem quando a gravidade de uma galáxia massiva que se encontra na frente de um quasar divide a sua imagem singular em quatro. 

O estudo mais recente, que durou apenas ano e meio, aumenta o número destes quasares quadruplicados conhecidos em cerca de 25% e demonstra o poder da aprendizagem de máquina para ajudar os astrônomos na sua busca por estas extravagâncias cósmicas. 

"Os quadruplicados são minas de ouro para todos os tipos de questões. Podem ajudar a determinar o ritmo de expansão do Universo e ajudar a resolver outros mistérios, como a matéria escura e os 'motores centrais' dos quasares," disse Daniel Stern, autor principal do novo estudo e pesquisador do JPL (Jet Propulsion Laboratory), que é gerido pelo Caltech para a NASA. 

As descobertas foram feitas combinando ferramentas de aprendizagem de máquina com dados de vários telescópios terrestres e espaciais, incluindo a missão Gaia da ESA; o WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer) da NASA; o Observatório W. M. Keck em Maunakea, Havaí; o Observatório Palomar do Caltech; o NTT (New Technology Telescope) do ESO; e o telescópio Gemini South no Chile.

Nos últimos anos, surgiu uma discrepância no que toca ao valor preciso do ritmo de expansão do Universo, também conhecido como constante de Hubble. Dois meios principais podem ser usados para determinar este valor: um baseia-se nas medições da distância e velocidade dos objetos no nosso Universo local, e o outro extrapola o ritmo a partir de modelos baseados na radiação distante remanescente do nascimento do Universo, chamada radiação cósmica de fundo em micro-ondas.

As novas imagens quadruplicadas vão ajudar nos cálculos futuros da constante de Hubble e podem iluminar porque é que as duas medições principais não estão em concordância. Os quasares ficam entre os alvos locais e distantes usados para os cálculos anteriores, de modo que fornecem uma maneira de examinar o alcance intermediário do Universo. Uma determinação da constante de Hubble, baseada em quasares, poderia indicar qual dos dois valores está correto ou, talvez mais interessante, poderia mostrar que a constante se situa entre o valor determinado localmente e o distante, um possível sinal de física desconhecida.

As imagens multiplicadas de quasares e de outros objetos no cosmos ocorrem quando a gravidade de um objeto em primeiro plano, como uma galáxia, curva e amplia a luz de objetos por trás. O fenômeno, chamado lente gravitacional, já foi visto antes muitas vezes. Às vezes, os quasares ficam com duas imagens; menos frequentemente, mostram quatro imagens.

No novo estudo, os pesquisadores usaram dados do WISE, que tem resolução relativamente grosseira, para encontrar os prováveis quasares, e depois usaram a resolução nítida do Gaia para identificar quais dos quasares vistos pelo WISE estavam associados com possíveis quasares quadruplicados. Depois foi aplicada ferramentas de aprendizagem de máquina para escolher quais os candidatos mais prováveis para imagens múltiplas e não apenas estrelas diferentes situadas perto uma das outras no céu.

As observações de acompanhamento com o LRIS (Low Resolution Imaging Spectrometer) do Observatório Keck, bem como com o Observatório Palomar, com o NTT (New Technology Telescope) e com o Gemini South confirmaram quais os objetos eram de fato quasares quadruplicados situados a bilhões de anos-luz.

Um artigo será publicado no periódico The Astrophysical Journal.

Fonte: W. M. Keck Observatory

Três anãs marrons podem revelar um limite de velocidade de rotação

Usando dados do telescópio espacial Spitzer da NASA, os cientistas identificaram as três anãs marrons com mais alta rotação já encontradas.

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

Mais massivas do que a maioria dos planetas, mas não massivas o suficiente para brilhar como estrelas, as anãs marrons são objetos intermediários. E embora não sejam tão conhecidas do público como as estrelas e como os planetas, pensa-se que existam bilhões na Via Láctea. 

Neste estudo, os astrônomos que fizeram as novas medições de velocidade argumentam que estes três astros podem estar se aproximando de um limite de velocidade de rotação para todas as anãs marrons, além do qual se fragmentariam. 

As anãs marrons de rápida rotação têm quase o mesmo diâmetro que Júpiter, mas entre 40 e 70 vezes mais massa. Cada uma delas gira cerca de uma vez a cada 1,4 horas, ao passo que Júpiter completa uma rotação a cada 10 horas. Com base no seu tamanho, isto significa que a maior das três anãs marrons gira a mais de 100 km/s, ou cerca de 360.000 km/h. 

As medições de velocidade foram feitas usando dados do Spitzer, que a NASA aposentou em janeiro de 2020 (as anãs marrons foram descobertas pelo 2MASS, ou Two Micron All Sky Survey, que durou até 2001). A equipe então corroborou as suas descobertas incomuns através de observações com os telescópios terrestres Gemini North e Magellan.

As anãs marrons, como estrelas ou planetas, já estão girando quando se formam. À medida que arrefecem e se contraem, giram mais depressa, como quando uma patinadora no gelo puxa os braços para o corpo. Os cientistas mediram a rotação de aproximadamente 80 anãs marrons, e variam entre menos de 2 horas (incluindo as três novas entradas) e dezenas de horas. 

Com tanta variedade entre as velocidades das anãs marrons já medidas, os astrônomos ficaram surpreendidos em saber que as três anãs marrons com rotação mais elevada têm quase o mesmo valor (cerca de uma rotação por hora). Isto não pode ser atribuído às anãs marrons terem sido formadas juntas ou a estarem no mesmo estágio de desenvolvimento, porque são fisicamente diferentes: uma é uma anã marrom quente, uma é fria e a outra fica no meio.

Dado que as anãs marrons arrefecem à medida que envelhecem, as diferenças de temperatura sugerem que estas anãs marrons têm idades diferentes. Os pesquisadores não consideram isto uma coincidência. Pensam que os membros deste trio veloz alcançaram o limite de velocidade de rotação, além do qual uma anã branca pode fragmentar-se. Todos os objetos com rotação geram força centrípeta, que aumenta quanto mais rápido o objeto gira. Num carrossel, esta força pode lançar as pessoas dos seus assentos; nas estrelas e nos planetas, pode separar o objeto.

Antes de um objeto giratório se quebrar, geralmente começa a criar um bojo no seu equador à medida que se deforma sob pressão, isto é chamado oblação. Saturno, que gira uma vez a cada 10 horas como Júpiter, tem uma oblação perceptível. Com base nas características conhecidas das anãs marrons, provavelmente têm graus semelhantes de oblação. 

Considerando que as anãs marrons tendem a acelerar à medida que envelhecem, será que estes objetos excedem regularmente o seu limite de velocidade de rotação e são dilacerados? Em outros objetos cósmicos, como estrelas, existem mecanismos naturais de travagem que os impedem de se destruírem. Ainda não está claro se existem mecanismos semelhantes nas anãs marrons. 

A velocidade máxima de rotação de qualquer objeto é determinada não apenas pela sua massa total, mas também por como esta massa é distribuída. É por isso que quando estão envolvidas velocidades de rotação muito elevadas, torna-se muito importante compreender a estrutura interna de uma anã marrom: o material provavelmente move-se e deforma-se de maneiras que podem mudar a velocidade com que o objeto pode girar. Semelhante a planetas gasosos como Júpiter e Saturno, as anãs marrons são compostas principalmente por hidrogênio e hélio. Mas também são significativamente mais densas do que a maioria dos planetas gigantes. 

Os cientistas pensam que o hidrogênio no núcleo de uma anã marrom está sob pressões tão tremendas que começa a comportar-se como um metal em vez de um gás inerte: tem elétrons condutores flutuantes, muito parecidos a um condutor de cobre. Isto muda a forma como o calor é conduzido pelo interior e, com rotações muito rápidas, também pode afetar a forma como a massa dentro de um objeto astronômico é distribuída. 

É extremamente desafiador reproduzir este estado da matéria, mesmo nos laboratórios de física de alta pressão mais avançados. Os físicos usam observações, dados de laboratório e matemática para criar modelos de como devem ser os interiores das anãs marrons e como devem comportar-se, mesmo sob condições extremas. Mas os modelos atuais mostram que a velocidade máxima de rotação das anãs marrons deve ser cerca de 50% a 80% maior do que o período de rotação de uma hora descrito no novo estudo.

Observações adicionais e trabalhos teóricos podem ainda revelar se há algum mecanismo de travagem que impede as anãs marrons de se autodestruírem e se existem anãs marrons que giram ainda mais depressa.

O estudo será publicado no periódico The Astronomical Journal.

Fonte: Jet Propulsion Laboratory

Primeiro exoplaneta em trânsito revela o seu distante local de nascimento

Os astrônomos encontraram evidências de que o primeiro exoplaneta identificado através do método de trânsito pode ter migrado para uma órbita próxima da sua estrela a partir do seu local de nascimento, mais distante.

© U. Warwick/M. Garlick (ilustração de exoplaneta transitando sua estrela)

A análise da atmosfera do planeta por uma equipe que inclui cientistas da Universidade de Warwick identificou a impressão digital química de um planeta que se formou muito mais longe de sua estrela do que onde atualmente reside. 

Isto confirma o pensamento anterior de que o planeta se mudou para a sua posição atual após a formação, a uns meros 7 milhões de quilômetros da sua estrela ou o equivalente a 1/20 da distância Terra-Sol. 

A Universidade de Warwick liderou a modelagem e interpretação dos resultados que marcam a primeira vez que até seis moléculas na atmosfera de um exoplaneta foram medidas para determinar a sua composição. É também a primeira vez que os astrônomos usam estas seis moléculas para determinar definitivamente o local onde estes planetas gigantes e quentes se formam graças à composição das suas atmosferas. 

Com telescópios novos e mais poderosos entrando em breve em operação, a sua técnica também poderá ser usada para estudar a química de exoplanetas que podem potencialmente hospedar vida. Esta última pesquisa usou o Telescópio Nacional Galileu em La Palma, Espanha, para obter espectros de alta resolução da atmosfera do exoplaneta HD 209458b enquanto passava em frente da sua estrela hospedeira em quatro ocasiões distantes.

A luz estelar é alterada à medida que passa pela atmosfera do planeta e, ao analisar as diferenças no espectro resultante, é possível determinar quais os elementos químicos presentes e as suas abundâncias. Pela primeira vez, foi detectado cianeto de hidrogênio, metano, amônia, acetileno, monóxido de carbono e quantidades baixas de vapor de água na atmosfera de HD 209458b. 

A abundância inesperada de moléculas baseadas em carbono (cianeto de hidrogênio, metano, acetileno e monóxido de carbono) sugere que existem aproximadamente tantos átomos de carbono quanto átomos de oxigênio na atmosfera, o dobro do carbono esperado.

Isto sugere que o planeta preferencialmente acretou gás rico em carbono durante a formação, o que só é possível se orbitasse muito mais longe da sua estrela quando se formou originalmente, provavelmente a uma distância semelhante à de Júpiter ou Saturno no nosso próprio Sistema Solar. 

Foi usado estes seis elementos químicos pela primeira vez para restringir onde, no seu disco protoplanetário, o planeta se teria formado originalmente. Não há como um planeta se formar com uma atmosfera tão rica em carbono se estiver dentro da linha de condensação do vapor de água. À alta temperatura deste planeta (1.500 K), se a atmosfera contiver todos os elementos na mesma proporção que a estrela progenitora, o oxigênio deveria ser duas vezes mais abundante do que o carbono e principalmente ligado ao hidrogênio para formar água ou ao carbono para formar monóxido de carbono.

Os dados obtidos, muito diferentes, concordam com o entendimento atual de que Júpiteres quentes como HD 209458b se formaram muito longe da sua posição atual. Usando modelos de formação planetária, os astrônomos compararam a impressão digital química de HD 209458b com a que esperariam ver para um planeta deste tipo. 

Um sistema solar começa como um disco de material em torno da estrela que se reúne para formar os núcleos sólidos dos planetas, que então acretam material gasoso para formar uma atmosfera. Perto da estrela, onde é mais quente, uma grande proporção de oxigênio permanece na atmosfera na forma de vapor de água. Mais longe, conforme fica mais frio, esta água condensa-se para gelo e fica presa no centro de um planeta, levando a uma atmosfera mais composta por moléculas baseadas em carbono e nitrogênio. Portanto, espera-se que os planetas perto da estrela tenham atmosferas ricas em oxigênio, em vez de carbono. 

O HD 209458b foi o primeiro exoplaneta a ser identificado usando o método de trânsito, observando-o enquanto passa em frente da sua estrela. Tem sido objeto de muitos estudos, mas esta é a primeira vez que seis moléculas individuais foram medidas na sua atmosfera para criar uma "impressão digital química" detalhada.

A detecção do máximo de moléculas possível é útil quando esta técnica é aplicada em planetas com condições propícias para a vida, porque é necessário ter um portfólio completo de elementos químicos detectáveis.

Um artigo sobre esta descoberta foi publicado na revista Nature.

Fonte: Italian National Institute for Astrophysics

Hubble avista quasares duplos em fusões galácticas

Observando 10 bilhões de anos no passado do Universo, os astrônomos com auxílio do telescópio espacial Hubble encontraram um par de quasares que estão tão próximos um do outro que parecem um único objeto em fotografias obtidas com telescópios no solo.

© NASA/ESA/J. Olmsted (ilustração da fusão de dois quasares)

Os pesquisadores pensam que os quasares estão tão próximos um do outro porque residem nos núcleos de duas galáxias em fusão. Um quasar é um farol brilhante de luz intensa do centro de uma galáxia distante que pode ofuscar toda a galáxia. É abastecido por um buraco negro supermassivo que absorve vorazmente matéria, liberando uma torrente de radiação.

Estima-se que no Universo distante, por cada 1.000 quasares, existe um quasar duplo. A descoberta destes quatro quasares fornece uma nova maneira de sondar colisões entre galáxias e a fusão de buracos negros supermassivos no início do Universo. Os quasares estão espalhados por todo o céu e eram mais abundantes há 10 bilhões de anos. Neste momento, haviam muitas fusões de galáxias, alimentando os buracos negros. Portanto, os astrônomos teorizam que deveriam haver muitos quasares duplos durante esta época.

Os astrônomos estão usando além do telescópio espacial Hubble, o observatório espacial Gaia da ESA e o SDSS (Sloan Digital Sky Survey), bem como vários telescópios terrestres, para compilar um censo robusto de pares de quasares no Universo primitivo.

Estas observações são importantes porque a função de um quasar nos encontros galácticos é parte crítica na formação da galáxia. À medida que duas galáxias próximas começam a se distorcer gravitacionalmente, a sua interação canaliza o material para os seus respectivos buracos negros, acendendo os seus quasares. Com o tempo, a radiação de alta intensidade dos quasares lança poderosos ventos galácticos, que varrem a maior parte do gás das galáxias em fusão. Privadas de gás, a formação estelar cessa e as galáxias evoluem para galáxias elípticas. 

Foram descobertos, até agora, mais de 100 quasares duplos em galáxias em fusão. No entanto, nenhum deles é tão antigo quanto os dois quasares duplos neste estudo. As imagens do Hubble mostram que os quasares de cada par estão separados por apenas cerca de 10.000 anos-luz. Em comparação, o nosso Sol está a 26.000 anos-luz do buraco negro supermassivo no centro da nossa Galáxia. 

Os pares de galáxias hospedeiras acabarão por se fundir e, em seguida, os quasares também irão coalescer, resultando num único buraco negro ainda mais massivo. Encontrá-los não foi fácil. O Hubble é o único telescópio com visão nítida o suficiente para perscrutar o Universo primitivo e distinguir dois quasares íntimos que estão tão distantes da Terra. No entanto, a resolução nítida do Hubble por si só não é boa o suficiente para encontrar estes faróis duplos. Os astrônomos primeiro precisaram de descobrir para onde apontar o Hubble a fim de os estudar. O desafio é que o céu está coberto por uma tapeçaria de quasares antigos que ganharam vida quando o Universo era jovem, apenas uma pequena fração dos quais são duplos. 

Para compilar um censo robusto de pares de quasares no Universo primitivo foi necessária uma técnica criativa e inovadora que exigiu a ajuda do satélite Gaia da ESA e do SDSS para compilar um grupo de potenciais candidatos para o Hubble observar. Localizado no Observatório de Apache Point, no estado norte-americano do Novo México, o telescópio Sloan produz mapas tridimensionais de objetos por todo o céu. 

Os astrônomos então recrutaram o observatório Gaia para ajudar a identificar potenciais candidatos a quasar duplo. O Gaia mede as posições, distâncias e movimentos de objetos celestes próximos com muita precisão. Mas a equipe desenvolveu uma aplicação nova e inovadora para o Gaia que podia ser usada para explorar o Universo distante. Usaram a base de dados do observatório para procurar quasares que imitam o movimento aparente de estrelas próximas. Os quasares aparecem como objetos singulares nos dados do Gaia. No entanto, o Gaia consegue captar uma "sacudidela" sutil e inesperada na posição aparente de alguns dos quasares que observa. 

Os quasares não se movem pelo espaço de forma mensurável, mas ao invés o seu movimento pode ser evidência de flutuações aleatórias de luz, pois cada membro do par de quasares varia em brilho. Os quasares cintilam em brilho em escalas de tempo de dias a meses, dependendo do calendário de alimentação dos seus buracos negros. Este brilho alternado entre o par de quasares é semelhante a ver um sinal de travessia de uma ferrovia à distância. À medida que as luzes de ambos os lados do sinal estacionário piscam alternadamente, dá a ilusão de passar entre uma e a outra lâmpada.

A equipe também obteve observações de acompanhamento com os telescópios Gemini, onde a espectroscopia espacialmente resolvida deles pode rejeitar sem ambiguidades intrusos devido a sobreposições casuais de sistemas quasar-estrela não associados, onde a estrela no plano da frente está por coincidência alinhada com o quasar de fundo. 

Embora a equipe esteja convencida do seu resultado, dizem que há uma pequena chance de que os instantâneos do Hubble captaram imagens duplas do mesmo quasar, uma ilusão provocada por lentes gravitacionais. Este fenômeno ocorre quando a gravidade de uma grande galáxia em primeiro plano divide e amplia a luz de um quasar de fundo em duas imagens espelhadas. No entanto, os astrônomos pensam que este cenário é altamente improvável porque o Hubble não detectou nenhuma galáxia em primeiro plano perto dos dois pares de quasares. 

As fusões galácticas eram mais abundantes há bilhões de anos, mas algumas ainda acontecem hoje. Um exemplo é a NGC 6240, um sistema próximo de galáxias em fusão que possui dois e provavelmente até três buracos negros supermassivos.

© Hubble (NGC 6240)

Uma fusão galáctica ainda mais próxima ocorrerá daqui a alguns bilhões de anos, quando a nossa própria Galáxia, a Via Láctea, colidir com a vizinha Galáxia de Andrômeda. A disputa galáctica provavelmente alimentaria os buracos negros supermassivos no núcleo de cada galáxia, acendendo-os como quasares. 

Os telescópios futuros podem fornecer mais informações sobre estes sistemas em fusão. O telescópio espacial James Webb da NASA, um observatório infravermelho com lançamento previsto para ainda este ano, vai estudar as galáxias hospedeiras dos quasares, e mostrar as assinaturas de fusões galácticas, como a distribuição da luz das estrelas e as longas correntes de gás extraídas das galáxias em interação.

Os resultados foram publicados na revista Nature Astronomy.

Fonte: Space Telescope Science Institute