Supernovas "gêmeas" auxiliam na cosmologia de precisão

Os cosmólogos descobriram uma maneira de duplicar a precisão da medição de distâncias até explosões de supernova, uma das suas ferramentas testadas e comprovadas para o estudo da misteriosa energia escura que está fazendo com que o Universo se expanda cada vez mais depressa.

© Observatório Las Cumbres (SN 2011fe na Galáxia do Cata-Vento)

Os resultados da colaboração Nearby Supernova Factory (SNfactory), liderada por Greg Aldering do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) do Departamento de Energia dos EUA, permitirão aos cientistas estudar a energia escura com precisão e exatidão bastante aprimoradas e fornecer uma verificação cruzada poderosa da técnica através de vastas distâncias e do tempo.

As descobertas também serão fundamentais para as próximas experiências cosmológicas que vão usar novos telescópios terrestres e espaciais para testar explicações alternativas da energia escura. 

As supernovas foram usadas em 1998 para fazer a surpreendente descoberta de que a expansão do Universo está acelerando, ao invés de desacelerar como era esperado. Esta aceleração - atribuída à energia escura que compõe dois-terços de toda a energia no Universo - foi desde então confirmada por uma variedade de técnicas independentes, bem como por estudos mais detalhados de supernovas.

A descoberta da energia escura dependeu da utilização de uma classe específica de supernovas, as do Tipo Ia. Estas supernovas explodem sempre com quase o mesmo brilho máximo intrínseco. Dado que o brilho máximo observado da supernova é usado para inferir a sua distância, as pequenas variações restantes no brilho máximo intrínseco limitaram a precisão com a qual a energia escura podia ser testada.

Apesar de 20 anos de melhorias por muitos grupos, os estudos da energia escura por meio de supernovas até agora permaneceram limitados por estas variações. Os novos resultados anunciados pela colaboração SNfactory vêm de um estudo de vários anos dedicado inteiramente para aumentar a precisão das medições cosmológicas feitas com supernovas.

A medição da energia escura requer comparações dos brilhos máximos de supernovas distantes a bilhões de anos-luz de distância com os de supernovas próximas a "apenas" 300 milhões de anos-luz de distância.

A equipe estudou centenas destas supernovas próximas com detalhes requintados. Cada supernova foi medida várias vezes, em intervalos de alguns dias. Cada medição examinou o espectro da supernova, registrando a sua intensidade em toda a gama de comprimentos de onda da luz visível. 

Um instrumento feito sob medida para esta pesquisa, o SNIFS (SuperNova Integral Field Spectrometer), instalado no telescópio de 2,2 metros da Universidade do Havaí em Maunakea, foi usado para medir os espectros.

"Há muito tempo que temos esta ideia de que, se a física da explosão de duas supernovas fosse a mesma, os seus brilhos máximos seriam os mesmos. Usando os espectros da colaboração SNfactory como uma espécie de tomografia computorizada da explosão de supernova, pudemos testar esta ideia," disse Saul Perlmutter, laureado com o Prêmio Nobel de Física em 2011, cientista sênior do Berkeley Lab e professor da Universidade da Califórnia. 

De fato, há vários anos a física Hannah Fakhouri, na ocasião uma estudante que trabalhava com Perlmutter, fez uma descoberta chave para os resultados de hoje. Olhando para uma variedade de espectros obtidos pela colaboração SNfactory, ela descobriu que, em vários casos, os espectros de duas supernovas diferentes pareciam quase idênticos. Entre as cerca de 50 supernovas, algumas eram gêmeas virtualmente idênticas. Quando os espectros ondulantes de um par de gêmeas foram sobrepostos, a olho nu parecia haver apenas uma única impressão. 

A análise atual baseia-se nesta observação para modelar o comportamento das supernovas no período de tempo perto do seu brilho máximo. O novo trabalho quase quadruplica o número de supernovas usadas na análise. Isto tornou a amostra grande o suficiente para aplicar técnicas de aprendizagem de máquina e identificar estas gêmeas, levando à descoberta de que os espectros das supernovas do Tipo Ia variam de apenas três maneiras. Os brilhos intrínsecos das supernovas também dependem principalmente destas três diferenças observadas, tornando possível a medição das distâncias das supernovas com uma incrível precisão de cerca de 3%. 

Dado que as galáxias próximas são um pouco diferentes das distantes, havia uma séria preocupação de que tal dependência produzisse leituras falsas na medição da energia escura. Agora, esta preocupação pode ser bastante reduzida medindo supernovas distantes com esta nova técnica. 

A medição convencional de distâncias de supernovas usa curvas de luz, ou seja, imagens obtidas em várias cores conforme uma supernova se ilumina e desvanece. Ao invés, foi usado um espectro de cada supernova. Estes são muito mais detalhados e, com as técnicas de aprendizagem de máquina, tornou-se possível discernir o comportamento complexo que era fundamental para medir distâncias mais precisas.

Os resultados vão beneficiar duas grandes experiências futuras. A primeira será no Observatório Vera Rubin de 8,4 metros, em construção no Chile, com o seu levantamento LSST (Legacy Survey of Space and Time). O segundo é o futuro telescópio espacial Nancy Grace Roman da NASA. Estes telescópios vão medir milhares de supernovas para melhorar ainda mais a medição da energia escura. Serão capazes de comparar os seus resultados com medições feitas usando técnicas complementares.

Estas descobertas são relatadas em dois artigos publicados no periódico The Astrophysical Journal.

Fonte: Lawrence Berkeley National Laboratory

Uma misteriosa supernova desprovida de hidrogênio

Uma curiosa estrela amarela pré-supernova fez com que os astrofísicos reavaliassem o que é possível durante a morte das estrelas mais massivas do nosso Universo.

© Kavli IPMU/Aya Tsuboi (estrela supergigante amarela e estrela azul)

No final das suas vidas, estrelas frias e amarelas são tipicamente envoltas em hidrogênio, que esconde o interior azul e quente da estrela. Mas esta estrela amarela, localizada a 35 milhões de anos-luz da Terra no aglomerado de galáxias de Virgem, misteriosamente não tinha esta camada crucial de hidrogênio no momento da explosão. 

Se uma estrela explodir sem hidrogênio, ela deve ser extremamente azul e muito quente. É quase impossível para uma estrela ser tão fria sem ter hidrogênio na sua camada externa.

Os astrônomos examinaram cada modelo estelar que pudesse explicar uma estrela como esta, e cada modelo requer que a estrela tivesse hidrogênio, sendo que através de sua supernova, nota-se que não tinha. 

Depois do levantamento YSE (Young Supernova Experiment) ter detectado a supernova 2019yvr na galáxia espiral relativamente próxima NGC 4666, a equipe usou imagens obtidas pelo telescópio espacial Hubble, que felizmente já tinha observado esta secção do céu dois anos e meio antes da estrela explodir.

O que as estrelas massivas fazem antes de explodirem é um grande mistério não resolvido. É raro ver este tipo de estrela logo antes de explodir como supernova. As imagens do Hubble mostram a fonte da supernova, uma estrela massiva fotografada apenas alguns anos antes da explosão. Vários meses depois da explosão, no entanto, foi descoberto que o material ejetado na explosão final da estrela parecia colidir com uma grande massa de hidrogênio. Isto levou a equipe a levantar a hipótese de que a estrela progenitora poderia ter expelido o hidrogênio alguns anos antes da sua morte.

Os astrônomos suspeitam que as estrelas sofrem erupções violentas nos anos que antecedem a supernova. A descoberta desta estrela fornece algumas das evidências mais diretas já encontradas de que as estrelas passam por erupções catastróficas, que as fazem perder massa antes de uma explosão. Se a estrela sofria estas erupções, então provavelmente expulsou o seu hidrogênio várias décadas antes de explodir.

No novo estudo, também foi apresentada outra possibilidade: uma estrela companheira menos massiva pode ter removido o hidrogênio da estrela progenitora da supernova. No entanto, a equipe não será capaz de procurar a estrela companheira até que o brilho da supernova diminua, o que pode levar até uma década.

Ao contrário do seu comportamento normal logo após a explosão, a interação do hidrogênio revelou que é uma espécie de supernova excêntrica. Mas é excepcional que os astrônomos tenham conseguido encontrar a sua estrela progenitora nos dados do telescópio espacial Hubble. Daqui a quatro ou cinco anos, será possível compreender mais sobre o que aconteceu.

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

Fonte: Royal Astronomical Society

Uma nebulosa soprada pelo vento

A nuvem cósmica brilhante NGC 3199 fica a cerca de 12.000 anos-luz de distância, na constelação de Carina.

© M. Selby/R. Colombari (NGC 3199)

A nebulosa de emissão NGC 3199, também conhecida como Nebulosa da Banana,  tem cerca de 75 anos-luz de largura nesta visão em cores falsas de banda estreita. Embora a imagem profunda revele uma forma de bolha mais ou menos completa, ela parece muito torta com uma borda muito mais brilhante na parte superior. 

Perto do centro está uma estrela Wolf-Rayet (WR 18), uma estrela massiva, quente e de vida curta que gera um vento estelar intenso. Na verdade, as estrelas Wolf-Rayet são conhecidas por criar nebulosas com formas interessantes à medida que seus poderosos ventos varrem o material interestelar circundante. 

Neste caso, a borda brilhante provavelmente indica um choque de proa produzido quando a estrela deslocava através de um meio uniforme, como um barco na água. Mas as medições mostraram que a estrela não está realmente se movendo diretamente em direção à borda brilhante. Portanto, uma explicação mais provável é que o material ao redor da estrela não é uniforme, mas aglomerado e mais denso perto da borda brilhante da NGC 3199 soprada pelo vento.

Fonte: NASA

Hubble observa como um planeta gigante cresce

O telescópio espacial Hubble da NASA está fornecendo aos astrônomos uma rara visão de um exoplaneta do tamanho de Júpiter, ainda em formação, que se alimenta do material em torno de uma jovem estrela.

© STScI/Hubble/J. DePasquale (exoplaneta PDS 70b)

As observações do Hubble realçam o planeta PDS 70b. Um coronógrafo na câmara do Hubble bloqueia o brilho da estrela central para o planeta poder ser observado diretamente.

Embora já tenham sido catalogados até agora mais de 4.000 exoplanetas, apenas cerca de 15 foram fotografados diretamente por telescópios. E os planetas estão tão distantes e são tão pequenos, que são simplesmente pontos nas melhores fotos. A nova técnica da equipe usando o Hubble para obter imagens diretas deste planeta pavimenta um novo percurso para futuras pesquisas sobre exoplanetas, especialmente durante os anos de formação de um planeta. 

Este enorme exoplaneta, designado PDS 70b, orbita a estrela anã laranja PDS 70, que já é conhecida por ter dois planetas em formação ativa dentro de um disco enorme de poeira e gás que a rodeia. O sistema está localizado a 370 anos-luz da Terra na direção da constelação de Centauro.

Com uns meros cinco milhões de anos, o planeta ainda está reunindo material e acumulando massa. A sensibilidade do Hubble à luz ultravioleta (UV) fornece uma visão única da radiação do gás extremamente quente que cai para o planeta. As observações UV permitiram a medida direta e pela primeira vez do ritmo de crescimento em massa do planeta. 

O exoplaneta já atingiu até cinco vezes a massa de Júpiter ao longo de um período de aproximadamente cinco milhões de anos. A taxa de acreção medida atualmente indica que se esta permanecesse estável por mais outro milhão de anos, o planeta aumentaria apenas cerca de 1/100 da massa de Júpiter.

Os astrônomos enfatizam que estas observações são um único instantâneo no tempo, são necessários mais dados para determinar se o ritmo no qual o planeta ganha massa está aumentando ou a diminuindo. As medições sugerem que o planeta está no final do seu processo de formação.

O jovem sistema PDS 70 tem um disco primordial de gás e poeira que fornece combustível para o crescimento de planetas por todo o sistema. O planeta PDS 70b está rodeado pelo seu próprio disco de gás e poeira que está sugando material do muito maior disco circunstelar.

Os cientistas levantam a hipótese de que as linhas do campo magnético estendem-se do seu disco circumplanetário até à atmosfera do exoplaneta e estão canalizando material para a superfície do planeta. Se este material seguir colunas do disco para o planeta, provocaria manchas quentes, que podem ser pelo menos 10 vezes mais quentes do que a temperatura do planeta. Estas manchas quentes brilham intensamente no ultravioleta. 

Estas observações fornecem informações sobre como os planetas gigantes se formaram em torno do nosso Sol há 4,6 bilhões de anos. Júpiter pode ter crescido a partir de um disco circundante de material em queda. As suas principais luas também teriam sido formadas a partir de "sobras" deste disco.

Superar o brilho da estrela progenitora foi um desafio para a equipe. O PDS 70b orbita aproximadamente à mesma distância que Urano do Sol, mas a sua estrela é mais de 3.000 vezes mais brilhante do que o planeta nos comprimentos de onda ultravioletas. 

A estratégia de observação e a técnica de pós-processamento abrirá novas janelas para o estudo de sistemas semelhantes, ou até mesmo este sistema novamente, repetidamente com o Hubble. Com observações futuras, seria possível descobrir quando a maioria do gás e poeira cai sobre os seus planetas e se ocorre a um ritmo constante. 

Os resultados foram publicados no periódico The Astronomical Journal.

Fonte: Space Telescope Science Institute

Descoberta galáxia giratória através de telescópio cósmico natural

Usando o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), os astrônomos encontraram uma galáxia bebê em rotação numa época em que o Universo tinha apenas 7% da sua idade atual.

© ALMA/Hubble (aglomerado de galáxias RXCJ0600-2007)

Assistida pelo efeito de lente gravitacional, a equipe foi capaz de explorar pela primeira vez a natureza de pequenas e escuras "galáxias normais" no início do Universo, representativas da população principal das primeiras galáxias, o que avança em muito a nossa compreensão da fase inicial da evolução galáctica. 

Muitas das galáxias que existiam no início do Universo eram tão pequenas que o seu brilho está bem abaixo do limite dos maiores telescópios atuais da Terra e no espaço, dificultando o estudo das suas propriedades e estrutura interna. No entanto, a luz proveniente da galáxia chamada RXCJ0600-z6 foi altamente ampliada por lentes gravitacionais, tornando-a um alvo ideal para estudar as propriedades e a estrutura de galáxias bebês típicas.

A lente gravitacional é um fenômeno natural no qual a luz emitida por um objeto distante é curvada pela gravidade de um corpo massivo, como uma galáxia ou um aglomerado de galáxias localizado em primeiro plano. Quando olhamos através de uma lente gravitacional, a luz de objetos distantes é ampliada e as suas formas são esticadas, ou seja, é um "telescópio natural" que flutua no espaço. 

A equipe do levantamento ALCS (ALMA Lensing Cluster Survey) usou o ALMA para procurar um grande número de galáxias no início do Universo que são ampliadas pelo efeito de lente gravitacional. Combinando o poder do ALMA, com a ajuda dos telescópios naturais, os pesquisadores são capazes de descobrir e estudar galáxias mais fracas. 

Porque é que é crucial explorar as galáxias mais fracas do início do Universo? A teoria e as simulações preveem que a maioria das galáxias formadas algumas centenas de milhões de anos após o Big Bang são pequenas e, portanto, tênues. Embora várias galáxias no início do Universo já tenham sido observadas anteriormente, devido às capacidades dos telescópios as estudadas foram limitadas aos objetos mais massivos e, portanto, às galáxias menos representativas no início do Universo.

A única maneira de entender a formação padrão das primeiras galáxias e obter uma imagem completa da formação de galáxias é focar nas galáxias mais fracas e numerosas. A equipe do ALCS realizou um programa de observação em larga escala que levou 95 horas, muito tempo para observações típicas do ALMA, para observar as regiões centrais de 33 aglomerados de galáxias que podiam provocar lentes gravitacionais. Um destes aglomerados, chamado RXCJ0600-2007, está localizado na direção da constelação de Lebre e tem cerca de 1.000 trilhões de vezes a massa do Sol. 

A equipe descobriu uma única galáxia distante que está sendo afetada pela lente gravitacional criada por este telescópio natural. O ALMA detectou a luz de íons de carbono e poeira estelar na galáxia, juntamente com dados obtidos com o telescópio Gemini, e determinou que a galáxia é vista cerca de 900 milhões de anos após o Big Bang (há 12,9 bilhões de anos). 

Uma análise mais profunda dos dados do ALMA e do Gemini sugeriu que parte desta fonte é vista 160 vezes mais brilhante do que realmente é. Ao medir com precisão a distribuição de massa do aglomerado de galáxias, é possível "desfazer" o efeito de lente gravitacional e restaurar a aparência original do objeto ampliado. Ao combinar dados do telescópio espacial Hubble e do VLT (Very Large Telescope) do ESO com um modelo teórico, a equipe conseguiu reconstruir a forma real da distante galáxia RXCJ0600-z6. 

A massa total desta galáxia equivale a cerca de 2 a 3 bilhões de sóis, o que corresponde a aproximadamente 1/100 do tamanho da Via Láctea. O que surpreendeu a equipe é que RXCJ0600-z6 está girando. Tradicionalmente, pensava-se que o gás nas galáxias jovens tinha um movimento caótico e aleatório. Apenas recentemente o ALMA descobriu várias galáxias jovens em rotação que desafiaram a estrutura teórica tradicional, mas estas eram várias ordens de magnitude mais brilhantes do que RXCJ0600-z6.

Esta galáxia foi selecionada, entre centenas, para ser observada pelo telescópio espacial James Webb, o telescópio espacial de próxima geração a ser lançado este ano. Por meio de observações conjuntas usando o ALMA e o Webb, será possível desvendar as propriedades do gás e das estrelas numa galáxia bebê e os seus movimentos internos. 

Quando o TMT (Thirty Meter Telescope) e o ELT (Extremely Large Telescope) estiverem concluídos, podem ser capazes de detectar aglomerados de estrelas na galáxia e, possivelmente, até mesmo identificar estrelas individuais. Há um exemplo de lente gravitacional que tem sido usado para observar uma única estrela a 9,5 bilhões de anos-luz, e esta investigação tem o potencial de estender esta distância para menos de um bilhão de anos-luz após o nascimento do Universo.

Um artigo foi publicado no Astrophysical Journal.

Fonte: Institute for Cosmic Ray Research

Detectado radical hidroxila numa atmosfera planetária

Uma colaboração internacional de astrônomos do Centro de Astrobiologia do Japão e da Queen's University de Belfast, que incluem pesquisadores do Trinity College (Dublin), detectou uma nova assinatura química na atmosfera de um exoplaneta.

© Astrobiology Center (ilustração do exoplaneta WASP-33b)

O radical hidroxila (OH, também chamado oxidrila) foi descoberto no lado diurno do exoplaneta WASP-33b. Este planeta é chamado um "Júpiter ultraquente", um gigante gasoso que orbita a sua estrela hospedeira muito mais perto do que Mercúrio orbita o Sol e, portanto, atinge temperaturas atmosféricas de mais de 2.500º C. 

Na atmosfera da Terra, a hidroxila é produzida principalmente pela reação do vapor de água com o oxigênio atômico. É um chamado "detergente atmosférico" e desempenha um papel crucial na atmosfera da Terra para purgar gases poluentes que podem ser perigosos para a vida (por exemplo, metano, monóxido de carbono). 

Num planeta muito maior e mais quente como WASP-33b, onde já foi detectado sinais de ferro e do gás óxido de titânio, o OH desempenha um papel fundamental na determinação da química da atmosfera por meio de interações com o vapor de água e com o monóxido de carbono. Pensa-se que a maioria do OH na atmosfera de WASP-33b tenha sido produzida pela destruição do vapor de água devido à temperatura extremamente alta.

Para fazer esta descoberta, a equipe usou o instrumento IRD (InfraRed Doppler) acoplado ao telescópio Subaru de 8,2 metros localizado no cume do Maunakea no Havaí (a cerca de 4.200 m acima do nível do mar). Este novo instrumento pode detectar átomos e moléculas por meio de características de absorção escura sobrepostos no espectro que são emitidas por estrelas e planetas. 

Conforme o planeta orbita a sua estrela hospedeira, a sua velocidade relativa em relação à Terra muda com o tempo. Assim como a sirene de uma ambulância ou o rugido do motor de um carro de corrida muda de tom enquanto passa por nós, as frequências da luz destas impressões digitais espectrais mudam com a velocidade do planeta. Isto permite-nos separar o sinal do planeta da sua brilhante estrela hospedeira, que normalmente ofusca tais observações, apesar dos telescópios modernos não serem nem de longe poderosos o suficiente para captar imagens diretas destes "Júpiteres quentes".

O Dr. Neale Gibson, professor assistente do Trinity College (Dublin), explicou: "A ciência dos exoplanetas é relativamente nova e um objetivo principal da astronomia moderna é explorar sua atmosfera e, eventualmente, procurar exoplanetas parecidos com a Terra. Cada descoberta de novas espécies atmosféricas melhora ainda mais a nossa compreensão dos exoplanetas, as técnicas necessárias para estudar as suas atmosferas e aproxima-nos deste objetivo." 

Ao aproveitar as capacidades únicas do IRD, os astrônomos foram capazes de detectar o minúsculo sinal de hidroxila na atmosfera do planeta. O IRD é o melhor instrumento para estudar a atmosfera de um exoplaneta no infravermelho.

"Estas técnicas de caracterização atmosférica de exoplanetas ainda são aplicáveis apenas a planetas muito quentes, mas gostaríamos de desenvolver instrumentos e técnicas que nos permitem aplicar estes métodos a planetas mais frios e, finalmente, a uma segunda Terra," diz o Dr. Hajime Kawahara, professor assistente da Universidade de Tóquio. O professor Chris Watson, da Queen's University de Belfast, coautor do estudo, continua: 

Embora o WASP-33b possa ser um planeta gigante, estas observações são o ambiente de teste para instalações de próxima geração como o TMT (Thirty Meter Telescope) e o ELT (Extremely Large Telescope) na procura por bioassinaturas em mundos menores e potencialmente rochosos, o que pode fornecer pistas para uma das questões mais antigas da humanidade: "Estamos sozinhos?"

Fonte: National Astronomical Observatory of Japan

Será que existem estrelas feitas de antimatéria?

Os astrônomos acreditam que, quando o Universo surgiu, ele abrigava quantidade iguais de matéria e antimatéria.

© IRAP (quatorze fontes de raios gama)

Porém, por algum motivo desconhecido, a antimatéria praticamente desapareceu, e permaneceu apenas a matéria que forma nossos planetas, estrelas, buracos negros etc. Agora, um novo estudo sugere que talvez estrelas feitas de antimatéria, objetos chamados de antiestrela, não só existem como podem estar mais perto do que imaginávamos. 

Um estudo feito por pesquisadores franceses, identificou nada menos do que 14 fontes de raios gama na Via Láctea. Após analisar estas fontes, eles sugerem que os raios gama podem estar sendo gerados pelo encontro da antimatéria com a matéria. Isso ocorre devido à atração gravitacional entre as duas. Logo, quando a matéria se choca com a superfície da estrela de antimatéria, matéria e antimatéria se aniquilam e os raios gama são liberados.

A descoberta da existência de antiestrelas seria um golpe sério contra nossas atuais ideias mais estabelecidas. O chamado modelo cosmológico padrão, por exemplo, que sugere que a antimatéria praticamente desapareceu do Cosmos. Porém, observações feitas nos últimos cinco anos pelo Alpha Magnetic Spectometer, um instrumento a bordo da Estação Espacial Internacional, sugerem a existência de indícios de vários núcleos de anti-hélio. Se estas observações forem confirmadas, esta antimatéria que vaga pelo espaço pode estar se originando de possíveis antiestrelas. 

Intrigados com a possibilidade de que alguma antimatéria possa ter sobrevivido na forma de estrelas, pesquisadores estão estudando as observações nos últimos 10 anos. Entre as quase 5.800 fontes de raios gama observadas pelo telescópio Fermi, 14 delas emitem raios gama com as energias que seriam esperadas se fossem produzidas por um processo de aniquilação entre matéria e antimatéria. Estas fontes são diferentes de qualquer outro tipo conhecido de fonte de raios gama, como um pulsar ou um buraco negro.

Com base no número observado e na sensibilidade do Fermi, a equipe estimou o total de estrelas feitas de antimatéria que existiriam e seriam encontradas nas proximidades do Sistema Solar. Se por acaso houver antiestrelas no plano da Via Láctea, onde facilmente acumulam gás e poeira de matéria comum, elas podem emitir muitos raios gama. Sendo, dessa maneira, facilmente detectadas. 

Partindo dos poucos candidatos que foram detectados até agora, a estimativa é de que haveria uma antiestrela para cada 400 mil estrelas normais. Por outro lado, se as antiestrelas tendessem a existir fora deste plano, o acúmulo de matéria normal é mais difícil, complicando a sua detecção. Num cenário assim, pode haver até uma antiestrela oculta em cada 10 estrelas normais. Mas provar que um objeto celestial é uma antiestrela é extremamente difícil, porque além dos raios gama que poderiam surgir da destruição mútua de matéria e antimatéria, espera-se que a luz emitida pelas antiestrelas se pareça exatamente com a luz de estrelas normais.

Os astrônomos podem procurar por alterações ao longo do tempo nos raios gama ou nos sinais de rádio emitidos pelas candidatas a antiestrela, a fim de constatar se não se trataria de pulsares comuns. Outra alternativa é buscar por sinais ópticos ou infravermelhos vindos destas fontes, que poderiam indicar tratar-se, na verdade, de buracos negros. 

A existência de antiestrelas significaria que quantidades significativas de antimatéria de alguma forma conseguiram sobreviver em bolsões isolados do espaço. Mas, se existirem antiestrelas, é improvável que sejam abundantes o suficiente para representar toda a antimatéria que falta no Universo. E ainda não há explicação de por que a matéria como um todo domina a antimatéria.

Um estudo foi publicado no periódico Physical Review D.

Fonte: Scientific American

Registrada erupção recorde de estrela próxima

Usando o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), astrônomos identificaram uma erupção da estrela vizinha mais próxima da Terra, Proxima Centauri, que é 100 vezes mais poderosa do que qualquer outra erupção semelhante vista no Sol.

© NRAO/S. Dagnello (ilustração da violenta erupção estelar de Proxima Centauri)

A erupção, que é a maior já registada da estrela, revelou o funcionamento interno de tais eventos e pode ajudar a moldar a procura por vida localizadas além do Sistema Solar. 

As erupções estelares ocorrem quando a liberação de energia magnética em manchas estelares explode num intenso surto de radiação eletromagnética que pode ser observado em todo o espectro eletromagnético, desde o rádio até aos raios gama. 

Esta é a primeira vez que uma única erupção estelar, além das que ocorrem no Sol, foi observada com uma cobertura tão completa de comprimentos de onda. O estudo foi precipitado pela descoberta fortuita de uma erupção de Proxima Centauri em dados de arquivo do ALMA de 2018.

"Nunca tínhamos visto uma anã M entrar em erupção em comprimentos de onda milimétricos antes de 2018, de modo que não se sabia se havia emissão correspondente em outros comprimentos de onda," disse Meredith MacGregor, professora assistente do CASA (Center for Astrophysics and Space Astronomy) e do Departamento de Ciências Planetárias e Astrofísicas da Universidade do Colorado, em Boulder, autora principal do estudo. 

Para melhor entender as erupções em Proxima Centauri, uma estrela anã vermelha localizada a cerca de quatro anos-luz da Terra, uma equipe de astrônomos observou a estrela durante um total de 40 horas ao longo de vários meses em 2019 usando nove telescópios no solo e no espaço. Em maio de 2019, Proxima Centauri ejetou uma violenta erupção que durou apenas sete segundos, mas gerou um surto tanto no ultravioleta como em comprimentos de onda milimétricos.

A erupção foi caracterizada por um pico forte e impulsivo nunca antes visto nestes comprimentos de onda. O evento foi registado por cinco dos nove telescópios envolvidos no estudo, incluindo o telescópio espacial Hubble no ultravioleta e o ALMA em comprimentos de onda milimétricos.

A estrela passou de normal para 14.000 vezes mais brilhante quando vista em comprimentos de onda ultravioleta ao longo de alguns segundos, sendo que um comportamento semelhante foi observado em comprimentos de onda milimétricos ao mesmo tempo pelo ALMA. 

As erupções poderosas do nosso Sol são incomuns, ocorrendo apenas algumas vezes num ciclo solar. Este não é o caso em Proxima Centauri. "Os planetas de Proxima Centauri estão sendo atingidos por algo deste gênero não apenas uma vez por século, mas pelo menos uma vez por dia, senão várias vezes por dia," realça MacGregor. 

A estrela é proeminente em discussões sobre a perspetiva de vida em torno de estrelas anãs vermelhas devido à sua proximidade com a Terra e por ser hospedeira de Proxima Centauri b, um exoplaneta que reside na zona habitável da estrela. Se houvesse vida no planeta mais próximo de Proxima Centauri, teria que ser muito diferente de qualquer forma de vida na Terra.

As observações futuras vão concentrar-se em desvendar os muitos segredos por trás das explosões de Proxima Centauri na esperança de descobrir os mecanismos internos que provocam estas poderosas explosões. "Queremos ver que surpresas esta estrela nos reserva a fim de nos ajudar e compreender a física das erupções estelares," disse MacGregor.

Os resultados do estudo foram reportados no periódico The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: National Radio Astronomy Observatory

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