As galáxias companheiras da Via Láctea são recém-chegadas

Os dados da missão Gaia da ESA estão reescrevendo a história da nossa Galáxia, a Via Láctea.

© ESA/Gaia (galáxias anãs em torno da Via Láctea)

O que tradicionalmente se pensava serem galáxias satélites da Via Láctea agora revelam-se, na sua maioria, recém-chegadas ao nosso ambiente galáctico. 

Uma galáxia anã é uma coleção de milhares a vários bilhões de estrelas. A Via Láctea é rodeada por cerca de cinquenta galáxias anãs. Durante décadas, pensou-se amplamente que as galáxias anãs que rodeiam a Via Láctea eram satélites, o que significa que foram capturadas para órbita da nossa Galáxia e que têm sido nossas companheiras constantes por bilhões de anos. Agora, os movimentos destas galáxias anãs foram calculados com uma precisão sem precedentes, graças aos dados do terceiro lançamento de dados do Gaia. E os resultados são surpreendentes.

François Hammer, do Observatório de Paris e colegas de toda a Europa e China, usaram dados do Gaia para calcular os movimentos de 40 galáxias anãs em torno da Via Láctea. Fizeram isto computando um conjunto de valores conhecidos como velocidades tridimensionais para cada galáxia e, em seguida, usando-os para calcular a energia orbital e o momento angular (rotacional) da galáxia. Eles descobriram que estas galáxias estão se movendo muito mais depressa do que as estrelas gigantes e aglomerados que orbitam a Via Láctea. Tão depressa que não poderiam ainda estar em órbita da Via Láctea, onde as interações com a nossa Galáxia e com o seu conteúdo teriam "minado" a sua energia orbital e momento angular.

A Via Láctea canibalizou várias galáxias anãs no seu passado. Por exemplo, há 8-10 bilhões de anos, uma galáxia anã chamada Gaia-Encélado foi absorvida pela Via Láctea. As suas estrelas podem ser identificadas nos dados do Gaia devido às suas órbitas excêntricas e à variedade de energias que possuem. Mais recentemente, há 4-5 bilhões de anos, a galáxia anã de Sagitário foi capturada pela Via Láctea e atualmente está sendo fragmentada e assimilada. A energia das suas estrelas é maior do que as de Gaia-Encélado, indicando o menor tempo que estiveram sujeitas à influência da Via Láctea. 

No caso das galáxias anãs do novo estudo, que representam a maioria das galáxias anãs ao redor da Via Láctea, as suas energias são ainda mais altas. Isto sugere fortemente que só chegaram à nossa vizinhança nos últimos bilhões de anos. 

A descoberta reflete aquela feita sobre a Grande Nuvem de Magalhães (GNM), uma galáxia anã maior, tão perto da Via Láctea que é visível como uma mancha de luz no céu noturno do hemisfério sul. A GNM também foi considerada uma galáxia satélite da Via Láctea até à década de 2000, quando os astrônomos mediram a sua velocidade e descobriram que estava viajando depressa demais para estar vinculada gravitacionalmente. Em vez de uma companheira, a GNM está nos visitando pela primeira vez. 

Agora sabemos que o mesmo se aplica à maioria das galáxias anãs. Então, será que estas recém-chegadas vão entrar em órbita ou simplesmente passar por nós? Algumas serão capturadas pela Via Láctea e tornar-se-ão satélites. Mas dizer exatamente quais é difícil porque depende da massa exata da Via Láctea, e esse é um valor que é difícil de calcular com qualquer precisão real. As estimativas variam por um fator de dois. 

A descoberta das energias das galáxias anãs é importante porque obriga a reavaliar a natureza das próprias galáxias anãs. À medida que uma galáxia anã orbita a Via Láctea, a sua atração gravitacional tenta fragmentá-la. Em física, isto é conhecido como força de maré.

"A Via Láctea é uma galáxia grande, de modo que as suas forças de marés são simplesmente gigantescas e é muito fácil destruir uma galáxia anã depois de talvez uma ou duas passagens," explica François. Por outras palavras, tornar-se companheira da Via Láctea é uma sentença de morte para as galáxias anãs. 

A única coisa que poderia resistir às ações destrutivas da nossa Galáxia é caso a anã tivesse uma quantidade significativa de matéria escura. A matéria escura é a substância misteriosa que existe no Universo para fornecer a gravidade extra e assim manter juntas as galáxias individuais. E assim, na visão tradicional de que as anãs da Via Láctea eram galáxias satélites que estiveram em órbita durante muitos bilhões de anos, assumia-se que deveriam ser dominadas pela matéria escura e assim equilibrar a força das marés da Via Láctea e mantê-las intactas. 

O fato do Gaia ter revelado que a maioria das galáxias anãs estão circulando a Via Láctea pela primeira vez significa que não precisam necessariamente de incluir qualquer matéria escura, e deve-se reavaliar se estes sistemas estão em equilíbrio ou, ao invés, no processo de destruição. 

"Graças em grande parte ao Gaia, agora é óbvio que a história da Via Láctea é muito mais lendária do que os astrônomos haviam entendido anteriormente. Ao investigar estas pistas tentadoras, esperamos descobrir ainda mais sobre os capítulos fascinantes do passado da nossa Galáxia," disse Timo Prusti, cientista do projeto Gaia da ESA. 

Fonte: ESA

De onde vem o ouro?

Como é que os elementos químicos são produzidos no nosso Universo? De onde vêm os elementos pesados como ouro e urânio?

© NRAO (disco de acreção quente e denso em torno de um buraco negro)

Usando simulações de computador, uma equipe do centro de pesquisa Helmholtz da Alemanha, em Darmstadt, juntamente com colegas da Bélgica e do Japão, mostra que a síntese de elementos pesados é típica para certos buracos negros com discos de acreção.

A abundância prevista dos elementos formados fornece uma visão sobre quais os elementos pesados que precisam de ser estudados em laboratórios futuros, como o FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research), atualmente em construção, e assim desvendar a origem dos elementos pesados. 

Todos os elementos pesados do planeta Terra foram formados sob condições extremas em ambientes astrofísicos: no interior das estrelas, em explosões estelares e durante a colisão de estrelas de nêutrons. Os cientistas estão intrigados com a questão de quais destes eventos astrofísicos têm as condições apropriadas para a formação dos elementos mais pesados, como o ouro ou o urânio.

A primeira espetacular observação de ondas gravitacionais e radiação eletromagnética originária de uma fusão de estrelas de nêutrons, em 2017, sugeriu que muitos elementos pesados podem ser produzidos e liberados nestas colisões cósmicas. No entanto, as questões de quando e porque é que o material é ejetado, e se podem existir outros cenários em que elementos pesados são produzidos, permanecem em aberto.

Os buracos negros com discos de acreção em órbita, densos e quentes, são candidatos promissores para a produção de elementos pesados. Tal sistema é formado tanto após a fusão de duas estrelas de nêutrons massivas quanto durante o chamado colapsar, o colapso e subsequente explosão de uma estrela em rotação.

A composição interna de tais discos de acreção ainda não é bem compreendida, particularmente no que diz respeito às condições sob as quais se forma um excesso de nêutrons. Um número elevado de nêutrons é um requisito básico para a síntese de elementos pesados, pois permite o processo de captura rápida de nêutrons, também denominado "processo r". Os neutrinos, quase sem massa, desempenham um papel fundamental neste processo, pois permitem a conversão entre prótons e nêutrons. 

"No nosso estudo, investigamos sistematicamente pela primeira vez as taxas de conversão de nêutrons e prótons para um grande número de configurações de disco por meio de elaboradas simulações de computador e descobrimos que os discos são muito ricos em nêutrons, desde que estejam presentes certas condições," explica o Dr. Oliver Just do grupo de Astrofísica Relativista pertencente à divisão de pesquisa teórica do centro de pesquisa Helmholtz. 

O fator decisivo é a massa total do disco. Quanto mais massivo o disco, mais frequentemente os nêutrons são formados a partir de prótons por meio da captura de elétrons sob emissão de neutrinos, e estão disponíveis para a síntese de elementos pesados através do processo r. No entanto, se a massa do disco for muito alta, a reação inversa desempenha um papel maior, de modo que mais neutrinos são recapturados pelos nêutrons antes de saírem do disco. Estes nêutrons são então convertidos de volta para prótons, o que atrapalha o processo r. 

Como mostra o estudo, a massa ótima do disco, para a produção prolífica de elementos pesados, é de cerca de 0,01 a 0,1 massas solares. O resultado fornece fortes evidências de que as fusões de estrelas de nêutrons, que produzem discos de acreção com estas massas, podem ser o ponto de origem para uma grande fração dos elementos pesados. Entretanto, ainda não está claro se e com que frequência tais discos de acreção ocorrem em sistemas colapsares. 

Além dos possíveis processos de ejeção de massa, o grupo de pesquisa também está investigando os sinais de luz produzidos pela matéria ejetada, que serão usados para inferir a massa e a composição da matéria ejetada em futuras observações da colisão de estrelas de nêutrons. Um bloco de construção importante para a leitura correta destes sinais de luz é o conhecimento preciso das massas e de outras propriedades dos elementos recém-formados.

Estes dados são atualmente insuficientes. Mas com a próxima geração de aceleradores, como o FAIR, será possível medi-los com uma precisão sem precedentes. A interação bem coordenada de modelos teóricos, experiências e observações astronômicas permitirá com que nos próximos anos, sejam testadas fusões de estrelas de nêutrons como a origem dos elementos do processo r.

Os resultados foram publicados na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Fonte: Helmholtz Research

Quando as galáxias se sobrepõem

Estas duas galáxias parecem que estão se chocando, mas estão na verdade, separadas por muitos milhões de anos-luz.

© Hubble (NGC 3314)

Nesta imagem do obtida pelo telescópio espacial Hubble, as duas galáxias distantes se alinham do nosso ponto de vista. A NGC 3314 é uma galáxia espiral localizada na direção da constelação de Hydra. O objeto foi descoberto pelo astrônomo John Herschel em 1835.

A galáxia consiste de um sistema menor e mais próximo de uma galáxia espiral que se encontra na frente de outra galáxia espiral maior, mais distante e inclinada. A imagem oferece uma visão detalhada de um raro par de galáxias sobrepostas. 

Quando os astrônomos estudaram as galáxias pela primeira vez na década de 1960, no entanto, eles pensaram que o par estava interagindo. As forças gravitacionais das marés estendem as galáxias para produzirem formas torcidas e caudas longas. O cabo de guerra galáctico também desencadeia estrelas em formação, geralmente visível como estrelas azuis brilhantes e nuvens de gás brilhantes. 

As duas galáxias na NGC 3314 não apresentam tais características de uma forte interação entre si. Um estudo dos padrões de rotação das duas galáxias também revela que elas não estão se atraindo gravitacionalmente. 

Na década de 1980, os astrônomos descobriram que as galáxias residiam a mais de 20 milhões de anos-luz de distância, consequentemente não propiciando uma interação. As observações revelaram que a galáxia de fundo, a NGC 3314B, está a cerca de 140 milhões de anos-luz da Terra, enquanto a galáxia do primeiro plano, a NGC 3314A, está a aproximadamente 117 milhões de anos-luz de distância. A sobreposição das galáxias significa que NGC 3314A é iluminada por trás pela luz da NGC 3314B. 

As faixas de poeira na galáxia em primeiro plano, que são escuras e difíceis de serem vistas na maioria das espirais, destacam-se fortemente na silhueta. Por causa de tanta poeira as nuvens geralmente só são vistas facilmente na luz infravermelha. 

Curiosamente, a NGC 3314A parece ter tido um encontro com outra galáxia, mas não com a NGC 3314B. Seus braços espirais gasosos são esticados, e muitas novas estrelas [os pontos azuis] aparecem ao redor deles. A causa mais provável da aparência levemente distorcida da galáxia em primeiro plano é um agrupamento de galáxias que não fazem parte desta imagem do Hubble.

Fonte: NASA

Uma galáxia espiral espetacular

Este retrato astronômico do telescópio espacial Hubble mostra uma visão lateral da majestosa galáxia espiral UGC 11537.

© Hubble (UGC 11537)

A Wide Field Camera 3 do Hubble captou os braços espirais enrolados ao redor do núcleo da galáxia UGC 11537 em comprimentos de onda infravermelho e visível, mostrando tanto as faixas brilhantes de estrelas quanto as nuvens escuras de poeira que se espalham pela galáxia.

A UGC 11537 está a 230 milhões de anos-luz de distância da Terra, na constelação de Aquila (A Ágia), e fica perto do plano da Via Láctea. Estar tão perto da faixa estrelada da Via Láctea significa que estrelas em primeiro plano de nossa própria galáxia entraram na imagem, as duas estrelas proeminentes na frente da UGC 11537 são intrusas de dentro da Via Láctea.

Estas estrelas brilhantes em primeiro plano são cercadas por picos de difração, aspectos na imagem causados ​​pela luz das estrelas interagindo com a estrutura interna do Hubble. Esta imagem veio de um conjunto de observações destinadas a ajudar os astrônomos a pesar buracos negros supermassivos em galáxias distantes. 

A combinação das observações perspicazes do Hubble e dados de telescópios terrestres permitiu aos astrônomos fazer modelos detalhados da massa das estrelas nestas galáxias, o que por sua vez ajuda a restringir a massa dos buracos negros supermassivos.

Fonte: ESA

Buraco negro encontrado escondido em aglomerado estelar

Com o auxílio do Very Large Telescope (VLT) do Observatório Europeu do Sul (ESO), os astrônomos descobriram um pequeno buraco negro fora da Via Láctea ao observar a maneira como este objeto influencia o movimento de uma estrela na sua vizinhança.

© Hubble/VLT (NGC 1850)

Trata-se da primeira vez que este método de detecção é utilizado para revelar a presença de um buraco negro fora da nossa Galáxia. Este método pode ser crucial para descobrir buracos negros escondidos na Via Láctea e em galáxias próximas e fornecer pistas sobre como é que estes objetos misteriosos se formam e evoluem.

O buraco negro recém descoberto localiza-se no NGC 1850, um aglomerado com milhares de estrelas situado a cerca de 160 mil anos-luz de distância na Grande Nuvem de Magalhães, uma galáxia vizinha da Via Láctea.

O primeiro buraco negro descoberto pela equipe tem cerca de 11 vezes a massa do nosso Sol. A pista concreta que colocou os astrônomos na trilha deste buraco negro foi a sua influência gravitacional numa estrela com cinco massas solares que o orbita.

Os astrônomos tinham já descoberto pequenos buracos negros de várias massas estelares em outras galáxias ao observar os raios X emitidos por estes objetos à medida que engolem matéria ou as ondas gravitacionais que são geradas quando os buracos negros colidem uns com os outros ou com estrelas de nêutrons. No entanto, a maioria dos buracos negros com massas estelares não mostram a sua presença através de raios X ou ondas gravitacionais.

A maioria destes objetos só pode ser descoberta dinamicamente. Quando formam um sistema com uma estrela, os buracos negros afetam o movimento estelar de modo sutil, mas detectável. Este método dinâmico poderá ajudar os astrônomos a descobrir muito mais buracos negros. 

Esta detecção em NGC 1850 marca a primeira vez que um buraco negro foi descoberto num aglomerado estelar jovem (este aglomerado tem apenas cerca de 100 milhões de anos de idade). Utilizando este método dinâmico em aglomerados estelares semelhantes será possível descobrir buracos negros ainda mais jovens e entender mais sobre como é que estes objetos evoluem. Ao compará-los com buracos negros maiores e mais velhos, situados em aglomerados estelares mais velhos, os astrônomos poderão compreender como é que estes objetos crescem, “alimentando-se” de estrelas ou se fundindo com outros buracos negros. Além disso, mapear a demografia de buracos negros em aglomerados estelares melhorará a compreensão da origem de fontes de ondas gravitacionais.

Para realizar a busca, a equipe utilizou dados obtidos durante dois anos com o instrumento MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer) montado no VLT do ESO, no deserto chileno do Atacama. O MUSE nos permitiu observar áreas muito populosas, tais como as regiões mais internas dos agomerados estelares, e analisar cada estrela individual na vizinhança. O resultado final é a obtenção de informação sobre milhares de estrelas de uma só vez, pelo menos 10 vezes mais do que com outro instrumento qualquer. Isto permitiu que a equipe localizasse a estranha estrela cujo movimento peculiar sinalizava a presença de um buraco negro. 

Com dados da Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE), da Universidade de Varsóvia, e do telescópio espacial Hubble da NASA/ESA, a equipe conseguiu ainda medir a massa do buraco negro e confirmar os resultados. O Extremely Large Telescope (ELT) do ESO, que deverá começar a operar no Chile no final desta década, permitirá aos astrônomos descobrir ainda mais buracos negros escondidos. O ELT irá revolucionar definitivamente esta área de estudo, já que será possível observar estrelas consideravelmente mais tênues no mesmo campo de visão, assim como procurar buracos negros em aglomerados globulares muito mais distantes. 

Esta pesquisa foi apresentada em um artigo publicado no periódico Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 

Fonte: ESO

Detectado exoplaneta em órbita de duas estrelas

Uma nova técnica desenvolvida em parte pelo astrônomo Nader Haghighipour da Universidade do Havaí permitiu que os cientistas detectassem rapidamente um planeta em trânsito com dois sóis.

© PSI (ilustração do exoplaneta TIC 172900988b)

Denominados planetas circumbinários, estes objetos orbitam um par de estrelas. Durante anos, estes planetas foram meramente objeto de ficção científica, como Tatooine na saga "Guerra das Estrelas".

No entanto, graças ao sucesso das missões Kepler e TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite), uma equipe de astrônomos, incluindo Haghighipour, encontrou 14 destes corpos até agora. As missões Kepler e TESS detectam planetas por meio do método de trânsito, onde é possível medir a minúscula queda de brilho de uma estrela à medida que um planeta passa em frente, bloqueando parte da luz estelar. Normalmente, os astrônomos precisam de ver pelo menos três destes trânsitos para definir a órbita do planeta. Isto torna-se um desafio quando há duas estrelas hospedeiras.

A detecção de planetas circumbinários é muito mais complicada do que a de planetas em órbita de estrelas individuais. Quando um planeta orbita um sistema estelar duplo, os trânsitos da mesma estrela não ocorrem em intervalos consistentes. O planeta pode transitar uma estrela, e depois transitar a outra, antes de transitar pela primeira estrela novamente, e assim por diante. 

Acrescentando ao desafio, os períodos orbitais dos planetas circumbinários são sempre muito mais longos do que o período orbital da estrela binária. Isso significa que, para observar três trânsitos, os cientistas precisam de observar o binário por muito tempo. Embora isso não tenha sido um problema com o telescópio espacial Kepler (este telescópio observou apenas uma região do céu durante 3,5 anos), torna-se complexo usar o telescópio TESS para detectar planetas circumbinários, porque o TESS observa uma porção do céu por apenas 27 dias antes de apontar para outro lugar, tornando impossível observar três trânsitos de um planeta com o TESS.

Em 2020, Haghighipour e a sua equipe encontraram uma maneira de contornar esta limitação. Uma nova técnica foi empregada para detectar planetas circumbinários usando o TESS, desde que o planeta transitasse ambas as estrelas hospedeiras dentro da janela de observação de 27 dias. Agora, eles encontraram efetivamente o primeiro planeta circumbinário nos dados do TESS, demonstrando que a técnica funciona.

O binário alvo é conhecido pela sua designação de catálogo TIC 172900988, e foi observado num único setor pelo TESS, onde a sua curva de luz mostrava sinais de dois trânsitos, um em cada estrela, separados por apenas cinco dias, durante a mesma conjunção.

A órbita deste planeta leva quase 200 dias, com o método de trânsito tradicional, é necessário esperar mais de um ano para detectar dois trânsitos adicionais. A nova técnica reduziu este tempo para apenas cinco dias, mostrando que, apesar da sua curta janela de observação, o TESS pode ser usado para detectar planetas circumbinários.

O exoplaneta TIC 172900988b é também muito grande, é um gigante gasoso do tamanho de Júpiter (Júpiter é aproximadamente 10 vezes maior do que a Terra em termos de diâmetro) e o planeta circumbinário mais massivo já descoberto até à data.

A descoberta do primeiro planeta circumbinário do TESS, usando esta nova técnica, foi publicada no periódico The Astronomical Journal.

Fonte: SETI Institute

Cientistas cidadãos encontram 10.000 novas estrelas variáveis

Cientistas cidadãos voluntários, analisando dados de uma rede de telescópios espalhada pelo globo, identificaram este ano 10.000 novas estrelas variáveis na Via Láctea.

© Ohio S. U. (cientistas cidadãos identificam novas estrelas variáveis)

Os voluntários têm examinado desde janeiro dados do levantamento ASAS-SN (All-Sky Automated Survey for Supernovae), gerido por pesquisadores da Universidade Estatal de Ohio. 

Os pesquisadores detalharam o que o projeto de ciência cidadã, de nome Citizen ASAS-SN, realizou até agora: mais de 3.100 voluntários fizeram cerca de 839.000 classificações de mais de 100.000 curvas de luz, ou seja, dados que informam os astrônomos sobre objetos no céu. 

Uma estrela variável é uma estrela cujo brilho muda com o tempo, isto é, a luz proveniente de tal estrela não é constante.

Os cientistas voluntários tentaram classificar amplamente as estrelas como binários eclipsantes, onde uma estrela passa em frente da outra, estrelas pulsantes e estrelas giratórias. E também é possível descartar os dados, significando que não são estrelas. Por exemplo, satélites em órbita baixa da Terra podem interferir com a luz das estrelas vistas através dos telescópios; os dados de um satélite seriam classificados como "lixo". E os cientistas voluntários podem marcar os dados como "desconhecido" se as curvas de luz não encaixassem nas classes de estrelas variáveis.

Algumas das estrelas que os cientistas voluntários classificaram já tinham sido previamente identificadas, o que deu aos pesquisadores uma maneira de verificar a precisão dos voluntários. 

O projeto baseia-se em trabalhos anteriores e no trabalho em andamento do ASAS-SN de analisar o céu em busca de buracos negros e outros fenômenos cosmológicos. Os telescópios do ASAS-SN foram recentemente atualizados, permitindo perscrutar mais profundamente o espaço em busca de novas estrelas variáveis, supernovas e outros objetos. A análise anterior dos dados do ASAS-SN foi realizada amplamente usando algoritmos de aprendizagem de máquina, onde um algoritmo de computador classifica os dados. 

O objetivo principal do projeto é tornar os dados públicos, partilhar a ciência com uma comunidade mais ampla de pessoas. O trabalho dos cientistas cidadãos também está ajudando a melhorar o algoritmo de aprendizagem de máquina, possibilitando a máquina entender melhor quais os dados que são "lixo" e quais os dados que são úteis. 

O olho humano pode detectar coisas incomuns e destacá-las muito melhor do que uma máquina tem sido capaz de fazer. E quando o relatam à equipe de pesquisa, permite fazer estas descobertas realmente excelentes.

Um artigo foi submetido no periódico Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Fonte: Ohio State University

Curiosidade cosmológica

Esta imagem do telescópio espacial Hubble mostra a galáxia espiral Mrk 1337, que está a cerca de 120 milhões de anos-luz de distância da Terra, na constelação de Virgem.

© Hubble (Mrk 1337)

A Wide Field Camera 3 do Hubble captou a galáxia Mrk 1337 em uma ampla faixa de comprimentos de onda ultravioleta, visível e infravermelho, produzindo esta imagem ricamente detalhada. 

A Mrk 1337 é uma galáxia espiral fracamente barrada, ou seja, significa que os braços espirais irradiam de uma barra central de gás e estrelas. As barras ocorrem em cerca de metade das galáxias espirais, incluindo nossa própria galáxia, a Via Láctea. 

Estas observações fazem parte de uma campanha para melhorar nosso conhecimento de quão rápido o Universo está se expandindo. Eles foram propostos por Adam Riess, que recebeu o Prêmio Nobel de Física em 2011 por suas contribuições para a descoberta da expansão acelerada do Universo, ao lado de Saul Perlmutter e Brian Schmidt. 

Fonte: ESA

Apanhadas numa espiral

Esta imagem mostra, em cima à esquerda, um par de galáxias em espiral sobrepostas, NGC 3314a e NGC 3314b, captadas pelo VLT Survey Telescope (VST) do ESO numa majestosa dança cósmica.

© VST (NGC 3314a e NGC 3314b)

Mas não deixe que a perspectiva o/a engane! Estes objetos não se encontram em interação. 

As duas galáxias, situadas a uma distância entre 117 e 140 milhões de anos-luz na constelação da Hidra, não se encontram de modo algum fisicamente relacionadas e apenas parecem sobrepôr-se quando são observadas a partir da Terra. 

Este alinhamento bastante único dá-nos a oportunidade de medir muitas propriedades das galáxias, como por exemplo como é que a poeira absorve a radiação estelar e, consequentemente, aprendermos mais sobre a sua composição e evolução.

Há ainda outro segredo escondido nesta imagem que podemos ver se olharmos com atenção para a região inferior direita: para lá desta dança cósmica podemos ver também uma tênue mancha amarelada, a assinatura de uma galáxia ultra-difusa (UDG, sigla do inglês). 

As galáxias ultra-difusas são objetos tão grandes como a Via Láctea, mas com 100 a 1.000 vezes menos estrelas. Consequentemente, estas galáxias são extremamente tênues e falta-lhes gás para formar estrelas, o que faz com que nos apareçam como pequenas manchas no céu noturno.

Esta galáxia, chamada UDG 32, trata-se de uma das galáxias mais tênues e menos densas do aglomerado de Hydra I. Esta imagem foi obtida no âmbito de um projeto muito maior, o rastreio VEGAS (VST Early-type Galaxy Survey), cujo objetivo é investigar estruturas muito tênues em aglomerados de galáxias, enormes grupos de galáxias ligadas entre si pela gravidade. 

O estudo, liderado por Enrichetta Iodice do Istituto Nazionale di Astrofisica em Itália, sugere que a UDG 32 pode ter-se formado a partir de filamentos provenientes da NGC 3314a, no entanto são necessárias mais observações para confirmar esta hipótese.

Fonte: ESO

Uma forma estranha no centro de Andrômeda

Quando duas galáxias colidem, os buracos negros supermassivos nos seus núcleos liberam um devastador "recuo" gravitacional, semelhante ao de uma arma quando disparada.

© NASA/WISE (galáxia de Andrômeda)

Um novo estudo sugere que este recuo pode ser tão poderoso que pode lançar milhões de estrelas para órbitas instáveis. A pesquisa ajuda a resolver um mistério de décadas em torno de um aglomerado estelar com uma forma estranha no núcleo da galáxia de Andrômeda.

Também pode ajudar os pesquisadores a melhor entender o processo de como as galáxias crescem alimentando-se umas das outras. Quando os cientistas olharam pela primeira vez para Andrômeda, esperavam ver um buraco negro supermassivo rodeado por um aglomerado de estrelas relativamente simétrico. Ao invés, encontraram esta massa enorme e alongada.

Na década de 1970, os cientistas lançaram balões para o alto da atmosfera da Terra a fim de observar Andrômeda no ultravioleta, a grande galáxia mais próxima da Via Láctea. O telescópio espacial Hubble avançou estas observações iniciais na década de 1990 e forneceu uma descoberta surpreendente: tal como a nossa própria Galáxia, Andrômeda tem a forma de uma espiral gigante. 

Mas a área rica em estrelas, perto do centro desta galáxia espiral, não tem o aspeto que devia ter, as órbitas destas estrelas assumem uma estranha forma oval, como se alguém as tivesse esticado. Os cientistas chamam ao padrão "disco nuclear excêntrico". 

No novo estudo, a equipe usou simulações de computador para rastrear o que acontece quando dois buracos negros supermassivos colidem; Andrômeda provavelmente foi formada durante uma fusão semelhante há bilhões de anos. Com base nos cálculos, a força gerada por tal fusão poderia curvar e puxar as órbitas das estrelas perto de um centro galáctico, criando aquele padrão alongado e revelador.

© JILA/S. Burrows (órbita de estrelas em torno de buraco negro supermassivo)

Gráfico que mostra a órbita de estrelas em torno de um buraco negro supermassivo antes (esquerda) e depois (direita) de um "recuo" gravitacional.

Quando as galáxias se fundem, os seus buracos negros supermassivos juntam-se e eventualmente tornam-se num único buraco negro. A descoberta ajuda a revelar algumas das forças que podem estar impulsionando a diversidade de dois trilhões de galáxias no Universo atual. As fusões podem desempenhar um papel importante na formação destas massas de estrelas: quando as galáxias colidem, os buracos negros nos centros podem começar a girar uns em torno dos outros, movendo-se cada vez mais rápido até que finalmente chocam. No processo, liberam enormes pulsos de "ondas gravitacionais", ou ondulações literais na estrutura do espaço e do tempo. Estas ondas gravitacionais transportam momento para longe do buraco negro remanescente e obtemos um recuo. 

Os pesquisadores queriam saber o que tal recuo poderia fazer às estrelas até 1 parsec, cerca de 3,26 anos-luz, do centro de uma galáxia. Andrômeda, que pode ser vista da Terra a olho nu, estende-se por dezenas de milhares de parsecs de ponta a ponta.

Na simulação foram construídos modelos de centros galácticos falsos contendo centenas de estrelas, efetuando o recuo das ondas gravitacionais provenientes da formação do novo buraco negro. As ondas gravitacionais produzidas por este tipo de colisão desastrosa não afetam as estrelas de uma galáxia diretamente. Mas o recuo impulsiona o buraco negro supermassivo remanescente através do espaço com velocidades que podem chegar a milhões de quilômetros por hora, mesmo para um corpo com uma massa milhões ou bilhões de vezes a massa do nosso Sol.

Um buraco negro que se move com tal velocidade pode efetivamente escapar da galáxia onde vive. No entanto, quando os buracos negros não escapam, descobriu-se que podem puxar as órbitas das estrelas nas proximidades, fazendo com que sejam esticadas.

Os cientistas realçaram que esta descoberta também podem ajudar a entender os acontecimentos incomuns em torno de outros objetos no Universo, como planetas em órbita de estrelas de nêutrons.

A pesquisa foi publicada no periódico The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: University of Colorado

A complexa nebulosa N44

A N44 é uma nebulosa complexa cheia de gás hidrogênio brilhante, faixas escuras de poeira, estrelas massivas e muitas populações de estrelas de diferentes idades.

© Hubble (N44)

Uma de suas características mais distintas, no entanto, é a lacuna escura e estrelada chamada de “superbolha”, visível nesta imagem do telescópio espacial Hubble na região central superior. O buraco tem cerca de 250 anos-luz de largura e sua presença ainda é um mistério. 

Os ventos estelares expelidos por estrelas massivas no interior da bolha podem ter afastado o gás, mas isso é inconsistente com as velocidades do vento medidas na bolha. Outra possibilidade, uma vez que a nebulosa está cheia de estrelas massivas que expirariam em explosões titânicas, é que as camadas em expansão de velhas supernovas esculpiram a caverna cósmica. 

Os astrônomos encontraram um remanescente de supernova nas proximidades da superbolha e identificaram uma diferença de idade de aproximadamente 5 milhões de anos entre as estrelas dentro e na borda da superbolha, indicando múltiplos eventos de formação estelar de reação em cadeia. A área de um azul profundo em cerca de 75° em torno da superbolha é uma das regiões mais quentes da nebulosa e a área de formação estelar mais intensa. 

A N44 é uma nebulosa de emissão, o que significa que seu gás foi ionizado pela radiação de estrelas próximas. À medida que o gás ionizado começa a esfriar de seu estado de alta energia para um estado de baixa energia, ele emite energia na forma de luz, fazendo com que a nebulosa brilhe. Localizada na Grande Nuvem de Magalhães, a N44 se estende por cerca de 1.000 anos-luz e está a cerca de 170.000 anos-luz de distância da Terra.

Fonte: NASA

Um antigo mistério da astrofísica: o que está extinguindo as galáxias?

Astrônomos que examinavam o Universo próximo com a ajuda do ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) acabaram de concluir o maior levantamento de alta resolução do combustível da formação estelar já realizado em aglomerado de galáxias.

© ALMA/Hubble (NGC 4567 e NGC 4568)

Nesta imagem as galáxias NGC 4567 e NGC 4568 são duas das milhares de galáxias do Aglomerado de Virgem, localizadas a cerca de 65 milhões de anos-luz da Terra. Observadas pelo levantamento VERTICO (Virgo Environment Traced in Carbon Monoxide), as duas galáxias estão entre aquelas no aglomerado de galáxias impactadas por processos físicos extremos que podem levar à morte das galáxias. As galáxias são vistas aqui numa composição no rádio pelo ALMA, com gás molecular em vermelho/laranja, e dados ópticos do telescópio espacial Hubble com estrelas em branco/azul.

O levantamento VERTICO teve como objetivo melhor entender a formação estelar e a função das galáxias no Universo. O que ele revela melhor são quais os processos físicos que afetam o gás molecular e como ditam a vida e a morte da galáxia.

As galáxias são grandes coleções de estrelas e os seus nascimentos, vidas e mortes são influenciados pelo local onde vivem no Universo e pelo modo como interagem com os seus arredores. Os aglomerados de galáxias são alguns dos ambientes mais extremos do Universo, tornando-os de particular interesse para os cientistas que estudam a evolução das galáxias. 

Lar de milhares de galáxias, o Aglomerado de Virgem é o aglomerado massivo de galáxias mais próximo do Grupo Local, onde a Via Láctea reside. O tamanho extremo e a proximidade tornam adequado para a observação. 

O projeto VERTICO observou os reservatórios de gás de 51 galáxias no Aglomerado de Virgem em alta resolução, revelando um ambiente tão extremo e inóspito que pode impedir que galáxias inteiras formem estrelas num processo conhecido como extinção galáctica. 

O Aglomerado de Virgem é a região mais extrema do Universo local, repleta de plasma com um milhão de graus, velocidades galácticas extremas, interações violentas entre galáxias e os seus arredores. 

O projeto VERTICO revelou como a remoção de gás pode prejudicar, ou desligar, um dos processos físicos mais importantes do Universo: a formação estelar. A remoção de gás é um dos mecanismos externos mais espetaculares e violentos que pode interromper a formação estelar nas galáxias. A remoção de gás ocorre quando as galáxias se movem tão depressa através do plasma quente no aglomerado que vastas quantidades de gás molecular frio são removidas da galáxia. 

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal Supplement Series.

Fonte: International Centre for Radio Astronomy Research

Sinais de água são detectados numa galáxia muito distante

De acordo com novas observações do ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), foi detectada água na galáxia mais massiva do Universo primitivo.

© NRAO (poeira e linhas moleculares em galáxias)

Os cientistas que estudavam SPT0311-58 descobriram água, juntamente com monóxido de carbono na galáxia, que está localizada a cerca de 12,88 bilhões de anos-luz da Terra. 

A detecção destas duas moléculas em abundância sugere que o Universo molecular já era "forte" pouco depois dos elementos terem sido forjados nas estrelas primitivas. A nova pesquisa compreende o estudo mais detalhado, até ao momento, do conteúdo de gás molecular de uma galáxia no início do Universo, situada na época da Reionização, e a detecção mais distante de água numa galáxia normal com formação estelar. Esta época situa-se num momento em que o Universo tinha apenas 780 milhões de anos, cerca de 5% da sua idade atual, e em que as primeiras estrelas e galáxias estavam nascendo.

Os cientistas pensam que as duas galáxias podem estar se fundindo e que a sua intensa formação estelar não só consome gás, o combustível da formação estelar, mas que também poderá eventualmente evoluir o par para galáxias elípticas massivas como aquelas vistas no Universo Local. 

A água, em particular, é a terceira molécula mais abundante no Universo depois do hidrogênio molecular e do monóxido de carbono. Estudos anteriores de galáxias no Universo local e no Universo primitivo correlacionaram a emissão de água e a emissão infravermelha da poeira. A poeira absorve a radiação ultravioleta das estrelas na galáxia e reemite-a na forma de fótons infravermelhos. Isto excita ainda mais as moléculas de água, dando origem à emissão de água que os cientistas conseguem observar.

Esta correlação podia ser usada para desenvolver a água como um rastreador da formação estelar, que podia então ser aplicado às galáxias numa escala cosmológica. O estudo das primeiras galáxias formadas no Universo ajuda os cientistas a entender melhor o nascimento, crescimento e evolução do Universo e de tudo nele, incluindo o Sistema Solar e a Terra.

As primeiras galáxias estão formando estrelas a um ritmo milhares de vezes maior do que o da Via Láctea. O estudo do conteúdo de gás e poeira destas primeiras galáxias informa sobre as suas propriedades, como quantas estrelas estão sendo formadas, o ritmo em que o gás é convertido em estrelas, como as galáxias interagem umas com as outras e com o meio interestelar.

Este estudo não só fornece respostas sobre onde e a que distância a água pode existir no Universo, mas também deu origem a uma grande questão: como é que tanto gás e poeira se juntaram para formar estrelas e galáxias tão cedo no Universo? A resposta requer um estudo mais aprofundado destas e de outras galáxias formadoras de estrelas semelhantes a fim de obter uma melhor compreensão da formação e evolução estrutural do Universo primitivo.

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal.

Fonte: National Radio Astronomy Observatory

A detecção mais distante de flúor em galáxia

Uma nova descoberta está desvendando como o flúor se forma no Universo.

© ESO/M. Kornmesser (ilustração da galáxia NGP-190387)

Com o auxílio do Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), uma equipe de astrônomos detectou este elemento numa galáxia que está tão longe que a sua luz demora mais de 12 bilhões de anos para chegar até nós. Esta é a primeira vez que se descobre flúor em uma galáxia com formação estelar tão distante.

Astrônomos descobriram flúor (sob a forma de fluoreto de hidrogênio) nas enormes nuvens de gás da galáxia distante NGP-190387, a qual é observada quando o Universo tinha apenas 1,4 bilhão de anos de idade, ou seja, cerca de 10% da sua idade atual. 

Uma vez que as estrelas expelem os elementos que formam nos seus núcleos quando chegam ao fim das suas vidas, esta detecção implica que as estrelas que formaram o flúor devem ter vivido e morrido muito rapidamente. 

A equipe pensa que estrelas do tipo Wolf-Rayet, estrelas muito massivas com um tempo de vida de apenas alguns milhões de anos, são os locais mais prováveis de produção de flúor. Estas estrelas podem ser necessárias para explicar a descoberta das enormes quantidades de fluoreto de hidrogênio. As estrelas Wolf-Rayet tinham já sido sugeridas anteriormente como possíveis fontes de flúor cósmico, no entanto, até agora, os astrônomos não sabiam o quão importantes elas eram na produção deste elemento no Universo primordial.

Além destas estrelas, surgiram igualmente no passado outros cenários para explicar como é que o flúor é produzido e expelido, como por exemplo as pulsações de estrelas gigantes evoluídas com massas que vão até algumas vezes a do nosso Sol, as chamadas estrelas do ramo das assintóticas gigantes. No entanto, a equipe acredita que estes cenários, alguns dos quais com uma duração de bilhões de anos, podem não explicar completamente a quantidade de flúor que vemos na NGP-190387. Esta galáxia precisou de apenas algumas dezenas ou centenas de milhões de anos para ter níveis de flúor comparáveis aos encontrados em estrelas na Via Láctea, que tem 13,5 bilhões de anos de idade. Este é um resultado completamente inesperado. 

Esta descoberta na NGP-190387 marca uma das primeiras detecções de flúor fora da Via Láctea e galáxias vizinhas. Os astrônomos tinham já detectado anteriormente este elemento em quasares distantes, objetos brilhantes alimentados por buracos negros supermassivos situados no centro de algumas galáxias. No entanto, e até agora, nunca tinha sido observado flúor numa galáxia com formação estelar, tão cedo na história do Universo.

A detecção do flúor pela equipe foi uma descoberta casual e que foi possível graças ao uso de observatórios colocados no solo e no espaço. A NGP-190387, descoberta originalmente pelo observatório espacial Herschel da Agência Espacial Europeia (ESA) e observada mais tarde com o ALMA, no Chile, é extraordinariamente brilhante para a distância em que está.

Os dados ALMA confirmaram que a luminosidade excepcional da NGP-190387 é em parte causada por outra galáxia massiva conhecida, localizada entre a NGP-190387 e a Terra, muito próximo da nossa linha de visada. O ALMA é sensível à radiação emitida pelo gás interestelar frio e pela poeira.

Esta galáxia massiva amplificou a luz observada, permitindo a identificação da fraca radiação emitida há bilhões de anos pelo flúor da NGP-190387. Estudos futuros da NGP-190387 com o Extremely Large Telescope (ELT) poderão revelar mais segredos sobre esta galáxia.

O ALMA é sensível à radiação emitida pelo gás interestelar frio e pela poeira. Com o ELT será possível observar a NGP-190387 através da luz direta das estrelas, o que fornecerá informação crucial sobre o conteúdo estelar desta galáxia. 

Esta pesquisa foi publicada na revista Nature Astronomy.

Fonte: ESO

União de telescópios para revelar o buraco negro da Via Láctea

A campanha de observação da colaboração EHT (Event Horizon Telescope) contará em breve com mais um instrumento, o telescópio espacial James Webb.

© STScI (enorme vórtice de gás próximo do buraco negro da Via Láctea)

A imagem mostra um enorme vórtice rodopiante de gás quente que brilha no infravermelho, assinalando a localização aproximada do buraco negro supermassivo no núcleo da Via Láctea. Na composição mostrada aqui, as cores representam diferentes comprimentos de onda de luz. As observações no infravermelho próximo efetuadas pelo telescópio espacial Hubble são mostradas em amarelo, revelando centenas de milhares de estrelas, berçários estelares e gás aquecido. As observações infravermelhas mais profundas do telescópio espacial Spitzer da NASA são vistas em vermelho, revelando ainda mais estrelas e nuvens de gás. A luz detectada pelo observatório de raios X Chandra da NASA é mostrada em azul e violeta, indicando onde o gás é aquecido a milhões de graus por explosões estelares e fluxos do buraco negro supermassivo.

Durante a primeira série de observações do Webb, os astrônomos irão usar o seu poder de imagem infravermelha para abordar alguns dos desafios únicos e persistentes apresentados pelo buraco negro da Via Láctea, o Sagitário A* (Sgr A*).

Em 2017, o EHT usou o poder de imagem combinado de oito instalações de radiotelescópios por todo o planeta para captar a primeira visão histórica da região imediatamente em torno de um buraco negro supermassivo, na galáxia M87. 

O Sgr A* está mais perto, mas é mais escuro do que o buraco negro de M87, e o material ao redor cintila, de modo que altera o padrão de luz a cada instante. O buraco negro supermassivo da Via Láctea é o único que se conhece ter este tipo de surto e, embora isto tenha dificultado bastante a obtenção de uma imagem da região, também torna Sagitário A* ainda mais interessante cientificamente. 

Estas proeminências aparecem devido à aceleração temporária, mas intensa, das partículas em torno do buraco negro para energias muito mais altas, com a emissão de luz correspondente. Uma grande vantagem de observar Sgr A* com o Webb é a capacidade de captar dados em dois comprimentos de onda infravermelhos simultaneamente e continuamente, a partir da localização do telescópio localizados além da órbita da Lua.

O Webb terá uma visão ininterrupta, observando ciclos de atividade e de calmaria que a equipe do EHT pode usar como referência com os seus próprios dados, resultando numa imagem mais limpa. A fonte ou mecanismo que causa os surtos de atividade ao redor de Sgr A* é altamente debatida. As respostas sobre como as erupções de Sgr A* começam, atingem o pico e se dissipam podem ter implicações de longo alcance para o estudo futuro dos buracos negros, bem como da física de partículas e do plasma, até mesmo das erupções solares.

Os buracos negros, previstos por Albert Einstein como parte da sua teoria da relatividade geral, são o oposto do que o seu nome indica, em vez de um buraco vazio no espaço, eles são as regiões de matéria mais densas e compactadas conhecidas. O campo gravitacional de um buraco negro é tão forte que curva o tecido do espaço em torno de si próprio, e qualquer material que se aproxime demais fica preso ali para sempre, juntamente com qualquer luz que o material emita. É por isso que os buracos negros aparecem "negros". Qualquer luz detectada pelos telescópios não provém realmente do buraco negro propriamente dito, mas da área ao redor. O limite interno final desta luz é o horizonte de eventos. 

A imagem de M87 pelo EHT foi a primeira prova visual direta de que a previsão do buraco negro de Einstein estava correta. Os buracos negros continuam sendo uma área experimental para a teoria de Einstein e os cientistas esperam que observações cuidadosamente programadas em vários comprimentos de onda de Sgr A* pelo EHT, pelo Webb, em raios X e por outros observatórios diminuam a margem de erro nos cálculos da relatividade geral, ou talvez apontem para novos reinos da física que não entendemos atualmente. 

As informações obtidas com o estudo de Sgr A* serão aplicadas a outros buracos negros, para aprender o que é fundamental à sua natureza e o que torna um buraco negro único. 

O telescópio espacial James Webb será o principal observatório de ciências espaciais do mundo quando for lançado ainda no final deste ano. Este telescópio resolverá mistérios no nosso Sistema Solar, olhará mais além para mundos distantes em torno de outras estrelas e investigará as misteriosas estruturas e origens do nosso Universo.

Fonte: Space Telescope Science Institute