Uma nova possível explicação para a tensão de Hubble

O Universo está se expandindo. A velocidade a que se expande é descrita pela chamada constante de Hubble-Lemaitre.

© U. Bonn (distribuição da matéria no espaço)

A imagem mostra a distribuição da matéria no espaço (azul; os pontos amarelos representam galáxias individuais). A Via Láctea (verde) encontra-se numa zona com pouca matéria. As galáxias na bolha movem-se na direção das densidades de matéria mais elevadas (setas vermelhas).

Mas há uma controvérsia acerca do valor preciso da constante de Hubble-Lemaitre: diferentes métodos de medição fornecem valores contraditórios. A chamada "tensão de Hubble" constitui um quebra-cabeças para os cosmólogos. 

Os pesquisadores das Universidades de Bonn e de St. Andrews propõem agora uma nova solução: utilizando uma teoria alternativa da gravidade, a discrepância entre os valores medidos pode ser facilmente explicada, a tensão de Hubble desaparece.

A expansão do Universo faz com que as galáxias se afastem umas das outras. A velocidade a que o fazem é proporcional à distância que as separa. Por exemplo, se a galáxia A estiver duas vezes mais longe da Terra do que a galáxia B, a sua distância de nós também aumenta duas vezes mais depressa. O astrônomo americano Edwin Hubble foi um dos primeiros a reconhecer esta relação. Para calcular a velocidade a que duas galáxias se afastam uma da outra, é necessário saber a distância que as separa. 

No entanto, isto também requer uma constante pela qual esta distância deve ser multiplicada. Esta é a chamada constante de Hubble-Lemaitre, um parâmetro fundamental em cosmologia. O seu valor pode ser determinado, por exemplo, observando as regiões muito distantes do Universo. Isto dá uma velocidade de quase 244.000 quilômetros por hora por megaparsec de distância (um megaparsec corresponde a pouco mais de três milhões de anos-luz). 

Mas também podemos olhar para corpos celestes que estão muito mais perto de nós, as chamadas supernovas do Tipo Ia, que são uma determinada categoria de explosão estelar. É possível determinar com grande exatidão a distância de uma supernova do Tipo Ia à Terra. Também sabemos que os objetos brilhantes mudam de cor quando se afastam de nós, e quanto mais depressa se afastam, mais forte é a mudança. Isto é semelhante a uma ambulância, cuja sirene soa mais grave à medida que se afasta de nós. Se calcularmos a velocidade das supernovas do Tipo Ia a partir da sua mudança de cor e a correlacionarmos com a sua distância, chegamos a um valor diferente para a constante de Hubble-Lemaitre, ou seja, um pouco menos de 264.000 quilômetros por hora por megaparsec de distância.

O Universo parece, portanto, estar se expandindo mais rapidamente na nossa vizinhança, ou seja, até uma distância de cerca de três bilhões de anos-luz do que na sua totalidade. No entanto, foi recentemente feita uma observação que pode explicar este fato. De acordo com esta observação, a Terra está localizada numa região do espaço onde existe relativamente pouca matéria, comparável a uma bolha de ar num bolo. A densidade da matéria é maior à volta da bolha. As forças gravitacionais emanam desta matéria circundante, que puxa as galáxias na bolha para as orlas da cavidade. 

Outro grupo de pesquisa mediu recentemente a velocidade média de um grande número de galáxias que se encontram a 600 milhões de anos-luz de nós. Descobriu-se que estas galáxias se afastam de nós quatro vezes mais depressa do que o modelo padrão da cosmologia permite. Isto deve-se ao fato de o modelo padrão não prever estas "bolhas", elas não deveriam realmente existir. Em vez disso, a matéria deveria estar distribuída uniformemente no espaço. Se fosse este o caso, seria difícil explicar quais as forças que impulsionam as galáxias para a sua alta velocidade.

Os pesquisadores utilizaram uma teoria da gravidade modificada numa simulação em computador. Esta "dinâmica newtoniana modificada" denominada MOND (Modified Newtonian dynamics) foi proposta há quatro décadas pelo físico israelita prof. Dr. Mordehai Milgrom. Atualmente, ainda é considerada uma teoria "forasteira". Contudo, nos cálculos desta pesquisa, a teoria MOND prevê com exatidão a existência de tais bolhas. Se se assumisse que a gravidade se comporta de acordo com os pressupostos de Milgrom, a tensão de Hubble desapareceria: haveria apenas uma constante para a expansão do Universo e os desvios observados deveriam ser irregularidades na distribuição da matéria.

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

Fonte: Universität Bonn

Descoberto um exoplaneta demasiado grande para a sua estrela

Os pesquisadores da Universidade Estatal da Pensilvânia relatam a descoberta de um planeta demasiado massivo que sua estrela hospedeira.

© U. Pensilvânia (ilustração do exoplaneta LHS-3154 b)

O exoplaneta LHS-3154 b é 13 vezes mais massivo do que a Terra e está em órbita da estrela "ultrafria" LHS-3154, que por sua vez é nove vezes menos massiva do que o Sol. A razão de massa do planeta recém-descoberto com a sua estrela é mais de 100 vezes superior ao da Terra e do Sol. 

A descoberta revela o planeta mais massivo conhecido numa órbita próxima em torno de uma estrela anã ultrafria, as estrelas menos massivas e mais frias do Universo. A descoberta vai contra o que as teorias atuais preveem para a formação de planetas em torno de estrelas pequenas e marca a primeira vez que um planeta com uma massa tão elevada foi observado em órbita de uma estrela de massa tão baixa. 

O disco de formação planetária em torno da estrela de baixa massa LHS-3154 não deverá ter massa sólida suficiente para formar este planeta. Mas ele existe, por isso há necessidade de reexaminar a nossa compreensão de como os planetas e as estrelas se formam.

O planeta foi detectado usando o espectrógrafo HPF (Habitable Zone Planet Finder), que foi concebido para detectar planetas em órbita das estrelas mais frias localizados fora do Sistema Solar. Acoplado ao telescópio Hobby-Eberly do Observatório McDonald, EUA, o HPF fornece algumas das medições de maior precisão até à data de tais sinais infravermelhos de estrelas próximas.

O núcleo planetário pesado deste exoplaneta inferido pelas medições da equipe exigiria uma maior quantidade de material sólido no disco de formação planetária do que os modelos atuais preveem. A descoberta também levanta questões sobre os conhecimentos anteriores da formação de estrelas, uma vez que a massa de poeira e a relação poeira-gás do disco que rodeia estrelas como LHS-3154, quando eram jovens e recém-formadas, teriam de ser 10 vezes superiores ao que foi observado para formar um planeta tão massivo.

Um artigo foi escrito na revista Science.

Fonte: Leiden University

Descoberto um disco em torno de uma estrela em outra galáxia

Numa descoberta notável, os astrônomos encontraram um disco em torno de uma estrela jovem na Grande Nuvem de Magalhães, uma galáxia vizinha da Via Láctea.

© ESO (disco e jato do sistema estelar jovem HH 1177)

A imagem á esquerda são observações efetuadas com o instrumento MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer), montado no VLT do ESO, e que mostram a nuvem progenitora, LHA 120-N 180B, na qual o sistema, denominado HH 1177, foi inicialmente observado. A imagem do centro mostra os jatos que o acompanham. A parte superior do jato desloca-se ligeiramente na nossa direção e por isso apresenta-se com um desvio para o azul; a parte inferior do jato está se afastando de nós e por isso é vista com um desvio para o vermelho. A imagem à direita, as observações executadas com o ALMA revelam o disco em rotação em torno da estrela, do mesmo modo com partes se aproximando e afastando de nós.

Trata-se da primeira vez que um disco deste tipo, idêntico aos que formam planetas na Via Láctea, é encontrado fora da nossa Galáxia. As novas observações revelam uma estrela jovem de grande massa crescendo e acumulando matéria do meio que a envolve, dando assim origem a um disco em rotação. A detecção do disco foi feita com o auxílio do Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) no Chile, do qual o Observatório Europeu do Sul (ESO) é um parceiro. Os discos são vitais para a formação de estrelas e planetas na Via Láctea e, pela primeira vez, temos agora provas diretas da ocorrência do mesmo fenômeno em outra galáxia. 

Para ter a prova irrefutável de que este disco estava de fato presente, a equipe teve que medir o movimento do gás denso em torno da estrela. Quando a matéria é atraída por uma estrela em crescimento, não cai diretamente sobre ela; em vez disso, achata-se num disco que gira em torno da estrela. Mais perto do centro, o disco roda mais depressa, e esta diferença de velocidade é a pista que assinala a existência de um disco de acreção.

A frequência da radiação varia consoante a velocidade a que o gás que emite esta radiação se move em direção a nós ou na direção oposta, caracterizando o efeito Doppler. Trata-se exatamente do mesmo fenômeno que ocorre quando o tom da sirene de uma ambulância muda ao passar por nós e a frequência do som muda de mais alta para mais baixa. As medições de frequência detalhadas de que o ALMA é capaz permitiram distinguir a rotação caraterística de um disco, confirmando a primeira detecção de um disco em torno de uma estrela extragaláctica jovem. 

As estrelas de grande massa, como a que foi aqui observada, formam-se muito mais rapidamente e têm vidas muito mais curtas do que as estrelas de pequena massa, como é o caso do nosso Sol. Na nossa Galáxia, estas estrelas massivas são notoriamente difíceis de observar, estando frequentemente obscurecidas pelo material poeirento a partir do qual se formaram no momento em que um disco está se formando à sua volta. 

No entanto, na Grande Nuvem de Magalhães, uma galáxia situada a 160.000 anos-luz de distância da Terra, o material a partir do qual estão se formando novas estrelas é fundamentalmente diferente do da Via Láctea. Graças à menor quantidade de poeira aí presente, a HH 1177 já não está envolvida no seu casulo natal, oferecendo uma visão desobstruída, ainda que distante, da formação de estrelas e planetas.

O disco foi descoberto numa região da Grande Nuvem de Magalhães denominada LHA 120-N 180B, veja a publicação intitulada: Bolhas de estrelas recém-nascidas. 

Um artigo foi publicado na revista Nature. 

Fonte: ESO

Desvendando um raro sistema com seis planetas

O satélite CHEOPS (CHaracterising ExOPlanet Satellite) da ESA forneceu os dados cruciais para compreender um misterioso sistema exoplanetário intrigante.

© T. Roger (padrão geométrico criado com seis exoplanetas)

A estrela HD 110067 encontra-se a cerca de 100 anos-luz de distância, na direção da constelação setentrional de Cabeleira de Berenice. Em 2020, o TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) da NASA detectou quedas no brilho da estrela que indicavam que os planetas estavam passando em frente à sua superfície. Uma análise preliminar revelou dois possíveis planetas. Um com um período orbital de 5,642 dias, e o outro com um período que ainda não era possível determinar. 

Dois anos mais tarde, o TESS voltou a observar a mesma estrela. A análise dos conjuntos de dados combinados excluiu a interpretação original, mas apresentou dois possíveis planetas diferentes. Embora estas detecções fossem muito mais certas do que as originais, havia muita coisa nos dados do TESS que ainda não fazia sentido. 

Foi confirmada também a existência de um terceiro planeta no sistema e notou-se a possibilidade de desvendar todo o sistema, porque era agora claro que os três planetas estavam em ressonância orbital. O planeta mais exterior demora 20,519 dias para completar uma órbita, o que é extremamente perto de 1,5 vezes o período orbital do planeta seguinte, com 13,673 dias. Este, por sua vez, é quase exatamente 1,5 vezes o período orbital do planeta interior, com 9,114 dias. A previsão de outras ressonâncias orbitais e a sua correspondência com os restantes dados incompreendidos permitiu à descoberta dos outros três planetas do sistema. 

A descoberta de sistemas orbitais ressonantes é extremamente importante, porque fornece informações sobre a formação e a evolução subsequente do sistema planetário. Os planetas em torno de estrelas tendem a formar-se em ressonância, mas podem ser facilmente perturbados. Por exemplo, um planeta muito massivo, um encontro próximo com uma estrela passageira, ou um evento de impacto gigante podem perturbar o equilíbrio. Como resultado, muitos dos sistemas multiplanetários conhecidos não estão em ressonância, mas parecem suficientemente próximos para poderem ter sido ressonantes em tempos. No entanto, os sistemas multiplanetários que preservam a sua ressonância são raros. 

Apenas cerca de um por cento de todos os sistemas permanecem em ressonância. É por isso que HD 110067 é especial e convida a um estudo mais aprofundado. Evidencia a configuração prístina de um sistema planetário que sobreviveu intocado. Dos apenas três sistemas ressonantes com seis planetas conhecidos, este é agora o segundo encontrado pelo CHEOPS, e em apenas três anos de operações. 

HD 110067 é o sistema mais brilhante conhecido com quatro ou mais planetas. Uma vez que estes planetas são todos do tamanho de um sub-Netuno, com atmosferas que são provavelmente alargadas, são candidatos ideais para o telescópio espacial James Webb, e os futuros telescópios ARIEL (Atmospheric Remote-sensing Infrared Exoplanet Large-survey) e PLATO (PLAnetary Transits and Oscillations of stars) da ESA, estudarem a composição das suas atmosferas.

Um artigo foi publicado na revista Nature. 

Fonte: Instituto de Astrofísica de Canarias

Esclarecendo a visão de mundos aquáticos distantes

Os cientistas simularam as condições que permitem a formação de céus nublados em exoplanetas ricos em água, um passo crucial para determinar de que forma a nebulosidade dificulta as observações dos telescópios terrestres e espaciais.

 © U. Johns Hopkins (dois exoplanetas orbitando sua estrela hospedeira)

A pesquisa fornece novas ferramentas para estudar a química atmosférica dos exoplanetas e ajudará os cientistas a modelar a forma como os exoplanetas com água se formam e evoluem, descobertas que poderão ajudar na procura de vida para além do nosso Sistema Solar.

Segundo os pesquisadores, o fato de a atmosfera de um planeta conter neblinas ou outras partículas tem uma influência marcante nas temperaturas globais, nos níveis de entrada da luz estelar e em outros fatores que podem dificultar ou promover a atividade biológica. 

As experiências foram realizadas numa câmara para determinar a quantidade de neblina que se pode formar em planetas aquáticos fora do Sistema Solar. A neblina é constituída por partículas sólidas suspensas em gás e altera a forma como a luz interage com este gás. Diferentes níveis e tipos de neblina podem afetar a forma como as partículas se espalham através de uma atmosfera, alterando a detecção de planetas distantes com telescópios.

Os cientistas estudam os exoplanetas com telescópios que observam a forma como a luz atravessa a sua atmosfera, detectando a forma como os gases atmosféricos absorvem diferentes tonalidades ou comprimentos de onda desta luz. Observações distorcidas podem levar a erros de cálculo das quantidades de substâncias importantes no ar, como a água e o metano, e do tipo e níveis de partículas na atmosfera. Tais interpretações errôneas podem prejudicar as conclusões sobre as temperaturas globais, a espessura de uma atmosfera e outras condições planetárias. 

A equipe criou duas misturas de gás contendo vapor de água e outros compostos que se supõe serem comuns em exoplanetas. Então, um feixe de luz ultravioleta foi emitido sobre estas misturas para simular a forma como a luz de uma estrela iniciaria as reações químicas que produzem as partículas de neblina. Depois foi medida a quantidade de luz que as partículas absorviam e refletiam para compreender como interagiam com a luz na atmosfera.

Os novos dados coincidiram com as assinaturas químicas de um exoplaneta bem estudado chamado GJ 1214 b com mais exatidão do que a pesquisa anterior, demonstrando que neblinas com diferentes propriedades ópticas podem levar a interpretações erradas da atmosfera de um planeta. As atmosferas exoplanetárias podem ser muito diferentes das do nosso Sistema Solar, sendo que há mais de 5.000 exoplanetas confirmados com diferentes químicas atmosféricas.

Um artigo foi publicado na revista Nature Astronomy. 

Fonte: Johns Hopkins University

Medindo o tamanho do exoplaneta mais próximo em trânsito

O telescópio espacial Hubble mediu o tamanho do exoplaneta mais próximo da Terra que passa pela face de uma estrela vizinha.

© STScI (ilustração do exoplaneta LTT 1445Ac)

Este alinhamento, chamado trânsito, abre a porta a estudos posteriores para ver que tipo de atmosfera, se é que existe, o mundo rochoso poderá ter. O pequeno planeta, LTT 1445Ac, foi descoberto pela primeira vez pelo TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) da NASA em 2022. Mas a geometria do plano orbital do planeta em relação à sua estrela, vista da Terra, era incerta porque o TESS não tem a resolução óptica necessária. Isto significa que a detecção pode ter sido o chamado trânsito rasante, em que um planeta apenas atravessa uma pequena porção do disco da estrela hospedeira. Isto daria origem a um limite inferior impreciso do diâmetro do planeta.

© STScI (dois cenários do exoplaneta em trânsito)

Este diagrama compara dois cenários de como um exoplaneta do tamanho da Terra passa em frente da sua estrela hospedeira. O percurso inferior mostra o planeta apenas roçando a estrela. Estudar a luz de um trânsito deste tipo pode levar a uma estimativa incorreta do tamanho do planeta, fazendo-o parecer menor do que realmente é. O percurso superior mostra a geometria ótima, em que o planeta transita por todo o disco da estrela. A precisão do telescópio espacial Hubble pode distinguir entre estes dois cenários, produzindo uma medição precisa do diâmetro do planeta.

As observações do Hubble mostram que o planeta faz um trânsito normal por todo o disco da estrela, o que lhe dá um tamanho real de apenas 1,07 vezes o diâmetro da Terra. Isto significa que o planeta é um mundo rochoso, como a Terra, com aproximadamente a mesma gravidade à superfície. Mas, com uma temperatura à superfície de cerca de 260º C, é demasiado quente para a vida tal como a conhecemos. 

O planeta orbita a estrela LTT 1445A, que faz parte de um sistema triplo de três estrelas anãs vermelhas, a 22 anos-luz de distância, na direção da constelação de Erídano. A estrela tem dois outros planetas maiores que LTT 1445Ac. Um par íntimo de duas outras estrelas anãs, LTT 1445B e C, encontra-se a cerca de 4,8 bilhões de quilômetros de distância da estrela LTT 1445A, também resolvido pelo Hubble. O alinhamento das três estrelas e a órbita do par BC, vista de lado, sugerem que tudo no sistema é coplanar, incluindo os planetas conhecidos.

Um artigo foi publicado no periódico The Astronomical Journal. 

Fonte: Harvard–Smithsonian Center for Astrophysics

Utilizando eclipses para calcular a transparência dos anéis de Saturno

Utilizando um novo método baseado na quantidade de luz solar que atingiu a nave espacial Cassini, quando esta se encontrava na sombra dos anéis, foi possível medir a profundidade óptica dos anéis de Saturno.

© Cassini (anéis de Saturno)

A profundidade óptica está relacionada com a transparência de um objeto e mostra a distância que a luz pode percorrer através desse objeto antes de ser absorvida ou dispersa. A pesquisa foi realizada pela Universidade de Lancaster em colaboração com o Instituto Sueco de Física Espacial. 

A nave espacial Cassini foi lançada em 1997 e chegou a Saturno em 2004, realizando o mais extenso estudo do planeta e das suas luas até à data. A missão terminou em 2017, quando a Cassini mergulhou na atmosfera saturniana, depois de ter viajado 22 vezes entre o planeta e os seus anéis. 

O estudante de doutoramento da Universidade de Lancaster, George Xystouris, sob a supervisão do Dr. Chris Arridge, analisou dados históricos da sonda de Langmuir a bordo da Cassini, um instrumento que mede o plasma frio, ou seja, íons e elétrons de baixa energia, na magnetosfera de Saturno. 

Para o seu estudo, concentraram-se nos eclipses solares da nave espacial: períodos em que a Cassini estava na sombra de Saturno ou dos anéis principais. Durante cada eclipse, a sonda de Langmuir registou alterações dramáticas nos dados. Como a sonda é metálica, sempre que está iluminada pelo Sol, a luz solar pode fornecer energia suficiente à sonda para liberar elétrons; isso é o efeito fotoelétrico. Mas podem criar problemas, pois têm as mesmas propriedades que os elétrons do plasma frio que rodeia Saturno e não há uma forma fácil de separar os dois.

Os pesquisadores notaram que este fenômeno estava relacionado com a quantidade de luz solar que cada anel deixava passar. Eventualmente, utilizando as propriedades do material de que era feita a sonda de Langmuir e o brilho do Sol na vizinhança de Saturno, foi calculado a variação do número de fotoelétrons para cada anel e a profundidade óptica dos anéis de Saturno.

Os anéis principais, que se estendem até 140.000 km do planeta, mas têm uma espessura máxima de apenas 1 km, deverão desaparecer da vista da Terra em 2025. Nesse ano, os anéis estarão inclinados na direção da Terra, tornando quase impossível a sua visualização. Durante a fase seguinte da órbita de 29 anos de Saturno, os anéis voltarão a inclinar-se na direção da Terra e continuarão a tornar-se mais visíveis e mais brilhantes até 2032.

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

Fonte: Royal Astronomical Society

Um "cadáver" estelar dá sinais de vida

Uma equipe liderada pela Universidade de Cornell relata que após a morte explosiva de uma estrela distante, um "cadáver" estelar ativo foi a fonte provável de repetidos surtos energéticos observados ao longo de vários meses, um fenômeno nunca visto antes.

© Caltech (ilustração de buraco negro acretando matéria numa galáxia)

Os relâmpagos brilhantes e breves, tão curtos quanto alguns minutos de duração e tão poderosos quanto a explosão original 100 dias depois, apareceram no rescaldo de um tipo raro de cataclismo estelar que os pesquisadores se propuseram a encontrar, conhecido como LFBOT (Luminous Fast Blue Optical Transient). O LFBOT foi oficialmente rotulado AT2022tsd, apelidado de "diabo da Tasmânia", e os subsequentes pulsos de luz vistos estão a cerca de um bilhão de anos-luz da Terra.

Desde a sua descoberta em 2018, os astrônomos têm especulado sobre o que poderá estar na origem de tais explosões extremas, que são muito mais brilhantes do que os fins violentos pelo qual as estrelas massivas normalmente passam, mas que se desvanecem em dias em vez de semanas. 

Especula-se que a atividade anteriormente desconhecida, que foi estudada por 15 telescópios em todo o mundo, confirma que o "motor" deve ser um "cadáver" estelar: um buraco negro ou uma estrela de nêutrons. Isto resolve anos de debate sobre o que está na origem deste tipo de explosão e revela um método direto de estudar a atividade dos cadáveres estelares.

Para aprofundar a pesquisa sobre o abrupto aumento de brilho, os pesquisadores envolveram parceiros que contribuíram com observações de mais de uma dúzia de outros telescópios, incluindo um equipado com uma câmara de alta velocidade. A análise acabou por confirmar pelo menos 14 impulsos de luz irregulares durante um período de 120 dias, provavelmente apenas uma fração do número total. 

Surpreendentemente, em vez de desvanecer de forma constante, como seria de esperar, a fonte voltou a brilhar por breves instantes. Os processos exatos que estiveram em ação - talvez um buraco negro canalizando jatos de material estelar para o exterior a uma velocidade próxima da da luz - continuam a ser estudados. 

No caso dos LFBOTs, a rotação rápida ou um forte campo magnético são provavelmente componentes chave dos seus mecanismos de lançamento. É também possível que não sejam supernovas convencionais, mas sim desencadeadas pela fusão de uma estrela com um buraco negro. 

As explosões incomuns prometem dar uma nova visão dos ciclos de vida estelares, normalmente só vistos em instantâneos de diferentes fases - estrela, explosão, remanescentes - e não como parte de um único sistema. Os LFBOTs podem representar uma oportunidade para observar uma estrela no ato de transição da vida para a morte, onde o cadáver está ativo. Pensa-se que estas erupções podem estar surgindo de um destes cadáveres recém-formados, o que fornece uma forma de estudar as suas propriedades depois da sua formação. 

Um artigo foi publicado na revista Nature. 

Fonte: Cornell University

Nebulosa da Bola de Cristal

A Nebulosa da Bola de Cristal surgiu de uma estrela moribunda que está envolta por um gás fluorescente e dois anéis incomuns.

© Andrea Arbizzi (NGC 1514)

A Nebulosa da Bola de Cristal, conhecida com NGC 1514, localizada na constelação de Taurus a 800 anos-luz de distância da Terra. Ela pertence à classe de objetos denominados de nebulosas planetárias, que se formam quando estrelas morrem e arremessam suas camadas externas de material. A luz ultravioleta da nebulosa, que constituída por um par de estrelas, faz com que o gás fique fluorescente. 

A NGC 1514 foi descoberta em 1790 pelo astrônomo William Herschel, que notou que este fluido brilhante poderia não ser um aglomerado de estrelas apagadas como se suspeitava originalmente. Herschel tinha anteriormente definido o termo de nebulosas planetárias para descrever objetos similares com formas circulares parecidas com planetas. 

As nebulosas planetárias com asas assimétricas de nebulosidade são comuns. Mas nada se assemelha com os anéis ao redor da NGC 1514 descobertos com auxílio do Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE). Estes anéis são feitos de poeira ejetada pelo par de estrelas moribundas localizadas no centro da NGC 1514. Esta explosão de poeira colidiu com as paredes de uma cavidade que já havia sido formada pelos ventos estelares que então formaram os anéis. 

A estrutura da NGC 1514, que pensava-se ser única é provavelmente similar de maneira geral à geometria de outra nebulosa, a Nebulosa da Ampulheta. A estrutura parece diferente na imagem do WISE pois os anéis são detectáveis somente devido ao seu calor, eles não são fluorescentes no comprimento de onda do visível como são em outros objetos. 

Fonte: NASA

Qual a razão pela qual alguns exoplanetas estão encolhendo?

Alguns exoplanetas parecem estar perdendo as suas atmosferas e encolhendo.

© STScI (ilustração do exoplaneta TOI-421 b)

Num novo estudo realizado com dados do aposentado telescópio espacial Kepler da NASA, os astrônomos encontraram evidências de uma possível causa: os núcleos destes planetas estão empurrando as suas atmosferas de dentro para fora.

Os exoplanetas existem numa variedade de tamanhos, desde pequenos planetas rochosos a colossais gigantes gasosos. No meio estão as super-Terras rochosas e os maiores sub-Netunos com atmosferas inchadas. Mas há uma ausência conspícua, uma "lacuna de tamanho", de planetas que se situam entre 1,5 e 2 vezes o tamanho da Terra (ou entre super-Terras e sub-Netunos). 

Os cientistas já confirmaram a detecção de mais de 5.000 exoplanetas, mas há menos planetas do que se esperava com um diâmetro entre 1,5 e 2 vezes o da Terra. 

Os pesquisadores pensam que esta lacuna pode ser explicada pelo fato de certos sub-Netunos perderem a sua atmosfera ao longo do tempo. Esta perda aconteceria se o planeta não tivesse massa suficiente e, portanto, força gravitacional, para manter a sua atmosfera. Assim, os sub-Netunos que não são suficientemente massivos encolheriam até ao tamanho das super-Terras, deixando a lacuna entre os dois tamanhos de planetas. 

Mas a forma exata como estes planetas estão perdendo a sua atmosfera tem permanecido um mistério. Os cientistas chegaram a um consenso sobre dois mecanismos prováveis: um deles é chamado de perda de massa alimentada pelo núcleo; e o outro, fotoevaporação. 

O estudo descobriu novas evidências que apoiam o primeiro. A perda de massa impulsionada pelo núcleo ocorre quando a radiação emitida pelo núcleo quente de um planeta empurra a atmosfera para longe do planeta ao longo do tempo. A outra explicação principal para a lacuna planetária, a fotoevaporação, ocorre quando a atmosfera de um planeta é essencialmente soprada pela radiação quente da sua estrela hospedeira. Neste cenário, a radiação altamente energética da estrela atua como um secador de cabelo num cubo de gelo.

Embora se pense que a fotoevaporação ocorre durante os primeiros 100 milhões de anos de um planeta, a perda de massa alimentada pelo núcleo ocorre muito mais tarde, perto um bilhão de anos de vida de um planeta. 

Neste estudoforam utilizados dados do K2 da NASA, uma missão alargada do telescópio espacial Kepler, para observar os aglomerados estelares do Presépio e das Híades, que têm entre 600 milhões e 800 milhões de anos. 

Como se pensa que os planetas têm geralmente a mesma idade que a sua estrela hospedeira, os sub-Netunos deste sistema estariam para além da idade em que a fotoevaporação poderia ter tido lugar, mas não suficientemente velhos para terem sofrido uma perda de massa impulsionada pelo núcleo. Assim, ao verificar que haviam muitos sub-Netunos nos aglomerados do Presépio e das Híades (em comparação com estrelas mais velhas em outros aglomerados), poderia concluir que a fotoevaporação não tinha ocorrido. Neste caso, a perda de massa alimentada pelo núcleo seria a explicação mais provável para o que acontece aos sub-Netunos menos massivos ao longo do tempo. 

Ao observar os aglomerados do Presépio e das Híades, os pesquisadores descobriram que quase 100% das estrelas nestes aglomerados ainda têm um planeta sub-Netuno ou um candidato a planeta na sua órbita. 

A julgar pelo tamanho destes planetas, os pesquisadores pensam que eles mantiveram as suas atmosferas. Isto difere das outras estrelas mais antigas observadas pelo K2 (estrelas com mais de 800 milhões de anos), das quais apenas 25% têm sub-Netunos em órbita. 

A idade mais avançada destas estrelas está mais próxima do período de tempo em que se pensa que ocorre a perda de massa impulsionada pelo núcleo. A partir destas observações, a concluiu-se que a fotoevaporação não poderia ter ocorrido nos aglomerados do Presépio e das Híades. Se tivesse acontecido, teria ocorrido centenas de milhões de anos antes, e estes planetas teriam pouca ou nenhuma atmosfera. Isto deixa a perda de massa alimentada pelo núcleo como a principal explicação para o que provavelmente acontece com as atmosferas destes planetas. 

Mas a pesquisa está longe de estar concluída, e é possível que a compreensão atual da fotoevaporação e/ou da perda de massa alimentada pelo núcleo possa evoluir. As descobertas serão provavelmente postas à prova por estudos futuros antes que alguém possa declarar o mistério desta lacuna planetária resolvido de uma vez por todas.

Um artigo foi publicado no periódico The Astronomical Journal. 

Fonte: Jet Propulsion Laboratory

Uma explosão de raios gama e os seus efeitos na ionosfera terrestre

Uma enorme explosão de raios gama, detectada pelo telescópio espacial Integral da ESA, atingiu a Terra.

© ESA (ilustração da explosão de raios gama)

A explosão causou uma perturbação significativa na ionosfera do nosso planeta. Estas perturbações estão normalmente associadas a eventos de partículas energéticas no Sol, mas esta foi o resultado da explosão de uma estrela a quase dois bilhões de anos-luz de distância.

A análise dos efeitos da explosão pode fornecer informações sobre as extinções em massa na história da Terra. Às 14:21 de 9 de outubro de 2022, uma explosão de raios gama (ou GRB, Gamma-Ray Burst) extremamente brilhante e de longa duração foi detectada por muitos dos satélites de alta energia em órbita perto da Terra, incluindo a missão Integral da ESA. 

O Integral (INTErnational Gamma-Ray Astrophysics Laboratory) foi lançado pela ESA em 2002 e tem detectado explosões de raios gama quase todos os dias. No entanto, a GRB 221009A foi menos vulgar. As explosões de raios gama foram, em tempos, acontecimentos misteriosos, mas atualmente reconhece-se que são a liberação de energia de estrelas em explosão, as chamadas supernovas, ou da colisão de duas estrelas de nêutrons superdensas. 

Estatisticamente, um GRB tão forte como GRB 221009A chega à Terra apenas uma vez em cada 10.000 anos. Durante os 800 segundos de impacto dos raios gama, a explosão emitiu energia suficiente para ativar detectores de relâmpagos na Índia. Instrumentos na Alemanha detetaram sinais de que a ionosfera da Terra foi perturbada durante várias horas pela explosão. 

A ionosfera é a camada da atmosfera superior da Terra que contém gases eletricamente carregados denominados plasma. Estende-se de cerca de 50 km a 950 km de altitude. Os pesquisadores referem-se a ela como a ionosfera superior, acima dos 350 km, e a ionosfera inferior, abaixo dos 350 km. A ionosfera é tão tênue que as naves espaciais podem manter órbitas na maior parte da ionosfera. 

Uma destas naves espaciais é o CSES (China Seismo-Electromagnetic Satellite), também conhecido como Zhangheng, uma missão espacial sino-italiana. Foi lançada em 2018 e monitora a parte superior da ionosfera para detectar alterações no seu comportamento eletromagnético. A sua missão principal é estudar possíveis ligações entre as alterações na ionosfera e a ocorrência de eventos sísmicos, como terremotos, mas também pode estudar o impacto da atividade solar na ionosfera. 

No passado, foram observados GRBs afetando a ionosfera inferior durante a noite, quando a influência solar é removida, mas nunca no lado superior. Isto levou a crer que, quando chega à Terra, a explosão de um GRB já não é suficientemente poderosa para produzir uma variação na condutividade da ionosfera que conduza a uma variação do campo elétrico. Pela primeira vez, foi vista uma perturbação intensa sob a forma de uma forte variação do campo elétrico na ionosfera superior.

Este GRB em particular teve lugar numa galáxia a quase 2 bilhões de anos-luz de distância, mas ainda assim teve energia suficiente para afetar a Terra. Embora o Sol seja normalmente a principal fonte de radiação suficientemente forte para afetar a ionosfera da Terra, este GRB acionou instrumentos geralmente reservados para estudar as imensas explosões na atmosfera do Sol conhecidas como erupções solares.

Este fato reforça a ideia de que uma supernova com possíveis consequências de uma explosão de raios gama na Via Láctea pode ter consequências muito mais graves. Na pior das hipóteses, a explosão não só afetaria a ionosfera, como também poderia danificar a camada de ozônio, permitindo que a perigosa radiação ultravioleta do Sol chegasse à superfície da Terra. Especula-se que este efeito seja uma possível causa de alguns dos eventos de extinção em massa que se sabe terem ocorrido na Terra no passado. 

Um artigo foi publicado na revista Nature Communications. 

Fonte: ESA

As primeiras imagens do Euclid: a deslumbrante intensidade da escuridão

A missão espacial Euclid da ESA revelou as suas primeiras imagens a cores do cosmos.

© Euclid (Barnard 33)

O Euclid mostra-nos uma vista detalhada espetacularmente panorâmica da Nebulosa Cabeça de Cavalo, também conhecida como Barnard 33 e parte da constelação de Órion. Na nova observação do Euclid deste viveiro estelar, os cientistas esperam encontrar muitos planetas com a massa de Júpiter, nunca antes vistos, na sua infância celeste, bem como jovens estrelas e anãs marrons. 

Nunca anteriormente foi um telescópio capaz de criar imagens astronômicas tão nítidas através de uma tão grande parcela do céu e de olhar para tão longe no Universo distante. O telescópio está pronto para criar o mais vasto mapa 3D do Universo, para descobrir alguns dos seus segredos ocultos. 

O Euclid, o detetive do Universo escuro, tem uma tarefa difícil: explorar como a matéria escura e a energia escura fizeram com que o nosso Universo se parecesse como é hoje. 95% do nosso cosmos parece ser feito destas misteriosas entidades. Mas não compreendemos o que são porque a sua presença causa apenas mudanças muito sutis na aparência e nos movimentos das coisas que conseguimos ver. 

Para revelar a influência "escura" no Universo visível, o Euclid irá observar as formas, distâncias e movimentos de bilhões de galáxias que se encontram até 10 bilhões de anos-luz. Ao fazê-lo, criará o maior mapa cósmico 3D alguma vez feito. O que torna especial a vista do cosmos do Euclid é a sua capacidade de criar, de uma só vez, uma imagem infravermelha extraordinariamente nítida através de uma parcela enorme do céu. As imagens divulgadas mostram esta capacidade especial: de estrelas brilhantes a galáxias indistintas, as observações mostram a integralidade destes objetos celestes, enquanto permanecem extremamente nítidas, mesmo quando é feito o zoom de galáxias distantes.

A matéria escura atrai as galáxias e fazendo-as girar mais rapidamente do que a matéria visível, por si só, poderia fazer; a energia escura está gerando a expansão acelerada do Universo.  As primeiras imagens captadas pelo Euclid são impressionantes e lembram-nos porque é essencial ir para o espaço para aprender mais sobre os mistérios do Universo.

Ao longo de seis anos, o Euclid examinará um-terço do céu com uma exatidão e sensibilidade sem precedentes. À medida que a missão for avançando, o banco de dados do Euclid será lançado uma vez por ano e será disponibilizado à comunidade científica global através do Astronomy Science Archives alojado no Centro de Astronomia Espacial Europeu da ESA, na Espanha.

Fonte: ESA

Uma visão colorida do Universo

O telescópio espacial James Webb e o telescópio espacial Hubble uniram-se para estudar um extenso aglomerado de galáxias conhecido como MACS0416.

© Hubble / Webb (MACS0416)

A imagem pancromática resultante combina luz visível e infravermelha para reunir uma das vistas mais abrangentes do Universo jamais obtidas. 

Localizado a cerca de 4,3 bilhões de anos-luz da Terra, MACS0416 é um par de aglomerados de galáxias em colisão que acabarão por se combinar para formar um aglomerado ainda maior. O MACS0416 está sendo chamado de aglomerado de galáxias da Árvore de Natal, tanto por ser tão colorido como por causa destas luzes cintilantes que encontramos no seu interior. 

A imagem revela uma riqueza de pormenores que só é possível captar combinando o poder de ambos os telescópios espaciais. Inclui uma abundância de galáxias no exterior do aglomerado e um conjunto de fontes que variam ao longo do tempo, provavelmente devido à lente gravitacional, a distorção e amplificação da luz de fontes de fundo distantes. 

Este aglomerado foi o primeiro de um conjunto de vistas profundas e sem precedentes do Universo, obtidas através de um programa ambicioso e colaborativo do Hubble chamado Frontier Fields, inaugurado em 2014. O Hubble foi pioneiro na procura de algumas das galáxias intrinsecamente mais tênues e mais jovens. O Webb reforça significativamente este olhar profundo, indo ainda mais longe no início do Universo com a sua visão infravermelha.

Para criar a imagem, em geral, os comprimentos de onda mais curtos da luz foram codificados com a cor azul, os comprimentos de onda mais longos com a cor vermelha e os comprimentos de onda intermediários com a cor verde. A vasta gama de comprimentos de onda, de 0,4 a 5 micrômetros, produz uma paisagem particularmente vívida de galáxias.

Estas cores dão pistas sobre as distâncias das galáxias: As galáxias mais azuis estão relativamente próximas e mostram frequentemente uma intensa formação estelar, como foi detectado pelo Hubble, enquanto as galáxias mais vermelhas tendem a estar mais distantes, como foi detectado pelo Webb. Algumas galáxias também aparecem muito vermelhas porque contêm grandes quantidades de poeira cósmica que tende a absorver as cores mais azuis da luz das estrelas.

O objetivo da observação era procurar objetos que variassem de brilho observado ao longo do tempo, conhecidos como transientes. Foram identificados 14 destes transientes em todo o campo de visão. Doze destes transientes estavam localizados em três galáxias que são altamente ampliadas por lentes gravitacionais, e são provavelmente estrelas individuais ou sistemas de estrelas múltiplas que são muito ampliados brevemente. Os restantes dois transientes encontram-se em galáxias de fundo mais moderadamente ampliadas e são suscetíveis de serem supernovas.

Entre os transientes identificados, um destacou-se em particular. Localizado numa galáxia que existia cerca de 3 bilhões de anos após o Big Bang, está ampliada por um fator de pelo menos 4.000, é o sistema estelar de "Mothra", numa alusão à sua "natureza monstruosa", sendo ao mesmo tempo extremamente brilhante e extremamente ampliado. Junta-se a outra estrela que sofre o efeito de lente que os pesquisadores identificaram anteriormente e que apelidaram de "Godzilla". Curiosamente, Mothra também é visível nas observações do Hubble efetuadas nove anos antes. Isto é incomum, porque é necessário um alinhamento muito específico entre o aglomerado de galáxias em primeiro plano e a estrela de fundo para ampliar um objeto desta maneira. 

Os movimentos mútuos da estrela e do aglomerado deveriam ter acabado por eliminar este alinhamento. A explicação mais provável é que existe um objeto adicional no interior do aglomerado em primeiro plano que está aumentando a ampliação. A equipe conseguiu determinar que a sua massa se situa entre 10 mil e 1 milhão de vezes a massa do nosso Sol. A natureza exata permanece desconhecida. A explicação mais provável é um aglomerado globular de estrelas que é demasiado tênue para ser visto diretamente pelo Webb.

Um artigo foi publicado no periódico Astronomy & Astrophysics. Um outro artigo foi para publicação no periódico The Astrophysical Journal.

Fonte: Space Telescope Science Institute

Descoberta uma galáxia muito escura

Os astrônomos descobriram uma galáxia fantasmagórica com cerca de metade do tamanho da Via Láctea, mas não mais massiva do que a pequena Nuvem de Magalhães, o satélite anão da nossa Galáxia.

© IAC (galáxia Nube)

Como as estrelas da nova galáxia estão espalhadas por um enorme volume, ela é invisível para a maioria dos telescópios, como um espectro de Halloween. A origem de Nube (nuvem em espanhol), como os astrônomos chamam a nova descoberta, pode desafiar as ideias populares sobre a natureza da matéria escura. 

Nos últimos anos, instalações como o Dragonfly Telephoto Array no Novo México revelaram pela primeira vez a existência de galáxias ultradifusas (UDGs) que exibem um brilho superficial incomumente baixo. No entanto, Nube é ainda mais extremo. 

Uma equipe internacional liderada por Mireia Montes, do Instituto de Astrofísica das Canárias (IAC), Espanha, encontrou acidentalmente a mancha tênue num levantamento profundo de uma faixa equatorial do céu dentro da constelação de Cetus, a Baleia. Observações de rádio de acompanhamento com o telescópio Green Bank de 110 metros na Virgínia Ocidental produziram o desvio para o vermelho da galáxia, que corresponde a uma distância de cerca de 350 milhões de anos-luz. 

Usando imagens profundas e multicoloridas obtidas com o Gran Telescopio Canarias de 10,4 metros em La Palma, Montes e os seus colegas estimam uma massa estelar de cerca de 400 milhões de massas solares e uma idade de 10 bilhões de anos. 

Apesar das novas descobertas, no entanto, a origem das galáxias ultradifusas (ou quase escuras) ainda confunde os astrônomos. No caso de Nube, há evidências convincentes de que nasceu como um objeto isolado. Além disso, a sua forma extremamente regular e simétrica sugere que nunca experimentou interações que pudessem explicar as suas propriedades estranhas.

Nube contém muita matéria escura, provavelmente distribuída em um grande halo. As observações do Green Bank revelam as propriedades dinâmicas do gás hidrogênio neutro do sistema e indicam uma massa galáctica total de mais de 25 bilhões de massas solares, cerca de 25 vezes mais do que as estrelas e o gás hidrogênio combinados. 

No entanto, há um problema: simulações cosmológicas baseadas nas atuais teorias da matéria escura (nas quais o material misterioso consiste em partículas massivas de interação fraca, ou WIMPs) não conseguem produzir galáxias como a nova descoberta. Galáxias simuladas com massas estelares e massas de halo de matéria escura como Nube invariavelmente revelam-se muito menores.

Na verdade, se a matéria escura consistir em partículas semelhantes a áxions de massa extremamente baixa (também conhecidas como matéria escura difusa), as propriedades observadas de Nube podem ser reproduzidas. Embora a matéria escura difusa possa aliviar alguns dos problemas que aparecem no cenário da matéria escura fria, é necessário mais trabalho para avaliar este modelo. 

Os resultados serão apresentados no periódico Astronomy & Astrophysics.

Fonte: Sky & Telescope

UHZ1: galáxia distante e buraco negro

Dominado pela matéria escura, o enorme aglomerado de galáxias Abell 2744 é conhecido por alguns como Aglomerado de Pandora.

© Chandra / Webb (Abell 2744 e UHZ1)

O aglomerado está localizado a 3,5 bilhões de anos-luz de distância, em direção à constelação do Escultor. 

Usando a enorme massa do aglomerado de galáxias como lente gravitacional para distorcer o espaço-tempo e ampliar objetos ainda mais distantes diretamente atrás dele, os astrônomos encontraram uma galáxia de fundo, UHZ1, com um notável desvio para o vermelho de Z=10,1. Isto coloca o UHZ1 muito além de Abell 2744, a uma distância de 13,2 bilhões de anos-luz, visto quando o nosso Universo tinha cerca de 3% da sua idade atual. 

O UHZ1 é identificado nas inserções desta imagem composta combinando raios X (tons roxos) do Observatório de Raios X Chandra, baseado no espaço, e luz infravermelha do Telescópio Espacial James Webb. 

A emissão de raios X do UHZ1 detectada nos dados do Chandra é a assinatura reveladora de um buraco negro supermassivo em crescimento no centro da galáxia com redshift muito alto. Isto faz do buraco negro crescente de UHZ1 o mais distante alguma vez detectado em raios X, um resultado que agora sugere como e quando se formaram os primeiros buracos negros supermassivos do Universo.

Fonte: NASA