Os arredores de um buraco negro e de um remanescente de supernova

O XRISM (X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission) revelou a estrutura, o movimento e a temperatura do material em torno de um buraco negro supermassivo e num remanescente de supernova com um pormenor sem precedentes.

© JAXA (ilustração da região central de um núcleo galáctico ativo)

Os astrônomos apresentaram os primeiros resultados científicos do novo telescópio de raios X menos de um ano após o seu lançamento. 

O que é que um buraco negro gigantesco e os restos de uma estrela massiva que explodiu têm em comum? São ambos fenômenos celestes dramáticos em que um gás extremamente quente produz raios X altamente energéticos que o XRISM consegue ver. Nos seus primeiros resultados, a missão liderada pela JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency), com a participação da ESA (European Space Agency), mostra as suas capacidades únicas para revelar a velocidade e a temperatura do gás quente, chamado plasma, e as estruturas tridimensionais do material que rodeia um buraco negro e uma explosão estelar. 

Numa das suas observações de "primeira luz", o XRISM focou-se no remanescente de supernova N132D, localizado na Grande Nuvem de Magalhães a cerca de 160.000 anos-luz da Terra. Esta "bolha" interestelar de gás quente foi expelida pela explosão de uma estrela muito massiva há cerca de 3.000 anos. Usando o seu instrumento Resolve, o XRISM desvendou a estrutura em torno de N132D com grande pormenor. 

Contrariamente às suposições anteriores de uma simples concha esférica, os cientistas descobriram que o N132D tem a forma de uma rosquinha. Usando o efeito Doppler, mediram a velocidade a que o plasma quente no remanescente se move em direção a nós ou para longe de nós, e estabeleceram que este está se expandindo a uma velocidade aparente de cerca de 1.200 km/s.

© JAXA (gráfico da temperatura e energia do remanescente N132D)

Esta imagem mostra a observação do telescópio de raios X XRISM da JAXA do remanescente de supernova N132D. No topo da imagem, o remanescente de supernova é visto em raios X. O círculo amarelo representa a área onde o instrumento Resolve do XRISM revelou que o remanescente contém ferro extremamente quente (10 bilhões Kelvin). A linha rosa mostra a borda do remanescente, onde a onda de explosão interage com o meio interestelar, e o gás quente (plasma) é mais frio (cerca de 10 milhões Kelvin).

O espectro mostra muitos elementos químicos que estão presentes no remanescente de supernova N132D. O XRISM pode identificar cada elemento medindo a energia do fóton de raios X específico dos diferentes átomos.

Os átomos de ferro foram aquecidos durante a explosão de supernova através de violentas ondas de choque que se propagam para o interior, um fenômeno que tinha sido previsto pela teoria, mas nunca antes observado. Os remanescentes de supernova como N132D contêm pistas importantes sobre a forma como as estrelas evoluem e como elementos (pesados) essenciais à nossa vida, como o ferro, são gerados e espalhados para o espaço interestelar.

No entanto, os anteriores observatórios de raios X tiveram sempre dificuldade em revelar a forma como a velocidade e a temperatura do plasma eram distribuídas. O XRISM também forneceu aspectos da misteriosa estrutura que rodeia um buraco negro supermassivo.

Apontando para a galáxia espiral NGC 4151, localizada a 62 milhões de anos-luz, as observações do XRISM oferecem uma visão sem precedentes do material muito próximo do buraco negro central da galáxia, que tem uma massa 30 milhões de vezes superior à do Sol. O XRISM captou a distribuição da matéria que circula e que eventualmente cai no buraco negro ao longo de um raio alargado, que vai de 0,001 a 0,1 anos-luz, ou seja, desde uma distância comparável à separação Sol-Úrano até 100 vezes essa distância.

Ao determinar os movimentos dos átomos de ferro a partir da sua assinatura de raios X, os cientistas mapearam uma sequência de estruturas em torno do buraco negro gigante: desde o disco que "alimenta" o buraco negro até ao toro em forma de rosquinha. 

Embora as observações de rádio e no infravermelho tenham revelado a presença de um toro em forma de rosquinha em volta de buracos negros em outras galáxias, a técnica espectroscópica do XRISM é a primeira, e atualmente a única, forma de descobrir como o gás perto do buraco negro central é formado e se move. 

As observações feitas com o XRISM complementarão as do telescópio de raios X XMM-Newton da ESA e constituirão uma excelente base para as observações planejadas com a futura missão de grande porte NewAthena da ESA. Esta última está sendo concebida para exceder significativamente o desempenho científico dos atuais observatórios de raios X espectroscópicos e de levantamento.

Fonte: Japan Aerospace Exploration Agency

Nova imagem melhorada da galáxia IC 1954

A galáxia espiral IC 1954, localizada a 45 milhões de anos-luz da Terra na constelação Horologium, é a estrela nesta imagem telescópio espacial Hubble.

© Hubble (IC 1954)

Ela ostenta uma barra brilhante em seu núcleo, dois braços espirais principais majestosamente sinuosos e nuvens de poeira escura sobre ela. Uma imagem desta galáxia foi lançada anteriormente em 2021; a imagem atual é totalmente nova e agora inclui dados H-alfa.

A cobertura aprimorada de nebulosas formadoras de estrelas, que são emissoras proeminentes da luz vermelha H-alfa, pode ser vista nas numerosas manchas brilhantes e rosadas no disco da galáxia. Curiosamente, alguns astrônomos postulam que a "barra" da galáxia é, na verdade, uma região energética de formação de estrelas que por acaso fica sobre o centro galáctico. 

Os novos dados apresentados nesta imagem vêm de um programa para estender a cooperação entre vários observatórios: o telescópio espacial Hubble, o telescópio espacial infravermelho James Webb e o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, um radiotelescópio terrestre. 

Ao pesquisar a IC 1954 e mais de cinquenta outras galáxias próximas em luz de rádio, infravermelha, óptica e ultravioleta, os astrônomos pretendem rastrear e reconstruir completamente o caminho que a matéria percorre através das estrelas e do gás e poeira interestelar em cada galáxia.

As capacidades de observação do Hubble formam uma parte importante desta pesquisa: ele pode captar estrelas mais jovens e aglomerados de estrelas quando eles são mais brilhantes em comprimentos de onda ultravioleta e ópticos, e seu filtro H-alfa rastreia efetivamente a emissão de nebulosas. O conjunto de dados resultante formará um tesouro de pesquisas sobre a evolução de estrelas em galáxias, que o Webb desenvolverá à medida que continua suas operações científicas no futuro.

Fonte: ESA

A Terra poderá ter tido anéis há 466 milhões de anos

Numa descoberta que desafia a nossa compreensão da antiga história da Terra, foram encontradas evidências que sugerem que ela pode ter tido um sistema de anéis.

© Oliver Hull (ilustração da Terra com um sistema de anéis)

Este sistema de anéis, que se formou há cerca de 466 milhões de anos, no início de um intenso período de bombardeamento de meteoritos, conhecido como o pico de impacto do Ordoviciano.

Esta hipótese surpreendente resulta de reconstruções de placas tectônicas para o período Ordoviciano, que registram as posições de 21 crateras de impacto de asteroides. Todas estas crateras estão localizadas até 30 graus do equador, apesar de mais de 70% da crosta continental da Terra se encontrar fora desta região, uma anomalia que as teorias convencionais não conseguem explicar. 

Os pesquisadores pensam que este padrão de impacto localizado foi produzido depois de um grande asteroide ter tido um encontro próximo com a Terra. Quando o asteroide passou dentro do limite de Roche da Terra, partiu-se devido às forças de maré, formando um anel de detritos em torno do planeta, semelhante aos anéis que se veem atualmente em volta de Saturno e de outros gigantes gasosos.

Ao longo de milhões de anos, o material deste anel caiu gradualmente na Terra, criando o pico de impactos de meteoritos observado no registo geológico, e também é observado que as camadas de rochas sedimentares deste período contêm quantidades extraordinárias de detritos de meteoritos. O que torna esta descoberta ainda mais intrigante são as potenciais implicações climáticas de um tal sistema de anéis. 

Os pesquisadores especulam que o anel poderá ter projetado uma sombra sobre a Terra, bloqueando a luz solar e contribuindo para um evento de arrefecimento global significativo, conhecido como o Período Glaciar Hirnantiano. Este período, que ocorreu perto do final do Ordoviciano, é reconhecido como um dos mais frios dos últimos 500 milhões de anos da história da Terra.

Normalmente, os asteroides atingem a Terra em locais aleatórios, onde são vistas crateras de impacto distribuídas uniformemente na Lua e em Marte, por exemplo. Para investigar se a distribuição das crateras de impacto do Ordoviciano não é aleatória e está mais próxima do equador, os pesquisadores calcularam a área da superfície continental capaz de preservar crateras desta época. Concentraram-se em crátons estáveis, não perturbados, com rochas mais antigas do que o período Ordoviciano médio, excluindo as áreas enterradas sob sedimentos ou gelo, as regiões erodidas e as afetadas pela atividade tectônica. 

Utilizando uma abordagem GIS (Geographic Information System), foram identificadas regiões geologicamente adequadas em diferentes continentes. Regiões como a Austrália Ocidental, África, o Cráton Norte-Americano e pequenas partes da Europa foram consideradas adequadas para a preservação de tais crateras. 

Apenas 30% da área terrestre adequada foi determinada como estando perto do equador, mas todas as crateras de impacto deste período foram encontradas nesta região. A probabilidade de isto acontecer é como atirar uma moeda de três lados (se tal coisa existisse) e obter coroa 21 vezes. 

As implicações desta descoberta vão para além da geologia, levando os cientistas a reconsiderar o impacto mais alargado dos eventos celestes na história evolutiva da Terra. Também levanta novas questões sobre a possibilidade de existirem outros antigos sistemas de anéis que possam ter influenciado o desenvolvimento da vida na Terra. 

Poderão anéis semelhantes ter existido em outros pontos da história do nosso planeta, afetando tudo, desde o clima à distribuição da vida? Esta exploração abre uma nova fronteira no estudo do passado da Terra, fornecendo novas informações sobre as interações dinâmicas entre a Terra e o cosmos mais vasto.

Um artigo foi publicado no periódico Earth and Planetary Science Letters. 

Fonte: Monash University

A galáxia M100 e o planeta anão Ceres

A perspectiva conta muito na vida, especialmente ao observar o espaço profundo.

© Damon Mitchell Scotting (M100 e Ceres)

Nesta rara e maravilhosa ocasião, o astrofotógrafo Damon Mitchell Scotting conseguiu captar o planeta anão Ceres, mais de um bilhão de vezes menor que sua contraparte galáctica, transitando além dos braços espirais da galáxia. 

A sequência de imagens, com exposições longas num período de oito horas, foi obtida no Observatório El Sauce, Río Hurtado, Chile, nos dias 22, 27 e 31 de março de 2023, 12 de janeiro e 2 de março de 2024. 

Esta fotografia foi altamente recomendada na categoria Planetas, Cometas e Asteroides na premiação do Astronomy Photographer of the Year Planets do Royal Museums Greenwich. 

Fonte: Royal Observatory

Sombras distorcidas da superfície da Lua

Numa imagem obtida em 14 de outubro de 2023, são vistas sombras distorcidas da superfície da Lua criadas por um eclipse anular do Sol.

© Ryan Imperio (sombras distorcidas da superfície da Lua durante um eclipse anular do Sol)

Esta é uma sequência de imagens captadas continuamente mostrando a progressão das contas de Baily no terceiro contato, ou seja, durante o fim da anularidade, o momento em que a borda oeste da Lua revela o disco do Sol durante o eclipse anular. 

As contas de Baily são formadas quando a luz do Sol brilha através dos vales e crateras da superfície da Lua, quebrando o conhecido padrão de anéis do eclipse, e só são visíveis quando a Lua entra ou sai de um eclipse. Elas são um desafio para captar devido à sua brevidade e ao tempo preciso necessário. 

A imagem foi tirada pelo astrofotógrafo Ryan Imperio, que foi o vencedor geral do concurso Astronomy Photographer of the Year concedido pelo Royal Museums Greewich. 

Fonte: Royal Observatory

Nova 'mini-lua' orbitará a Terra

A Terra está prestes a ganhar um novo companheiro cósmico, um pequeno asteroide que entrará na órbita do nosso planeta por cerca de dois meses.

© Cosmo Novas (asteroide 2024 PT5)

Este fenômeno, que começará em 29 de setembro, destaca a importância do monitoramento contínuo de objetos próximos à Terra (NEOs) e oferece uma oportunidade única para a comunidade científica estudar as interações gravitacionais entre a Terra e pequenos corpos celestes. 

O asteroide, agora denominado 2024 PT5, foi detectado pela primeira vez em 7 de agosto pelo sistema ATLAS (Asteroid Terrestrial-Impact Last Alert System) da NASA. Este sistema é projetado para identificar e rastrear asteroides que possam representar uma ameaça de impacto para a Terra. 

Com um diâmetro de aproximadamente 10 metros, o 2024 PT5 foi rapidamente identificado e sua trajetória começou a ser monitorada. Os astrônomos que observaram o 2024 PT5 determinaram que ele entrará na órbita da Terra em 29 de setembro e permanecerá até 25 de novembro. Durante esse período, o asteroide fará uma única órbita ao redor do nosso planeta antes de seguir seu caminho pelo Sistema Solar. 

A detecção precoce e o acompanhamento contínuo deste objeto celeste foram possíveis graças aos avanços tecnológicos em sistemas de alerta e monitoramento, como o ATLAS, que desempenham um papel crucial na proteção da Terra contra possíveis impactos. Simulações da trajetória do asteroide mostram que ele seguirá um caminho em forma de ferradura, típico de objetos que se aproximam da Terra a uma velocidade relativa baixa. Este comportamento é semelhante ao de outro asteroide, o 2022 NX1, que também se tornou uma 'mini-lua' da Terra por um breve período em 2022. 

No entanto, há um debate na comunidade científica sobre se o 2024 PT5 pode ser classificado como uma verdadeira ‘mini-lua’, já que o objeto não completará uma revolução completa no sistema Terra-Lua. 

O estudo da trajetória do 2024 PT5 também permitiu aos pesquisadores rastrear sua origem. Eles concluíram que ele provavelmente se originou no cinturão de asteroides Arjuna, um grupo de asteroides com órbitas ao redor do Sol semelhantes à da Terra. O cinturão de asteroides Arjuna é conhecido por conter objetos que possuem órbitas quase co-orbitais com a Terra, o que facilita a captura temporária desses corpos pelo campo gravitacional terrestre. 

No entanto, há uma teoria alternativa proposta por Paul Chodas, diretor do Centro de Estudos de Objetos Próximos à Terra do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA, que sugere que o 2024 PT5 pode ser um fragmento ejetado de um impacto na Lua, adicionando uma camada intrigante à sua história. Essa teoria é suportada por análises das características físicas e composição do asteroide, que podem ser comparadas com amostras lunares conhecidas.

Pesquisadores da Universidade Complutense de Madrid realizaram uma análise detalhada da trajetória do 2024 PT5, utilizando dados sobre seu tamanho, velocidade e trajetória. Eles concluíram que o asteroide entrará temporariamente no campo gravitacional da Terra, completando uma órbita ao redor do planeta em 53 dias antes de escapar de volta ao espaço. Este estudo envolveu a aplicação de modelos matemáticos complexos para prever o comportamento orbital do asteroide, levando em consideração as influências gravitacionais de outros corpos celestes próximos, como a Lua e outros asteroides.

Estudar asteroides como o 2024 PT5 é crucial para a compreensão das dinâmicas dos NEOs e suas interações com a Terra. Esses pequenos corpos celestes não apenas oferecem aspectos sobre a formação e evolução do sistema solar, mas também representam potenciais riscos. A detecção e monitoramento desses corpos podem ajudar a desenvolver estratégias de defesa planetária e abrir novas fronteiras para a exploração espacial.

O estudo desses corpos pode fornecer dados valiosos sobre a composição e estrutura de asteroides, informações que são essenciais para futuras missões de mineração de asteroides e exploração de recursos espaciais. Além disso, a compreensão das trajetórias e comportamentos desses objetos pode melhorar nossa capacidade de prever e mitigar possíveis impactos de asteroides na Terra, contribuindo para a segurança planetária.

Fonte: NASA

Um buraco negro rebelde

Pesquisadores na China descobriram um buraco negro de baixa massa dentro da ilusória lacuna de massa, desafiando o consenso científico anterior.

© SciTechDaily (buraco negro num amplo sistema binário)

Ao combinar velocidade radial e astrometria, eles identificaram esse buraco negro em um amplo sistema binário, desafiando teorias existentes sobre evolução binária e formação de buracos negros. 

Essa descoberta significativa não apenas adiciona um novo membro à gama conhecida de massas de buracos negros, mas também fornece percepções cruciais sobre a dinâmica de sistemas binários e evolução estelar. A pesquisa foi conduzida por uma equipe liderada pelo Dr. Song Wang, um pesquisador associado dos Observatórios Astronômicos Nacionais da Academia Chinesa de Ciências (NAOC). 

Nas últimas seis décadas, cientistas descobriram duas dúzias de buracos negros de massa estelar usando métodos de raios X. A distribuição de massa desses buracos negros, principalmente entre 5 a 25 massas solares, mostra uma escassez de buracos negros com massas variando de três a cinco massas solares. A lacuna de massa pode ser causada por mecanismos especiais durante explosões de supernovas que impedem a formação de buracos negros dentro dessa faixa de massa. Também pode ser devido ao viés observacional, já que binários incluindo buracos negros de menor massa são mais facilmente interrompidos por chutes natais durante explosões de supernovas e, portanto, são mais difíceis de detectar. 

Embora observações recentes de ondas gravitacionais pelo Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory tenham revelado a existência de objetos compactos dentro dessa lacuna de massa, a questão de se buracos negros de baixa massa poderiam existir em binários continua sendo uma questão de debate. Esperava-se que tal sistema fosse não interativo e sem emissão de raios X e poderia ser pesquisado usando métodos de velocidade radial e astrométricos. 

Usando espectroscopia obtida do Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescope (LAMOST) e dados astrométricos do Gaia, este estudo conduziu uma busca por binários contendo componentes compactos. Os pesquisadores descobriram um objeto escuro de baixa massa localizado no sistema binário G3425. A estrela visível é uma gigante vermelha com uma massa de cerca de 2,7 massas solares, enquanto a massa do objeto escuro é de cerca de 3,6 massas solares, com um intervalo de 3,1 a 4,4 massas solares. Não há contribuição de luz de nenhum outro componente no sistema além da gigante vermelha, provando que o companheiro escuro é um buraco negro, com sua massa caindo dentro da lacuna de massa. 

O estudo demonstra que a combinação de velocidade radial e astrometria pode efetivamente detectar objetos compactos quiescentes em sistemas binários. Este sistema intrigante sugere fortemente a existência de sistemas binários contendo buracos negros de baixa massa e pode fornecer informações sobre a formação e evolução de sistemas binários.

Fonte: Nature Astronomy

Buraco negro dizimando sua galáxia

Uma equipe de cientistas, com ajuda do poderoso telescópio espacial James Webb (JWST), testemunhou uma cena cósmica digna de um filme de ação: um buraco negro supermassivo literalmente asfixiando sua própria galáxia.

© Francesco D'Eugenio (galáxia GS-10578)

A galáxia GS-10578, localizada a impressionantes 11,5 bilhões de anos-luz, está sendo privada de gás, o combustível essencial para formar novas estrelas. E tudo por causa de ventos cósmicos impressionantes, viajando a uma velocidade de 5,2 milhões de quilômetros por hora. 

Esse processo é chamado de “morte galáctica por inanição”, ocorre quando o buraco negro no centro da galáxia expulsa o gás necessário para a formação de estrelas, condenando-a a uma existência estéril e quiescente.

Segundo o estudo, isso acontece com algumas galáxias quando suas reservas de gás e poeira se esgotam ou são forçadas a sair. Parece que esse buraco negro decidiu colocar sua galáxia em uma dieta forçada. 

Liderada por cientistas da Universidade de Cambridge, a equipe focou suas observações na galáxia GS-10578, que já recebeu o carinhoso apelido de “Galáxia de Pablo”. O apelido é uma homenagem a um dos cientistas envolvidos, que sugeriu estudá-la mais a fundo.

Embora seja enorme para a época observada, com uma massa 200 bilhões de vezes maior que a do Sol, a galáxia já havia parado de formar estrelas há bilhões de anos. Este “fim precoce” intrigava os cientistas, e o JWST finalmente trouxe as respostas tão aguardadas. As observações revelaram que o buraco negro no centro da galáxia está expelindo gás em quantidade suficiente para impedir o nascimento de novas estrelas. E esses ventos são tão poderosos que o gás é jogado para fora da galáxia sem chance de retorno. Isso acaba com possibilidade de que a galáxia possa retomar sua produção estelar. 

Curiosamente, o gás frio e denso passou despercebido por outros telescópios, pois emite pouca luz. Só o JWST, com sua excelente sensibilidade, foi capaz de caprar esse aspecto galáctico, detectando o fluxo de gás porque ele bloqueia a luz de outras galáxias ao fundo.

Além de trazer novas descobertas, as observações do JWST confirmaram teorias que já sugeriam que buracos negros desempenham o papel de vilões no fim da formação estelar de galáxias. No entanto, esse estudo também trouxe surpresas. Os modelos teóricos anteriores previam que a morte de uma galáxia seria um evento turbulento e caótico, possivelmente desfigurando sua forma. Contudo, as estrelas na Galáxia de Pablo ainda parecem orbitar de maneira organizada, desafiando essas expectativas.

Agora, os pesquisadores pretendem continuar a investigação com o Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA), no Chile. Eles esperam descobrir se há gás denso e frio suficiente na galáxia ou se o buraco negro conseguiu dizimar a galáxia por completo.

Fonte: Nature Astronomy

O remanescente da supernova da Nebulosa da Sereia

Novas estrelas nascem dos restos de estrelas mortas.

© Neil Corke (Nebulosa do Peixe Betta)

O remanescente gasoso do colapso gravitacional e subsequente morte de uma estrela muito massiva na Via Láctea criou o remanescente de supernova G296.5+10.0, do qual a Nebulosa da Sereia em destaque faz parte. Também conhecida como Nebulosa do Peixe Betta, a Nebulosa da Sereia faz parte de uma subclasse incomum de remanescentes de supernova que são de dois lados e quase circulares.

Originalmente descoberta em raios X, a nebulosa filamentosa é uma fonte frequentemente estudada também em luz de rádio e raios gama. A cor azul visível aqui se origina do oxigênio duplamente ionizado (OIII), enquanto o vermelho profundo é emitido pelo gás hidrogênio. O formato de sereia da nebulosa provou ser útil para medições do campo magnético interestelar.

Fonte: NASA