Vários buracos negros descobertos em galáxias anãs

Usando os primeiros dados do DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument), uma equipe de cientistas compilou a maior amostra de sempre de galáxias anãs que abrigam um buraco negro que se alimenta ativamente, bem como a mais extensa coleção de candidatos a buraco negro de massa intermediária até agora.

© NAOJ (mosaico com candidatas a galáxia anã)

Este mosaico mostra uma série de imagens de candidatas a galáxia anã que hospedam um núcleo galáctico ativo, captadas com a Hyper Suprime-Cam do Telescópio Subaru.

Esta dupla proeza não só expande a compreensão sobre a população de buracos negros no Universo, como também prepara o terreno para novas explorações sobre a formação dos primeiros buracos negros do Universo e o seu papel na evolução das galáxias. 

O DESI é um instrumento de última geração que pode captar a luz de 5.000 galáxias simultaneamente. Ele está montado no telescópio Nicholas U. Mayall de 4 metros no Observatório Nacional de Kitt Peak, um programa do NOIRLab (National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory). O programa está agora no seu quarto de cinco anos de observação do céu e deverá estudar cerca de 40 milhões de galáxias e quasares até ao final do projeto. O projeto DESI é uma colaboração internacional de mais de 900 investigadores de mais de 70 instituições de todo o mundo e é gerido pelo Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia dos EUA. 

Com os primeiros dados do DESI, que incluem a validação do levantamento e 20% do primeiro ano de operações, foram obtidos um conjunto de dados sem precedentes que inclui os espectros de 410.000 galáxias, incluindo cerca de 115.000 galáxias anãs, que são galáxias pequenas e difusas contendo milhares a vários bilhões de estrelas e muito pouco gás. 

Embora os astrofísicos estejam razoavelmente confiantes de que todas as galáxias massivas, como a Via Láctea, abrigam buracos negros nos seus centros, o quadro torna-se pouco claro à medida que nos aproximamos do extremo inferior do espectro de massa. Encontrar buracos negros é já um desafio, mas identificá-los em galáxias anãs é ainda mais difícil, devido às suas pequenas dimensões e à capacidade limitada dos nossos instrumentos atuais para resolver as regiões próximas destes objetos. Um buraco negro que se alimenta ativamente é, no entanto, mais fácil de detectar. Quando um buraco negro no centro de uma galáxia começa a alimentar-se, libera uma quantidade tremenda de energia para a sua vizinhança, transformando-se num núcleo galáctico ativo (NGA).

Nesta pesquisa foram identificados um número surpreendente de 2.500 candidatas a galáxia anã que abrigam um NGA, a maior amostra alguma vez descoberta. A fração significativamente mais elevada de galáxias anãs que abrigam um NGA (2%) em relação a estudos anteriores (cerca de 0,5%) é um resultado empolgante e sugere que existe ainda número substancial de buracos negros de baixa massa ainda não descobertos.

© NAOJ (mosaico com candidatos a buraco negro de massa intermediária)

Este mosaico mostra uma série de imagens de candidatos a buraco negro de massa intermediária, organizados por ordem crescente de massa estelar, captadas com a Hyper Suprime-Cam do Telescópio Subaru.

Numa pesquisa separada dos dados DESI, a equipa identificou 300 candidatos a buraco negro de massa intermediária, a coleção mais extensa até à data. A maioria dos buracos negros ou são leves (menos de 100 vezes a massa do nosso Sol) ou supermassivos (mais de um milhão de vezes a massa do nosso Sol). Os buracos negros que se situam entre estes dois extremos são pouco conhecidos, mas pensa-se que sejam as relíquias dos primeiros buracos negros formados no Universo primitivo e as sementes dos buracos negros supermassivos que se encontram atualmente no centro das grandes galáxias.

No entanto, continuam sendo elusivos, com apenas cerca de 100 a 150 candidatos a buraco negro de massa intermediária conhecidos até agora. Com a grande população descoberta pelo DESI, os cientistas dispõem agora de um novo e poderoso conjunto de dados para estudar estes enigmas cósmicos. 

Tipicamente, espera-se que os buracos negros encontrados em galáxias anãs estejam no regime de massa intermediária. Mas, curiosamente, apenas 70 dos candidatos a buraco negro de massa intermediária recentemente descobertos se sobrepõem a candidatos a NGA. Este fato acrescenta outra camada de entusiasmo às descobertas e levanta questões sobre a formação e evolução dos buracos negros nas galáxias. Por exemplo, será que existe alguma relação entre os mecanismos de formação dos buracos negros e os tipos de galáxias que eles habitam?

Um artigo será publicado no periódico The Astrophysical Journal. 

Fonte: National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory

Descoberta a maior coleção de exocometas

Pela primeira vez, astrônomos fizeram imagens de dezenas de cinturões ao redor de estrelas próximas onde cometas e pequenos seixos dentro delas estão orbitando.

© SMA / ALMA (sistemas estelares com cinturões cometários)

Esta galeria contém 74 imagens de diferentes sistemas estelares com cinturões cometários. As estrelas neste estudo variam em idades de muito jovens a meia-idade, como o nosso Sol. E mostra como os cometas desempenham um papel na formação de estrelas e sistemas planetários.

Para encontrar evidências de cometas fora do nosso Sistema Solar, chamados de exocometas, os astrônomos recorreram a duas instalações que detectam bandas específicas de ondas de rádio. Devido ao tamanho da poeira e das rochas nesses cinturões, esse tipo de luz é particularmente bom para encontrar e fazer imagens dessas estruturas.

O Submillimeter Array (SMA) é um conjunto de oito antenas de radiotelescópios perto do cume de Maunakea no Havaí, do Centro de Astrofísica Harvard & Smithsonian (CfA). O Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) é um conjunto de 66 antenas no Deserto do Atacama, no norte do Chile. Um programa conjunto entre o SMA e o ALMA, denominado REASONS (REsolved ALMA and SMA Observations of Nearby Stars), marca um marco significativo no estudo de cinturões exocometários porque suas imagens e análises subsequentes revelam onde os seixos e os exocometas estão localizados.

Nessas regiões, é tão frio (-250 a -150 graus Celsius) que a maioria dos compostos, incluindo água, são congelados como gelo nesses exocometas. Os astrofísicos estão, portanto, observando onde os reservatórios de gelo dos sistemas planetários estão localizados.

Cinturões exocometários são encontrados em pelo menos 20% dos sistemas planetários, incluindo nosso próprio Sistema Solar. O Cinturão de Kuiper é um exemplo de um cinturão cometário em nosso próprio Sistema Solar. Localizado muito além da órbita de Plutão, alguns cientistas acham que o Cinturão de Kuiper é a fonte de água para o Sistema Solar interno onde a Terra está localizada, entregue por cometas bilhões de anos atrás.

A nova galeria mostra uma diversidade notável de estrutura nos cinturões. Alguns são anéis estreitos, enquanto outros são mais largos e podem ser categorizados mais como “discos” do que “cinturões”. Além disso, alguns dos 74 sistemas de exocometas têm vários anéis ou discos e alguns deles são "excêntricos", o que significa não possuir uma órbita circular, mas como uma órbita oval. Isso fornece evidências de que planetas ou talvez luas ainda não detectáveis ​​estão presentes e sua gravidade afeta a distribuição de seixos nesses sistemas.

O conjunto de dados das propriedades de sistemas planetários e cinturões desse programa permitirá estudos do nascimento e evolução desses cinturões, bem como observações de acompanhamento em toda a faixa de comprimento de onda.

Um artigo foi publicado no periódico Astronomy & Astrophysics.

Fonte: Harvard–Smithsonian Center for Astrophysics

Como o aglomerado da Fênix forma estrelas

Pesquisadores, utilizando o telescópio espacial James Webb da NASA, resolveram finalmente o mistério de como um enorme aglomerado de galáxias está formando estrelas a um ritmo tão elevado.

© Hubble / Chandra / VLA (aglomerado da Fênix)

Esta imagem do aglomerado da Fênix combina dados do telescópio espacial Hubble, do observatório de raios X Chandra e do radiotelescópio VLA (Very Large Array). Os raios X do Chandra mostram gás extremamente quente em roxo. Os dados ópticos do Hubble mostram galáxias em amarelo e filamentos de gás mais frio, onde se estão formando estrelas, em azul claro. Os jatos gerados por surtos, representados em vermelho, são vistos em ondas rádio pelo radiotelescópio VLA.

A confirmação do Webb baseia-se em mais de uma década de estudos efetuados com o observatório de raios X Chandra e com o telescópio espacial Hubble, bem como com vários observatórios terrestres.

O aglomerado da Fênix, um grupo de galáxias unidas pela gravidade a 5,8 bilhões de anos-luz da Terra, tem sido alvo do interesse dos astrônomos devido a algumas propriedades únicas. Em particular, algumas que são surpreendentes: uma suspeita de arrefecimento extremo do gás e um ritmo furioso de formação estelar, apesar de um buraco negro supermassivo com cerca de 10 bilhões de massa solar no seu núcleo.

Em outros aglomerado de galáxias observados, o buraco negro supermassivo central libera partículas energéticas e radiação que impedem o gás de arrefecer o suficiente para formar estrelas. Os pesquisadores têm estudado os fluxos de gás no interior deste aglomerado para tentar perceber como é que ele está levando a uma formação estelar tão extrema.

Até à data, no aglomerado da Fênix, os números não estavam coerentes e os pesquisadores estavam perdendo uma parte do processo. O Webb rastreou e mapeou o gás em arrefecimento que faltava e que acabará por alimentar a formação estelar. Mais importante ainda, este gás quente foi encontrado no interior de cavidades que traçam o gás muito quente, com uns escaldantes 10 milhões de graus Celsius, e o gás já arrefecido, com cerca de 10.000º C.

A capacidade do Webb para detectar esta temperatura específica de gás em arrefecimento, cerca de 300.000º C, deve-se em parte às suas capacidades instrumentais. No entanto, houve uma pequena ajuda da natureza. Esta particularidade envolve dois átomos ionizados muito diferentes, o neônio e o oxigênio, criados em ambientes semelhantes. A estas temperaturas, a emissão do oxigénio é 100 vezes mais brilhante, mas só é visível no ultravioleta. Embora o neônio seja muito mais tênue, brilha no infravermelho, o que permitiu o auxílio dos instrumentos avançados do Webb. Apesar desta emissão ser normalmente mais difícil de detectar, a sensibilidade do Webb no infravermelho médio corta todo o ruído.

A equipe espera agora empregar esta técnica para estudar aglomerados de galáxias mais típicos. Embora o aglomerado da Fênix seja, em muitos aspetos, único, esta prova de conceito é um passo importante para aprender como outros aglomerados de galáxias formam estrelas.

Um artigo foi publicado na revista Nature.

Fonte: Massachusetts Institute of Technology

As cores de um aglomerado de estrelas

O Observatório Europeu do Sul (ESO) divulgou uma imagem com 80 milhões de pixels do aglomerado estelar RCW 38, captada pelo telescópio VISTA (Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy), no deserto chileno do Atacama.

© VISTA (RCW 38)

Aprecie as belas cores da maternidade estelar RCW 38, com os seus rastros e redemoinhos brilhantes, localizada a cerca de 5.500 anos-luz de distância da Terra, na constelação da Vela.

Esta imagem mostra-nos tudo, desde o rosa vivo das nuvens de gás até aos pontos coloridos das estrelas jovens. Comparadas com o nosso Sol, que tem cerca de 4,6 bilhões de anos e se encontra numa fase estável da sua vida, as estrelas do aglomerado RCW 38 são ainda muito jovens. Com menos de um milhão de anos, o RCW 38 contém cerca de 2.000 estrelas, e apresenta-se repleto de atividade, o que o torna um alvo interessante para observações astronômicas.

Os aglomerados estelares contêm todos os ingredientes para a formação de estrelas: nuvens densas de gás e acúmulos opacos de poeira cósmica. Quando esta mistura de gás e poeira colapsa sob a sua própria gravidade, nasce uma estrela. A forte radiação emitida pelas estrelas recém-nascidas faz com que o gás que envolve o aglomerado estelar brilhe intensamente, dando origem aos tons rosados que observamos em RCW 38.

Apesar desta ser uma visão bastante espetacular, o fato é que no visível não conseguimos observar muitas estrelas deste aglomerado, porque a poeira bloqueia a radiação por elas emitida. É por isso que necessitamos do telescópio VISTA: a sua câmara VIRCAM capta radiação infravermelha que, ao contrário da luz visível, pode atravessar a poeira quase sem obstáculos, revelando-nos o aglomerado em todo o seu esplendor. Deste modo, podemos ver também estrelas muito jovens dentro dos seus casulos de poeira ou estrelas frias “falhadas”, chamadas anãs marrons.

Esta imagem infravermelha foi obtida no âmbito do rastreio VVV (VISTA Variables in the Vía Láctea), que produziu o mapa infravermelho mais detalhado da nossa Galáxia alguma vez conseguido. Para além de nos darem uma nova visão sobre objetos já conhecidos, rastreios como este revelam também objetos astronômicos ainda desconhecidos. Desde a obtenção desta imagem, a câmara VIRCAM do VISTA, que desde 2008 levou a cabo vários rastreios, foi desativada após longos anos de operação bem sucedidos. No final deste ano, irá ser instalado neste telescópio o novo instrumento 4MOST, que irá recolher espectros de 2.400 objetos simultaneamente numa grande área do céu. O futuro avizinha-se brilhante com o renascimento do VISTA.

Fonte: ESO

Encontros não muito imediatos do tipo galáctico

Esta imagem mostra a NGC 3640, uma galáxia elíptica incomum situada a cerca de 88 milhões de anos-luz de distância da Terra.

© ESO / VST (NGC 3640 & NGC 3641)

A imagem, obtida com o VLT Survey Telescope (VST) instalado no Observatório do Paranal do ESO, revela um conjunto de galáxias de todas as formas e tamanhos, onde vemos, no meio de toda esta vizinhança cósmica colorida e para além da NGC 3640 que nos chama imediatamente a atenção, um objeto que se destaca em particular: uma galáxia menor que parece estar demasiado perto da NGC 3640 para o seu conforto. 

Ao longo da sua vida extremamente longa, as galáxias vão-se modificando. À medida que se deslocam no espaço, estes objetos celestes podem "roubar" gás e estrelas de outras galáxias, ou mesmo engoli-las e fundir-se com elas. No seguimento destes eventos, as galáxias ficam muitas vezes distorcidas, como é o caso da NGC 3640 e da luz difusa que a rodeia. 

Isto sugere um passado violento na galáxia e que os astrônomos podem usar para conhecer a sua história passada e presente. Para traçar a história desta galáxia e da sua companheira menor, uma equipe de astrônomos, do Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF), utilizou o VST para analisar os seus aglomerados globulares: agregações esféricas e compactas de estrelas ligadas pela gravidade. 

Estes aglomerados contêm normalmente algumas das primeiras estrelas criadas numa galáxia e podem, por isso, atuar como marcadores fósseis, revelando a história da galáxia, mesmo depois de eventos de fusão. Os resultados confirmam que a NGC 3640 já engoliu outras galáxias anteriormente, um sinal ameaçador para a galáxia menor que está agora no seu caminho, a NGC 3641. 

No entanto, esta pequena galáxia mostra uma distinta ausência de distorções na sua forma ou nos aglomerados globulares que abriga, o que sugere que a interação entre ambas, embora rápida, não está ocorrendo suficientemente perto para que a NGC 3640 represente uma ameaça. A NGC 3641 parece estar a salvo... por enquanto.

Fonte: ESO

Rochas lunares ajudam determinar o período de cristalização da Lua

Embora os seres humanos contemplem a Lua desde que os primeiros de nós olharam para o céu, ainda há muito que não sabemos sobre o nosso satélite natural.

© NASA (ilustração de como seria a aparência da Lua parcialmente derretida)

Uma dessas questões por resolver é a sua história de origem. Pensamos que a Lua se formou depois de uma colisão colossal entre a Terra e outro objeto enorme ter criado duas bolas de magma derretido. Mas não sabemos exatamente quando nem como. 

Agora, cientistas fizeram novas medições de rochas lunares das missões Apollo para estabelecer uma data para o momento em que a Lua se solidificou: há 4,43 bilhões de anos. O estudo, realizado por uma colaboração que incluiu cientistas da Universidade de Chicago, aplicou técnicas de ponta para efetuar leituras precisas de minerais raros nas rochas. Os resultados acrescentam evidências para a nossa compreensão da história da formação da Lua e da Terra. Isto coloca uma idade exata para a formação da Lua - e também, potencialmente, para o momento em que a Terra se tornou habitável.

O Sistema Solar formou-se há cerca de 4,57 bilhões de anos. Pouco tempo depois, à medida que arrefecia, os detritos começaram a colidir e a aglomerar-se ao longo do tempo, formando os planetas. Os cientistas pensam que um objeto muito grande colidiu com a Terra em formação e que a nossa Lua se formou a partir dos detritos produzidos por este impacto. Esta colisão foi extremamente violenta, o suficiente para derreter rocha. A Lua rapidamente começou a arrefecer. A maior parte do oceano lunar de magma solidificou quase de imediato, segundo os padrões geológicos, cerca de um milênio. Mas quando cerca de 80% do magma se solidificou, formou-se uma crosta de minerais que isolou a jovem Lua.

Isto abrandou o processo de arrefecimento e, durante algum tempo, a Lua teve um manto parcialmente fundido. O que ainda não foi possível determinar é quanto tempo se manteve assim, antes de arrefecer completamente e se tornar rocha sólida. Estudos de amostras das missões Apollo revelaram que, à medida que a Lua arrefecia lentamente, uma mistura de certos elementos teria flutuado para cima no manto parcialmente derretido, um pouco como o sal deixado para trás quando a água do mar se evapora, formando uma camada distinta. 

Os cientistas pensaram que se conseguissem encontrar uma idade exata para esta camada de magma, que continha muito potássio, elementos raros e fósforo, saberiam quando a Lua ficou 99% cristalizada.

Um dos elementos também encontrados é o lutécio, que é muito ligeiramente radioativo; ao longo de eras, transforma-se gradualmente no elemento háfnio a um ritmo previsível. Assim, os cientistas podem trabalhar para trás para ver há quanto tempo uma determinada rocha existe; isto é semelhante à forma como usamos a datação por carbono para saber a idade dos artefatos arqueológicos. No início do Sistema Solar, todas as rochas tinham a mesma quantidade do lutécio. Com base em outros estudos, os cientistas pensam que a Lua teria levado cerca de 20 milhões de anos a arrefecer até esse nível.

Um artigo foi publicado no periódico Proceedings of the National Academy of Sciences.

Fonte: University of Chicago

Vislumbrando a formação planetária no sistema PDS 70

Um estudo inovador realizado por astrônomos canadenses, recorrendo ao telescópio espacial James Webb, revelou novos conhecimentos sobre o modo como os planetas tomam forma.

© Webb & ALMA (ilustração do sistema PDS 70)

Uma visão dos comprimentos de onda do sistema PDS 70 revela a interação dinâmica entre os seus planetas em formação (PDS 70 b e PDS 70 c). O brilho vermelho-amarelo, baseado em dados do Webb, revela os planetas em crescimento e a luz dispersa por pequenos grãos de poeira na superfície do disco. Estes grãos de poeira são tão pequenos que dispersam a luz majoritariamente para a frente, razão pela qual não conseguimos ver o lado mais afastado do disco. O anel azul tênue, captado pelo ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), destaca a emissão mais fria de grãos de poeira maiores localizados ao longo do disco. No núcleo do sistema está a estrela central escondida, enquanto os círculos tracejados marcam a localização prevista dos planetas com base em observações terrestres anteriores.

O estudo conta também com contribuições importantes de pesquisadores do IREx (Trottier Institute for Research on Exoplanets). A equipe concentrou-se em PDS 70, um jovem sistema estelar localizado a 370 anos-luz de distância, onde dois planetas estão em processo de formação. 

A estrela PDS 70, com apenas cinco milhões de anos, abriga um disco de material ao seu redor. Uma lacuna proeminente no disco marca a localização de dois planetas em crescimento, PDS 70 b e PDS 70 c, que estão ativamente recolhendo material para construir as suas atmosferas e massas.

O estudo apoia a ideia de que PDS 70 b e PDS 70 c ainda estão acumulando gás dos seus arredores, fornecendo uma rara observação direta de planetas nos seus anos formativos. Ao analisar a luz emitida no infravermelho médio, os pesquisadores mediram o brilho e a posição dos planetas com uma precisão notável. Os resultados apoiam a teoria de que os planetas se formam através de um processo chamado acreção, recolhendo gradualmente massa do disco que os rodeia. 

Curiosamente, os dados também sugerem que os planetas podem ter os seus próprios discos circumplanetários, ou seja, anéis de material que podem ser o local de nascimento de luas, tal como as que orbitam Júpiter e Saturno atualmente. 

As observações de longo comprimento de onda do Webb detectaram luz infravermelha extra em torno dos planetas, possivelmente indicando material quente se acretando ativamente sobre eles. Se confirmado, este fato reforçaria o argumento de que os discos circumplanetários desempenham um papel crucial na formação dos sistemas planetários. As descobertas no sistema PDS 70 fornecem um valioso análogo à evolução inicial dos sistemas planetários, incluindo o nosso.

Um artigo foi publicado no periódico The Astronomical Journal. 

Fonte: Institute for Research on Exoplanets