IA encontra estrelas de nêutrons em fusão em tempo real

Quando duas estrelas de nêutrons se fundem, as ondas gravitacionais propagam-se no espaço. Pouco depois desta perturbação do espaço-tempo, segue-se uma explosão brilhante, uma quilonova, na qual surgem átomos pesados que as estrelas não conseguem formar.

© A. Posada (ondas gravitacionais geradas por duas estrelas de nêutrons em fusão)

As quilonovas expressam-se em muitas facetas diferentes, o que proporciona uma excelente oportunidade para estudar a gravidade e a matéria sob condições extremas. Mas são raras e de curta duração. Para que os detectores de ondas gravitacionais e os telescópios tenham a possibilidade de encontrar esses sinais, é necessário rapidez e precisão. 

Astrônomos estão utilizando a aprendizagem de máquina para analisar dados de detectores de ondas gravitacionais em alta velocidade para encontrar uma colisão de estrelas de nêutrons antes da explosão subsequente estar em pleno andamento. 

As estrelas de nêutrons são remanescentes estelares exóticos e extremamente compactos. Apenas os buracos negros têm uma densidade superior. Ao passo que os buracos negros que colidem uns com os outros só podem ser detectados pelas ondas gravitacionais emitidas, as fusões de estrelas de nêutrons emitem um breve clarão de luz em todo o espectro eletromagnético logo após o sinal da onda gravitacional. 

Estas quilonovas ocorrem a milhões de anos-luz da Terra. O objetivo é localizá-las antes que os telescópios as possam ver: o seu sinal de onda gravitacional deve ser encontrado o mais rapidamente possível no fluxo de dados dos instrumentos correspondentes. Este é um grande desafio para os métodos tradicionais de análise de dados. Estes sinais correspondem a minutos de dados dos detectores atuais e, potencialmente, a horas ou dias de dados de futuros observatórios. A análise de conjuntos de dados tão massivos é computacionalmente dispendiosa e morosa. 

Uma equipe internacional de cientistas desenvolveu um algoritmo de aprendizagem de máquina, denominado DINGO-BNS (Deep INference for Gravitational-wave Observations from Binary Neutron Stars), que permite poupar tempo precioso na interpretação das ondas gravitacionais emitidas por fusões binárias de estrelas de nêutrons. Treinaram uma rede neural para caracterizar completamente os sistemas de estrelas de nêutrons em fusão em cerca de um segundo, em comparação com cerca de uma hora para os métodos tradicionais mais rápidos. As fusões de estrelas de nêutrons emitem luz visível (na subsequente explosão de quilonova) e outras radiações eletromagnéticas, para além das ondas gravitacionais.

O método em tempo real poderá estabelecer um novo padrão para a análise de dados de fusões de estrelas de nêutrons, dando à comunidade astronômica em geral mais tempo para apontar os seus telescópios para as estrelas de nêutrons em fusão assim que os grandes detectores da colaboração LVK (LIGO-Virgo-KAGRA) as identifiquem.

O DINGO-BNS poderá um dia ajudar a observar sinais eletromagnéticos antes e no momento da colisão das duas estrelas de nêutrons. Estas observações precoces poderão fornecer novos conhecimentos sobre o processo de fusão e a subsequente quilonova, que ainda são misteriosos.

Os resultados foram publicados na revista Nature.

Fonte: Max Planck Institute for Gravitational Physics

Descoberto que KBO binário pode afinal ser triplo

O quebra-cabeças de prever como três corpos gravitacionalmente ligados se movem no espaço tem desafiado os físicos e matemáticos durante séculos, e foi mais recentemente popularizado no romance e série de televisão "3 Body Problem".

© STScI (ilustração do sistema 148780 Altjira no Cinturão de Kuiper)

A ilustração mostra um dos cenários possíveis para o sistema 148780 Altjira no Cinturão de Kuiper do Sistema Solar. Na imagem, o Sol está na direção da constelação de Sagitário, com a Via Láctea em segundo plano. A estrela vermelha brilhante Antares aparece na parte superior central. A poeira no plano do Sistema Solar brilha como a conhecida luz zodiacal.

No entanto, não há qualquer problema com o trio estável de rochas espaciais geladas no Cinturão de Kuiper do Sistema Solar, descoberto com base em dados do telescópio espacial Hubble e do Observatório W. M. Keck, no Havaí.

Se for confirmado como o segundo sistema de três corpos encontrado na região, o sistema 148780 Altjira sugere que poderão existir triplos semelhantes à espera de serem descobertos, o que apoiaria uma teoria particular da história do nosso Sistema Solar e da formação dos Objetos do Cinturão de Kuiper (sigla inglesa KBO, "Kuiper Belt Object").

O Universo está repleto de sistemas de três corpos, incluindo as estrelas mais próximas da Terra, o sistema estelar Alpha Centauri, e estamos descobrindo que o Cinturão de Kuiper pode não ser exceção.

Conhecidos desde 1992, os KBOs são remanescentes gelados e primitivos do início do Sistema Solar que se encontram para além da órbita de Netuno. Até à data, foram catalogados mais de 3.000 KBOs e os cientistas estimam que possam existir várias centenas de milhares de outros que medem mais de 16 quilômetros de diâmetro. O maior KBO é o planeta anão Plutão.

A descoberta do Hubble é um apoio crucial a uma teoria de formação de KBOs, segundo a qual três pequenos corpos rochosos não seriam o resultado de uma colisão num movimentado Cinturãp de Kuiper, mas sim formados como um trio diretamente a partir do colapso gravitacional de matéria no disco de material que rodeava o recém-formado Sol, há cerca de 4,5 bilhões de anos. 

É bem sabido que as estrelas se formam por colapso gravitacional de gás, geralmente em pares ou trios, mas a ideia de que objetos cósmicos como os do Cinturão de Kuiper se formam de maneira semelhante ainda está sendo investigada.

O sistema Altjira está localizado nos confins do Sistema Solar, a aproximadamente 6 bilhões de quilômetros de distância, cerca de 44 vezes a distância entre a Terra e o Sol. As imagens do Hubble mostram dois KBOs separados por a cerca de 7.600 quilômetros. No entanto, os pesquisadores afirmam que as observações repetidas do movimento orbital único dos objetos indicam que o objeto interior é na realidade dois corpos que estão tão próximos que não podem ser distinguidos a uma distância tão grande.

Com objetos tão pequenos e distantes, a separação entre os dois membros interiores do sistema é uma fração de um pixel na câmara do Hubble, por isso é preciso usar métodos que não sejam de imagem para descobrir que se trata de um triplo. Os cientistas reuniram uma base de observação de 17 anos de dados do Hubble e do Observatório Keck, observando a órbita do objeto exterior do sistema Altjira. Ao longo do tempo, foi vista a orientação da órbita do objeto exterior mudar, indicando que o objeto interior ou era muito alongado ou era na realidade dois objetos separados. Outras possibilidades são que o objeto interior é um binário de contato, em que dois corpos separados ficam tão próximos que se tocam, ou algo que é estranhamente plano, como uma panqueca.

Atualmente, existem cerca de 40 objetos binários identificados no Cinturão de Kuiper. Os únicos objetos do Cinturão de Kuiper que foram explorados em pormenor são Plutão e o objeto menor Arrokoth, que a missão New Horizons da NASA visitou em 2015 e 2019, respectivamente. A New Horizons mostrou que Arrokoth é um binário de contato, o que para os KBOs significa que dois objetos que se aproximaram cada vez mais um do outro estão agora se tocando e/ou fundiram-se, resultando frequentemente numa forma de amendoim.

Estima-se que Altjira seja 10 vezes maior do que Arrokoth, com 200 quilômetros de largura. Embora não exista nenhuma missão planejada para passar por Altjira para obter detalhes ao nível de Arrokoth, há uma oportunidade futura diferente para um estudo mais aprofundado do intrigante sistema. Altjira entrou numa época de eclipse, em que o corpo exterior passa à frente do corpo central. Tal vai durar os próximos dez anos, dando aos cientistas uma grande oportunidade de aprender mais sobre o sistema. O telescópio espacial James Webb da NASA também está participando no estudo de Altjira, uma vez que irá verificar se os componentes têm o mesmo aspecto nas suas próximas observações do Ciclo 3.

O estudo foi publicado na revista The Planetary Science Journal.

Fonte: W. M. Keck Observatory

As protoestrelas dentro de Lynds 483

Duas protoestrelas estão escondidas em um único pixel perto do centro de uma impressionante nebulosa em forma de ampulheta nesta imagem infravermelha próxima do telescópio espacial James Webb (JWST).

© JWST (nebulosa escura Lynds 483)

O sistema estelar em formação ativa fica em uma nuvem molecular empoeirada catalogada como Lynds 483, a cerca de 650 anos-luz de distância em direção à constelação de Serpens Cauda.

Responsáveis ​​pelos impressionantes fluxos bipolares, as protoestrelas em colapso têm lançado jatos energéticos colimados de material ao longo de dezenas de milhares de anos. A visão de alta resolução de Webb mostra a violência da formação estelar em detalhes dramáticos à medida que as frentes de choque torcidas se expandem e colidem com material mais lento e denso.

A primeira fotografia ampla da região de formação estelar abrange menos de 1/2 ano-luz dentro da nebulosa escura Lynds 483.

Fonte: NASA

Sinal de raios X aponta para um planeta destruído

Um planeta pode ter sido destruído por uma anã branca no centro de uma nebulosa planetária, a primeira vez que tal fato ocorre.

© Chandra / Hubble / VISTA / GALEX (Nebulosa da Hélice)

Esta composição da Nebulosa da Hélice contém dados de raios X do Chandra (magenta), no visível pelo Hubble (laranja, azul claro), no infravermelho pelo ESO (dourado, azul escuro) e no ultravioleta pelo GALEX (roxo). Os dados do Chandra indicam que esta anã branca destruiu um planeta em órbita muito íntima. O ponto roxo no centro da nebulosa é a anã branca WD 2226-210.

Isto explicaria um misterioso sinal de raios X que os astrônomos já detectam na Nebulosa da Hélice há mais de 40 anos. A Nebulosa da Hélice é uma nebulosa planetária, uma estrela como o nosso Sol, mas numa fase mais avançada, que liberou as suas camadas exteriores, deixando no seu centro uma pequena estrela tênue chamada anã branca.

Eventualmente, os detritos do planeta formaram um disco ao redor da anã branca e caíram na superfície da estrela, criando o misterioso sinal em raios X que tem sido detectado durante décadas. Desde 1980, missões de raios X, como o observatório Einstein e o telescópio ROSAT, observaram uma leitura incomum no centro da Nebulosa da Hélice. Detectaram raios X altamente energéticos provenientes da anã branca WD 2226-210 no centro da nebulosa, localizada a apenas 650 anos-luz da Terra.

As anãs brancas como WD 2226-210 não emitem normalmente raios X muito intensos. Um novo estudo com dados do Chandra e do XMM-Newton pode ter finalmente resolvido a questão do que está causando estes raios X da WD 2226-210: este sinal de raios X pode ser os detritos de um planeta destruído sendo puxados para a anã branca. Se confirmado, este seria o primeiro caso de um planeta visto sendo destruído pela estrela central numa nebulosa planetária.

Observações efetuadas pelo ROSAT, Chandra e XMM-Newton entre 1992 e 2002 mostram que o sinal de raios X da anã branca permaneceu aproximadamente constante em termos de brilho durante esse tempo. Os dados, no entanto, sugerem que pode haver uma mudança sutil e regular no sinal de raios X a cada 2,9 horas, fornecendo evidências da existência de um planeta excepcionalmente próximo da anã branca.

Anteriormente, os cientistas determinaram que um planeta do tamanho de Netuno está numa órbita muito próxima da anã branca, completando uma órbita em menos de três dias. Os pesquisadores deste último estudo concluem que poderia ter existido um planeta como Júpiter ainda mais próximo da estrela. O planeta dizimado poderia ter estado inicialmente a uma distância considerável da anã branca, mas depois migrou para o interior, interagindo com a gravidade de outros planetas do sistema. Assim que se aproximou o suficiente da anã branca, a gravidade da estrela teria parcial ou completamente despedaçado o planeta.

A WD 2226-210 tem algumas semelhanças, no que se refere ao seu comportamento em raios X, com duas outras anãs brancas que não estão no interior de nebulosas planetárias. Uma delas está possivelmente retirando material de um planeta companheiro, mas de uma forma mais calma, sem que o planeta seja rapidamente destruído. A outra anã branca está provavelmente arrastando material dos vestígios de um planeta para a sua superfície. Estas três anãs brancas podem constituir uma nova classe de objetos variáveis, ou em mudança.

O artigo científico que descreve estes resultados foi publicado no periódico Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Fonte: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics

Nebulosa planetária Abell 7

Esta nebulosa planetária muito tênue Abell 7 está a cerca de 1.800 anos-luz de distância.

© Vikas Chander (Abell 7)

Ela fica logo ao sul de Órion nos céus do planeta Terra em direção à constelação de Lepus, a Lebre.

Cercada por estrelas da Via Láctea e perto da linha de visão para galáxias de fundo distantes, sua forma esférica geralmente simples, com cerca de 8 anos-luz de diâmetro, é revelada nesta imagem telescópica profunda.

Dentro da nuvem cósmica, porém, há estruturas belas e complexas, aprimoradas pelo uso de longas exposições e filtros de banda estreita que captam a emissão de átomos de hidrogênio, enxofre e oxigênio. Caso contrário, Abell 7 seria muito tênue para ser apreciada a olho nu.

Uma nebulosa planetária representa uma fase final muito breve na evolução estelar que nosso próprio Sol experimentará 5 bilhões de anos, à medida que a estrela central da nebulosa, outrora semelhante ao Sol, encolhe suas camadas externas.

Estima-se que a própria Abell 7 tenha 20.000 anos de idade. Mas sua estrela central, vista aqui como uma anã branca em extinção, tem cerca de 10 bilhões de anos.

Fonte: NASA

O raro exoplaneta ultraquente LTT 9779 b

Astrônomos utilizaram o telescópio espacial James Webb para explorar a atmosfera exótica de um exoplaneta, um raro "Netuno ultraquente".

© Benoit Gougeon (ilustração do exoplaneta LTT 9779 b)

O estudo fornece novas perspectivas sobre os padrões climáticos extremos e as propriedades atmosféricas deste fascinante exoplaneta, LTT 9779 b, que reside no chamado deserto netuniano, uma categoria de planetas onde excepcionalmente poucos são conhecidos.

Ao passo que os planetas gigantes que orbitam muito perto das suas estrelas hospedeiras, muitas vezes chamados Júpiteres quentes, são normalmente detectados utilizando os métodos atuais de procura de exoplanetas, os Netunos ultraquentes como LTT 9779 b continuam sendo extremamente raros.

Orbitando a sua estrela hospedeira em menos de um dia, LTT 9779 b está sujeito a temperaturas abrasadoras que atingem quase 2.000°C no seu lado diurno. O planeta sofre acoplamento de marés (semelhante à Lua da Terra), o que significa que um lado está constantemente virado para a sua estrela, enquanto o outro permanece em perpétua escuridão. Apesar destes extremos, foi descoberto que o lado diurno do planeta tem nuvens refletoras no hemisfério ocidental, que é mais frio, criando um contraste impressionante com o lado oriental, que é mais quente.

A análise realizada com o telescópio espacial James Webb como parte do programa NEAT (NIRISS Exploration of Atmospheric Diversity of Transiting Exoplanets) revelou uma assimetria na refletividade diurna do planeta. A equipe propôs que a distribuição desigual do calor e das nuvens é causada por ventos fortes que transportam calor em volta do planeta.

Estas descobertas ajudam a aperfeiçoar os modelos que descrevem a forma como o calor é transportado através de um planeta e a formação de nuvens em atmosferas de exoplanetas, ajudando a colmatar o fosso entre a teoria e a observação.

A atmosfera foi estudada em pormenor, analisando tanto o calor emitido pelo planeta como a luz que este reflete da sua estrela. Para criar uma imagem mais clara, foi observado o planeta em várias posições da sua órbita e analisada as suas propriedades em cada fase individualmente.

Os cientistas descobriram nuvens feitas de materiais como minerais de silicato, que se formam no lado oeste, ligeiramente mais frio, do lado diurno do planeta. Estas nuvens refletoras ajudam a explicar a razão pela qual este planeta é tão brilhante nos comprimentos de onda visíveis, fazendo refletir grande parte da luz da estrela. Combinando esta luz refletida com as emissões de calor, a equipe conseguiu criar um modelo detalhado da atmosfera do planeta. Estas descobertas revelam um equilíbrio delicado entre o calor intenso da estrela e a capacidade do planeta para redistribuir energia. O estudo também detectou vapor de água na atmosfera, fornecendo pistas importantes sobre a composição do planeta e os processos que governam o seu ambiente extremo.

Este raro sistema planetário continua desafiando a compreensão dos cientistas sobre o modo como os planetas se formam, migram e perduram face a forças estelares implacáveis. As nuvens refletoras do planeta e a sua elevada metalicidade podem fornecer detalhes sobre a forma como as atmosferas evoluem em ambientes extremos. O exoplaneta LTT 9779 b é um laboratório notável para explorar estas questões, fornecendo uma visão dos processos mais amplos que moldam a arquitetura dos sistemas planetários em toda a Galáxia.

O telescópio espacial Hubble e o Very Large Telescope estão também sendo utilizados para estudar exaustivamente estes raros sistemas planetários, para estudar a estrutura das nuvens diurnas.

Um artigo foi publicado na revista Nature Astronomy e outro no periódico The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: University of Oxford

Pirotecnia estelar em exibição em superaglomerado estelar

Astrônomos revelaram uma exibição explosiva de fogos de artifício cósmicos de estrelas interagindo com seu ambiente. Este espetáculo deslumbrante, devido aos ventos poderosos que fluem das estrelas, é um marco importante na capacidade de estudar a formação das maiores estrelas e entender melhor como elas afetam seus ambientes.

© D. Capela / M. G. Guarcello (Westerlund 1)

A imagem colorida revela detalhes intrincados de gás e poeira no aglomerado, com emissão infravermelha média de comprimento de onda mais longo (vermelho) destacando poeira e gás quentes, emissão infravermelha média de comprimento de onda mais curto (verde) traçando estruturas complexas de poeira e gás mais frios, e emissão infravermelha próxima (azul) mostrando a luz brilhante de estrelas jovens e massivas embutidas neste aglomerado.

Os pesquisadores usaram o telescópio espacial James Webb (JWST) da NASA para observar Westerlund 1, um superaglomerado de estrelas com centenas de estrelas jovens muito massivas e potencialmente milhares de estrelas jovens de massa menor.

Westerlund 1 está localizado na Via Láctea, a cerca de 12.000 anos-luz da Terra. As imagens JWST obtidas de Westerlund 1 mostram muitas estrelas evoluídas e massivas desprendendo violentamente suas camadas externas com manchas brilhantes por toda a imagem. Essas estruturas estendidas são conhecidas como "ventos" e mostram uma diversidade surpreendente em suas formas.

Os resultados fornecem detalhes do processo em que enormes quantidades de energia de ventos estelares e radiação estão colidindo com o ambiente local. Isso forma estruturas complexas e agita a nuvem gigante de gás, na qual essas estrelas estão inseridas.

Westerlund 1 é um dos aglomerados jovens formadores de estrelas mais próximos e massivos da nossa Galáxia, e contém muitas estrelas supergigantes e hipergigantes raras, com massas que variam de oito a 100 vezes a do nosso Sol. Essas estrelas vivem rápido e morrem jovens com idades de apenas alguns milhões de anos, o que contrasta fortemente com estrelas de menor massa como o nosso Sol, que vivem por bilhões de anos.

Estrelas massivas consomem seu combustível de hidrogênio muito mais rápido do que estrelas de menor massa, enquanto ao mesmo tempo perdem a maior parte de sua massa por meio de ventos e explosões de suas camadas externas, que o JWST pode observar em comprimentos de onda infravermelhos. Apesar de serem ambientes raros de formação de estrelas em nossa Galáxia hoje, aglomerados de estrelas supermassivas eram muito comuns nas fases iniciais do Universo.

Comparado ao Sol, que entrará em sua fase gigante vermelha em cinco bilhões de anos ou mais, estrelas massivas impactam seus ambientes locais logo após sua formação e, eventualmente, explodem como supernovas energéticas, deixando para trás estrelas de nêutrons ou buracos negros. Espera-se que apenas uma supernova tenha explodido até agora em Westerlund 1, no entanto, mais de 1.500 são esperadas nas próximas dezenas de milhões de anos.

Um artigo descrevendo esse trabalho está sendo publicado no periódico Astronomy & Astrophysics.

Fonte: Harvard–Smithsonian Center for Astrophysics

Aglomerados estelares abertos M35 e NGC 2158

Enquadrados neste campo de visão único, estrelado e telescópico estão dois aglomerados abertos de estrelas, M35 e NGC 2158.

© Evan Tsai (M35 e NGC 2158)

Estes aglomerados abertos de estrelas estão localizados dentro dos limites da constelação de Gêmeos, eles parecem estar lado a lado. Com suas estrelas concentradas no canto superior direito, M35 está relativamente perto.

O M35, também catalogado como NGC 2168, está a meros 2.800 anos-luz de distância, com cerca de 400 estrelas espalhadas por um volume de cerca de 30 anos-luz de diâmetro. Estrelas azuis brilhantes frequentemente distinguem aglomerados abertos mais jovens como M35, cuja idade é estimada em 150 milhões de anos.

No canto inferior esquerdo, NGC 2158 está cerca de quatro vezes mais distante que M35 e muito mais compacto, brilhando com a luz mais amarelada de uma população de estrelas mais de 10 vezes mais velha.

Em geral, aglomerados abertos de estrelas são encontrados ao longo do plano da Via Láctea. Vagamente ligadas gravitacionalmente, suas estrelas constituintes tendem a se dispersar ao longo de bilhões de anos, à medida que os aglomerados estelares abertos orbitam o centro galáctico.

Fonte: NASA