A causa de uma fratura num segmento galáctico

Os astrônomos descobriram uma explicação provável para uma fratura num enorme segmento cósmico na Via Láctea, utilizando o observatório de raios X Chandra da NASA e radiotelescópios.

© NASA (pulsar e fratura em estrutura)

O segmento cósmico parece ter sido atingido por uma estrela de nêutrons, ou pulsar, que se move rapidamente e gira a grande velocidade. As estrelas de nêutrons são as estrelas mais densas que se conhecem e formam-se a partir do colapso e explosão de estrelas massivas.

Estas estrelas recebem frequentemente um poderoso "pontapé" destas explosões, que as afasta do local da explosão a grande velocidade. Perto do centro da Via Láctea encontram-se estruturas enormes que se assemelham a ossos ou cobras. Estas formações alongadas são vistas no rádio e estão enlaçadas por campos magnéticos que correm paralelamente a elas.

As ondas de rádio são causadas por partículas energizadas que se movem em espiral ao longo dos campos magnéticos. Esta nova imagem mostra um destes segmentos cósmicos, chamado G359.13142-0.20005 (G359.13 para abreviar), com dados de raios X do Chandra (em azul) e dados de rádio da rede MeerKAT na África do Sul (em cinza). Os pesquisadores também se referem a G359.13 como a Serpente.

A análise desta imagem revela a presença de uma quebra, ou fratura, no segmento contínuo de G359.13 visto na imagem. Os dados combinados de raios X e rádio fornecem pistas para a causa desta fratura. Os astrônomos descobriram agora uma fonte de raios X e de rádio no local da fratura, utilizando os dados do Chandra, do MeerKAT e do VLA (Very Large Array).

O provável pulsar responsável por estes sinais de rádio e raios X está rotulado na imagem. Uma possível fonte extra de raios X localizada perto do pulsar pode vir de elétrons e pósitrons (os equivalentes antimatéria dos elétrons) que foram acelerados com altas energias.

Os cientistas pensam que o pulsar terá causado a fratura ao embater contra G359.13 a uma velocidade entre 1,6 e 3,2 milhões de quilômetros por hora. Esta colisão distorceu o campo magnético do segmento, fazendo com que o sinal de rádio também se deformasse. Com cerca de 230 anos-luz de comprimento, G359.13 é uma das estruturas mais longas e brilhantes do seu gênero na Via Láctea. Para contextualizar, existem mais de 800 estrelas a essa distância da Terra. G359.13 está localizada a cerca de 26.000 anos-luz da Terra, perto do centro da Via Láctea.

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

Fonte: Harvard University

Espiando uma galáxia espiral através de uma lente cósmica

Esta nova imagem do telescópio espacial James Webb apresenta um raro fenômeno cósmico chamado anel de Einstein.

© Webb (SMACSJ0028.2-7537)

O que à primeira vista parece ser uma única galáxia de formato estranho são, na verdade, duas galáxias separadas por uma grande distância. A galáxia mais próxima em primeiro plano fica no centro da imagem, enquanto a galáxia mais distante em segundo plano parece estar envolta pela galáxia mais próxima, formando um anel.

Os anéis de Einstein ocorrem quando a luz de um objeto muito distante é curvada em torno de um objeto intermediário massivo. Isso é possível porque o espaço-tempo, a própria estrutura do Universo, é curvado pela massa e, portanto, a luz que viaja através do espaço e do tempo também é curvada.

Esse efeito é sutil demais para ser observado em nível local, mas às vezes se torna claramente observável quando se lida com curvaturas da luz em escalas astronômicas enormes, como quando a luz de uma galáxia é curvada em torno de outra galáxia ou aglomerado de galáxias. Quando os objetos se alinham perfeitamente, o resultado é o formato característico do anel de Einstein, que aparece como um círculo completo ou um círculo parcial de luz ao redor do objeto lente, dependendo da precisão do alinhamento.

Objetos como esses são o laboratório ideal para pesquisar galáxias muito tênues e distantes para serem vistas de outra forma. A galáxia lente no centro deste anel de Einstein é uma galáxia elíptica, como pode ser visto a partir do núcleo brilhante e do corpo liso e sem características da galáxia. Esta galáxia pertence a um aglomerado de galáxias denominado SMACSJ0028.2-7537.

A galáxia que envolve a galáxia elíptica é uma galáxia espiral. Embora sua imagem tenha sido distorcida à medida que sua luz viajava ao redor da galáxia em seu caminho, aglomerados estelares individuais e estruturas gasosas são claramente visíveis. Os dados do Webb utilizados nesta imagem foram obtidos como parte do levantamento Strong Lensing and Cluster Evolution (SLICE), liderado por Guillaume Mahler, da Universidade de Liège, na Bélgica, e composto por uma equipe de astrônomos internacionais. Este levantamento visa rastrear 8 bilhões de anos de evolução de aglomerados de galáxias, observando 182 aglomerados de galáxias com o instrumento Near-InfraRed Camera do telescópio. Esta imagem também incorpora dados de dois instrumentos do telescópio espacial Hubble, a Wide Field Camera 3 e a Advanced Camera for Surveys.

Fonte: ESA

Explosão cósmica forjou elementos pesados

Uma das grandes questões da astrofísica é a origem dos elementos pesados, no nosso Universo, que constituem a tabela periódica.

© NASA (ruptura na crosta de uma estrela de nêutrons altamente magnetizada)

Os elementos mais leves, o hidrogênio e o hélio, formaram-se principalmente no Big Bang que deu origem ao Universo. Elementos um pouco mais pesados, como o oxigênio e o ferro, são forjados no interior dos núcleos quentes das estrelas e expelidos para o espaço quando estas morrem em explosões de supernova. No entanto, os elementos raros muito mais pesados do que o ferro, como o ouro e a platina, só são criados em condições muito mais extremas do que as encontradas nas estrelas normais. 

Durante décadas, os astrofísicos nucleares têm trabalhado para identificar os eventos, na natureza, que podem sintetizar estes elementos pesados. Agora, um grupo de pesquisadores da Universidade de Columbia em New York, EUA, tem uma nova resposta a esta questão, que desafia as ideias existentes sobre onde são criados os elementos pesados. 

Foi demonstrado que elementos muito mais pesados do que o ferro foram criados num famoso evento cósmico de há mais de 20 anos, que liberou mais energia em meio segundo do que o nosso Sol produz em 250 mil de anos. A descoberta deste evento único fornece uma perspectiva importante sobre a forma como estes elementos são sintetizados em geral.

Comparando os modelos teóricos com os dados observados, foi encontrado evidências de que uma das explosões mais brilhantes alguma vez observadas na Via Láctea, um poderoso surto de raios gama em 2004, produziu uma enorme quantidade de elementos pesados que excede, em massa, o planeta Marte. No dia 27 de dezembro de 2004, vários satélites, incluindo o telescópio espacial INTEGRAL (INTErnational Gamma-Ray Astrophysics Laboratory) da ESA, detectaram uma explosão extremamente poderosa de raios gama proveniente de um magnetar na nossa Galáxia.

Os magnetares são uma classe de estrelas de nêutrons que abrigam os campos magnéticos mais fortes do Universo, mais de 10 trilhões de vezes mais fortes do que o típico ímã de geladeira. As estrelas de nêutrons são os corpos compactos que sobram quando estrelas massivas colapsam e explodem como supernovas. A imensa energia magnética dos magnetares provoca surtos extremos, semelhantes mas muito mais energéticos do que as erupções de partículas que o nosso Sol produz.

Embora o magnetar, SGR 1806-20, se encontre a cerca de 30.000 anos-luz de distância, a "erupção gigante" de 2004 foi suficientemente brilhante para afetar as camadas superiores da atmosfera da Terra. Após a explosão inicial de raios gama, o telescópio espacial INTEGRAL também detectou um sinal de raios gama mais fraco, mas mais longo, que durou várias horas. Embora este brilho remanescente tenha sido relatado pela primeira vez por pesquisadores em 2005, no momento não houve qualquer explicação física convincente.

Agora, os cientistas mostraram que este sinal anteriormente inexplicado da famosa erupção gigante do magnetar de 2004 pode ser atribuído à emissão de raios gama do decaimento radioativo de elementos pesados, que foram recentemente sintetizados por uma série de reações nucleares na crosta da estrela de nêutrons, à medida que esta era expelida para o espaço durante a erupção gigante.

Estima-se que até 10% ou mais dos metais preciosos da Terra podem ser produzidos por magnetares. Embora muitos potenciais fenômenos que criam estes elementos tenham sido propostos ao longo dos anos, este representa apenas o segundo evento confirmado em que os elementos mais pesados do Universo podem ser sintetizados; o primeiro foi uma fusão de estrelas de nêutrons prevista em 2010 e confirmada observacionalmente em 2017. 

Esta descoberta abre uma série de novas questões relacionadas com a função que os magnetares podem desempenhar na propagação de elementos em todo o Universo.

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: Columbia University

Astrônomos encontram pulsar piscando em câmera lenta

Astrônomos encontraram recentemente um estranho farol, a cerca de 2.600 anos-luz de distância, que parece ser um pulsar piscando em câmera lenta, algo que não deveria ser possível.

© Kevin Gill (ilustração da emissão de rádio por um pulsar)

Os cientistas agora planejam procurar mais desses objetos excêntricos, o que pode ajudar a preencher a lacuna entre os pulsares tradicionais e bem compreendidos de rotação rápida e aqueles poucos que giram mais lentamente. 

Os pulsares são como faróis cósmicos de alta velocidade. Eles são feitos de núcleos densos remanescentes de estrelas massivas que ficaram sem combustível nuclear e se transformaram em supernovas. Após a explosão, o que resta da estrela colapsa numa estrela de nêutrons de 10 quilômetros de diâmetro. 

Como o momento angular original (spin) da estrela é conservado, ser comprimida em um objeto tão pequeno significa que sua rotação acelera, da mesma forma que um patinador gira mais rápido quando recolhe os braços. Os pulsares emitem feixes de radiação de seus polos; esses feixes então varrem o Universo enquanto giram. Se esses feixes apontarem para a Terra, recebemos um flash de luz a cada rotação, normalmente em comprimentos de onda de rádio. 

Os pulsares vibram com precisão de relógio, sendo os mais rápidos piscando dezenas de milhares de vezes por minuto. Mesmo os mais lentos tendem a piscar pelo menos a cada 10 segundos. Mas em 2022, astrônomos encontraram um objeto emitindo pulsos de rádio como um pulsar, mas muito mais lentamente: apenas uma vez a cada 18 minutos. Desde então, cientistas descobriram mais alguns desses objetos, conhecidos como transientes de longo período, com períodos que variam de minutos a horas. 

Você poderia pensar que estes poderiam ser apenas pulsares de rotação muito lenta, mas há um problema com essa explicação. A energia de um pulsar vem de seu movimento giratório. Apesar de sua regularidade, os pulsares estão, na verdade, desacelerando gradualmente, e a energia perdida nessa desaceleração é convertida nos feixes de rádio que eles emitem. Transientes de longo período não podem ser pulsares lentos, porque eles já estão girando tão lentamente que a perda adicional de energia rotacional não é mais suficiente para alimentar feixes tão fortes quanto os que vemos deles.

O ponto em que um pulsar gira muito lentamente para produzir feixes de rádio é chamado de linha de morte do pulsar. Pulsares que caem abaixo dessa linha param de emitir feixes de rádio, então paramos de vê-los como pulsares. Portanto, transientes de longo período não podem ser tão lentos e tão brilhantes se forem causados ​​pelos mesmos mecanismos que os pulsares alimentados rotacionalmente. Alguns ainda podem ser estrelas de nêutrons se comportando de maneiras inesperadas. Outros podem ser objetos completamente diferentes, como anãs brancas ou sistemas binários. 

O pulsar recentemente descoberto, chamado PSR J0311+1402, pode oferecer novas pistas. Com um período de 41 segundos, ele gira muito mais lentamente do que pulsares típicos, mas muito mais rápido do que transientes de longo período. E os astrônomos acreditam que este objeto intermediário pode ser um elo perdido entre as duas populações. 

Cientistas avistaram o estroboscópio estelar com o Australian Square Kilometre Array Pathfinder (ASKAP) e acompanharam com outros observatórios de rádio para medir sua luminosidade, período e polarização, todos os quais indicam fortemente que se trata de um pulsar. Mas ele ainda gira muito lentamente para ser alimentado apenas por rotação.

Os astrônomos normalmente encontram pulsares usando um único radiotelescópio grande, que não consegue detectar facilmente flashes com menos de uma frequência a cada 10 segundos, porque os sinais mais lentos são mais fracos e mais facilmente perdidos no ruído de fundo. Transientes de longo período geralmente são encontrados usando conjuntos de múltiplas antenas de rádio trabalhando juntas, um método chamado interferometria. Esse método é menos sensível a pisca-piscas rápidos, porque a combinação dos sinais de vários telescópios leva tempo suficiente para borrar ou até mesmo apagar mudanças rápidas dos dados. Isso deixa pulsares com períodos médios, como o PSR J0311+1402, em um ponto cego para ambos os métodos. 

Mas isso está mudando, como mostra esta descoberta. Agora, os astrônomos estão usando um novo sistema com ASKAP chamado CRACO, que é perfeito para captar objetos nessa faixa ausente. É o sistema que encontrou o PSR J0311+1402 e pode ajudar a descobrir onde os pulsares param e os transientes de longo período começam, ou se eles são mais semelhantes do que se acretida. Responder a essas perguntas ajudará a entender toda a população de estrelas de nêutrons e o que alimenta suas emissões. 

A descoberta, e o mistério que ela ressalta, mostra o quanto ainda temos a aprender sobre o cosmos.

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: Astronomy

Nova investigação derruba antigas ideias sobre o asteroide Vesta

Durante décadas, os cientistas pensaram que Vesta, um dos maiores objetos do cinturão de asteroides do nosso Sistema Solar, não era apenas um asteroide.

© NASA / Dawn (asteroide Vesta)

Concluíram que Vesta tem uma crosta, um manto e um núcleo, propriedades fundamentais de um planeta. Os astrônomos estudaram-no em busca de pistas sobre o crescimento inicial dos planetas e sobre o aspecto que a Terra poderia ter tido na sua infância. 

Agora, cientistas contribuíram que inverte esta noção. Uma equipa liderada pelo JPL (Jet Propulsion Laboratory) da NASA revela que a estrutura interior de Vesta é mais uniforme do que se pensava. Antes, era assumido que Vesta era um protoplaneta que nunca se tornou num planeta completo.

Qual é a verdadeira identidade de Vesta? Os cientistas  apresentam duas hipóteses que precisam de ser mais exploradas. A primeira possibilidade é que Vesta tenha passado por uma diferenciação incompleta, o que significa que iniciou o processo de fusão necessário para dar ao asteroide camadas distintas, como um núcleo, um manto e uma crosta, mas nunca o terminou. A segunda é uma teoria apresentada numa conferência de astronomia há alguns anos, onde Vesta é um pedaço partido de um planeta em crescimento no nosso Sistema Solar. 

A maioria dos asteroides é feita de um material condrítico muito antigo, parecendo um cascalho sedimentar cósmico. Em contraste, a superfície de Vesta está coberta de rochas basálticas vulcânicas. Estas rochas indicaram aos cientistas que Vesta passou por um processo de fusão chamado diferenciação planetária, em que o metal se afunda para o centro e forma um núcleo.

A NASA lançou a nave espacial Dawn em 2007 para estudar Vesta e Ceres, os dois maiores objetos do cinturão de asteroides. O objetivo era compreender melhor a formação dos planetas. A Dawn passou meses, entre 2011 e 2012, em órbita de Vesta, medindo o seu campo gravitacional e captando imagens de alta resolução para criar um mapa muito pormenorizado da sua superfície. Depois de realizar tarefas semelhantes em Ceres, a missão terminou em 2018 e os cientistas publicaram os resultados obtidos a partir dos dados.

Os cientistas planetários podem estimar a dimensão do núcleo de um corpo celeste medindo o momento de inércia, que descreve a dificuldade de alterar a rotação de um objeto em torno de um eixo. Isso pode ser comparado a um patinador girando no gelo. O patinador altera a sua velocidade puxando os braços para dentro para acelerar e movendo-os para fora para abrandar. O seu momento de inércia é alterado pela mudança de posição dos braços. Da mesma forma, um objeto no espaço com um núcleo maior é como um patinador com os braços puxados para dentro. 

Os corpos celestes com um núcleo denso movem-se de forma diferente de um sem núcleo. Munidos deste conhecimento, os pesquisadores mediram a rotação e o campo gravitacional de Vesta. Os resultados mostraram que Vesta não se comportava como um objeto com um núcleo, desafiando as ideias anteriores sobre a sua formação. 

Nenhuma das hipóteses foi suficientemente explorada para excluir qualquer uma delas, mas ambas têm problemas que requerem mais análise para serem explicados. Embora a diferenciação incompleta seja possível, não está de acordo com os meteoritos que foram recolhidos ao longo do tempo.

A explicação alternativa baseia-se na ideia de que, à medida que os planetas terrestres se foram formando, ocorreram grandes colisões, na sua maioria fazendo crescer os planetas, mas também gerando detritos de impacto. Os materiais ejetados dessas colisões incluiriam rochas resultantes da fusão e, tal como Vesta, não teriam um núcleo.

Os cientistas podem ajustar a forma como estudam os meteoritos de Vesta para aprofundar qualquer uma das hipóteses. Podem também fazer mais estudos com as novas abordagens aos dados da missão Dawn. Poderá mudar para sempre a forma como os cientistas olham para os mundos diferenciados.

Um artigo foi publicado na revista Nature Astronomy.

Fonte: Michigan State University

Instantâneo de uma galáxia espiral peculiar

Uma bela, porém distorcida, galáxia espiral deslumbra na imagem obtida pelo telescópio espacial Hubble.

© Hubble (Arp 184)

Esta galáxia, chamada Arp 184 ou NGC 1961, situa-se a cerca de 190 milhões de anos-luz da Terra, na constelação de Camelopardalis (A Girafa). 

O nome Arp 184 vem do Atlas de Galáxias Peculiares, compilado pelo astrônomo Halton Arp em 1966. As 338 galáxias no atlas têm formas estranhas, tendendo a não ser nem totalmente elípticas nem totalmente espirais. Muitas das galáxias estão em processo de interação com outras galáxias, enquanto outras são galáxias anãs sem estruturas bem definidas.

A galáxia Arp 184 conquistou seu lugar no catálogo graças ao seu único braço espiral amplo e salpicado de estrelas que parece se estender em nossa direção. O lado oculto da galáxia ostenta alguns fragmentos de gás e estrelas, mas não possui um braço espiral igualmente impressionante.

Esta imagem do telescópio espacial Hubble combina dados de três programas de observação Snapshot, compostos por observações curtas que podem ser encaixadas em intervalos de tempo entre outras propostas. Um dos três programas teve como alvo o Arp 184 devido à sua aparência peculiar. Este programa pesquisou galáxias listadas no Atlas de Galáxias Peculiares, bem como no Catálogo de Galáxias Peculiares do Sul e Associações, um catálogo semelhante compilado por Halton Arp e Barry Madore. Os dois programas restantes foram projetados para verificar as consequências de eventos astronômicos fugazes, como supernovas e eventos de ruptura de maré, quando uma estrela é dilacerada após vagar muito perto de um buraco negro supermassivo.

Como a galáxia Arp 184 hospedou quatro supernovas conhecidas nas últimas três décadas, é um alvo rico para uma busca por supernovas.

Fonte: ESA

As "super-Terras" com órbitas muito alongadas

Um novo estudo mostra que os planetas maiores do que a Terra e menores do que Netuno são comuns para lá do Sistema Solar.

© U. Westlake (populações de planetas na direção do bojo da Via Láctea)

A mesma equipe internacional anunciou também a descoberta de um exoplaneta com cerca de duas vezes o tamanho da Terra, que orbita a sua estrela a uma distância superior à de Saturno em torno do Sol. Estes resultados são outro exemplo de como os sistemas planetários podem ser diferentes do nosso Sistema Solar.

Este objeto é uma "super-Terra", que é maior do que o nosso planeta natal, mas menor do que Netuno, e está num local onde antes só se encontravam planetas milhares ou centenas de vezes mais massivos do que a Terra. 

A descoberta desta nova super-Terra, mais distante, é ainda mais significativa porque faz parte de um levantamento mais alargado. Ao medir as massas de muitos planetas relativamente às estrelas que os acolhem, foi descoberto novas informações sobre as populações de planetas na Via Láctea. 

Este estudo utilizou microlentes gravitacionais, um efeito em que a luz de objetos distantes é ampliada por um corpo interveniente, como um planeta. As microlentes são particularmente eficazes para encontrar exoplanetas a grandes distâncias, aproximadamente entre as órbitas da Terra e de Saturno, das suas estrelas hospedeiras. O maior estudo do seu gênero, este trabalho tem cerca de três vezes mais exoplanetas e inclui alguns cerca de oito vezes menores do que amostras anteriores encontradas usando a técnica de microlente. 

Os pesquisadores utilizaram dados da KMTNet (Korea Microlensing Telescope Network). Esta rede é constituída por três telescópios no Chile, África do Sul e Austrália, o que permite um monitoramento ininterrupto do céu noturno.

O nosso Sistema Solar é constituído por quatro planetas interiores pequenos e rochosos (Mercúrio, Vênus, Terra e Marte) e quatro planetas exteriores grandes e gasosos (Júpiter, Saturno, Urano e Netuno). As pesquisas exoplanetárias efetuadas até à data utilizando outras técnicas, ou seja, de planetas em trânsito com telescópios como o Kepler e o TESS e pesquisas de velocidade radial, mostraram que outros sistemas podem conter uma variedade de planetas pequenos, médios e grandes em órbitas menores do que a da Terra em torno do Sol. O último trabalho da equipe liderada pelo Centro de Astrofísica do Harvard & Smithsonian mostra que as super-Terras também são comuns nas regiões exteriores de outros sistemas solares.

Este resultado sugere que, em órbitas semelhantes às de Júpiter, a maioria dos sistemas planetários pode não espelhar o nosso Sistema Solar. Os astrônomos estão também tentando determinar quantas super-Terras existem em comparação com o número de exoplanetas do tamanho de Netuno. Este estudo mostra que existem pelo menos tantas super-Terras quanto planetas do tamanho de Netuno.

Um artigo foi publicado na revista Science.

Fonte: Harvard–Smithsonian Center for Astrophysics