Uma visão profunda e colorida do Universo

Astrônomos usando o telescópio espacial Hubble captaram a mais compreensiva imagem já montada do Universo em evolução, e uma das mais coloridas. O estudo é chamado de Ultraviolet Coverage of the Hubble Ultra Deep Filed (UVUDF).

© Hubble (vista colorida do Universo)

Antes dessa pesquisa, os astrônomos estavam numa posição curiosa. Eles sabiam muito sobre a formação de estrelas que ocorre nas galáxias próximas, graças aos telescópios de ultravioleta como o Observatório Galex da NASA, que operou de 2003 a 2013. E graças, à capacidade de obter imagens no visível e no infravermelho próximo do Hubble, eles também estudaram o nascimento das estrelas nas galáxias mais distantes. Nós vemos essas distantes galáxias em seus estágios mais primitivos devido à vasta quantidade de tempo que a luz leva para nos atingir.

Contudo, entre 5 a 10 bilhões de anos-luz de distância de nós, correspondendo a um período de tempo quando as estrelas mais distantes do Universo nasceram, existe uma falta de dados necessários para compreender por completo a formação das estrelas. As estrelas mais quentes e mais massivas, que emitem luz no ultravioleta, foram negligenciadas como objetos de observação direta, deixando um vazio significante no nosso conhecimento da linha de tempo do Universo.

A adição dos dados ultravioletas do Hubble Ultra Deep Field, usando a Wide Field Camera 3 do Hubble, proporcionou aos astrônomos o acesso a observações diretas das regiões de formação de estrelas não obscurecidas, e pode nos ajudar a entendermos completamente como as estrelas se formaram. Observando nesses comprimentos de onda, os pesquisadores conseguiram uma visão direta sobre quais galáxias estão formando estrelas e onde as estrelas estão se formando. Isso permite aos astrônomos entenderem como as galáxias como a Via Láctea crescem em tamanho, desde pequenas coleções de estrelas muito quentes até as massivas estruturas que elas são hoje.

O pedaço do céu nessa imagem já havia sido imageado anteriormente numa série de exposições do visível e do infravermelho próximo feitas de 2004 a 2009: o Hubble Ultra Deep Filed. Agora, com a adição da luz ultravioleta, foi combinado o intervalo completo de cores disponíveis para o Hubble, indo desde o ultravioleta até o infravermelho próximo. A imagem resultante, feita com 841 órbitas de tempo de observação do telescópio, contendo aproximadamente 10.000 galáxias, chegando a poucas centenas de milhões de anos do Big Bang.

Como a atmosfera do planeta Terra filtra a maior parte da luz ultravioleta, esse tipo de trabalho só pode ser realizado com telescópios espaciais como o Hubble. Pesquisas em ultravioleta como essa são incrivelmente importantes no planejamento para o telescópio espacial James Webb (JWST), já que o Hubble é o único telescópio atualmente capaz de obter os dados ultravioletas que os pesquisadores precisarão para combinar com os dados de infravermelho do JWST.

A imagem Hubble Ultra Deep Field de 2014 é uma composição de exposições separadas feitas de 2003 até 2012 com a Advanced Camera for Surveys e a Wide Field Camera 3 do Hubble.

Fonte: ESA

Descobertos dois exoplanetas numa estrela antiga próxima

A estrela de Kapteyn é a segunda estrela mais rápida no céu e pertencente ao halo galáctico, uma nuvem alongada de estrelas que orbita a nossa Via Láctea.

© QMUL (ilustração da estrela anã vermelha Kapteyn e os dois exoplanetas)

A estrela Kapteyn foi descoberta no final do século XIX e possui este nome em homenagem ao astrônomo holandês que a descobriu (Jacobus Kapteyn). Com 33% da massa do Sol, esta anã vermelha pode ser vista com um telescópio amador na constelação do Pintor.

Os astrônomos usaram novos dados do espectrômetro HARPS do Observatório do ESO em La Silla, Chile, para medir as pequenas mudanças periódicas no movimento da estrela. Usando o efeito Doppler, o desvio do espectro de luz da estrela dependendo da sua velocidade, os cientistas podem determinar algumas propriedades destes planetas, tais como a massa e período orbital.

O estudo também combinou dados de mais dois espectrômetros de grande precisão para garantir a detecção: o HIRES do Observatório W. M. Keck e o PFS do Telescópio Magalhães no Observatório Las Campanas.

"Ficamos surpresos por encontrar planetas em órbita da estrela de Kapteyn. Os dados anteriores mostravam um excesso moderado de variabilidade, por isso estavamos à procura de planetas de período muito curto quando os novos sinais apareceram em alto e bom som," explica o autor principal, o Dr. Guillem Anglada-Escude, da Escola de Física e Astronomia da QMUL (Queen Mary University of London).

Com base nos dados recolhidos, o planeta Kapteyn b tem pelo menos cinco vezes a massa da Terra e orbita a estrela a cada 48 dias. Isto significa que o planeta é quente o suficiente para a água líquida estar presente à sua superfície. O segundo planeta, Kapteyn c, é uma super-Terra mais massiva e é bastante diferente: o seu ano dura 121 dias e os astrônomos pensam que é demasiado frio para suportar água líquida.

De momento, apenas se conhecem algumas propriedades dos planetas: as massas aproximadas, os períodos orbitais e as distâncias à estrela. Ao medir a atmosfera destes planetas com instrumentos de última geração, os cientistas vão tentar descobrir se podem albergar água.

Os típicos sistemas planetários detectados pela missão Kepler da NASA estão a centenas de anos-luz de distância. Em contraste, a estrela de Kapteyn é a 25ª estrela mais próxima do Sol e está a apenas 13 anos-luz da Terra.

No entanto, o que torna esta descoberta diferente é a história peculiar da estrela. A estrela de Kapteyn nasceu numa galáxia anã absorvida e perturbada por uma jovem Via Láctea. Este evento de interrupção galáctica colocou a estrela na sua rápida órbita dentro do halo. O núcleo provável da galáxia anã original é Omega Centauri, um aglomerado globular enigmático a 16.000 anos-luz da Terra que contém centenas de milhares destes "sóis" velhos. Isto define a idade mais provável dos planetas em 11,5 bilhões de anos; 2,5 vezes mais antigos que a Terra e "apenas" 2 bilhões de anos mais jovens que o próprio Universo, com aproximadamente 13,8 bilhões de anos.

O Dr. Anglada-Escude acrescenta: "faz-nos questionar que tipo de vida poderá ter evoluído nestes planetas ao longo deste enorme espaço de tempo."

O professor Richard Nelson, chefe da Unidade de Astronomia da QMUL, que não participou da pesquisa, comentou: "Esta descoberta é muito excitante. Sugere que serão encontrados muitos mundos potencialmente habitáveis nos próximos anos em torno de estrelas próximas por observatórios terrestres e espaciais, tais como o PLATO. Até que tenhamos detectado um número maior deles, as propriedades e possível habitabilidade dos sistemas planetários mais próximos permanecerão por desvendar."

Um artigo sobre a pesquisa foi aceito para publicação no Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Fonte: University of California

Primeiras observações do SPHERE, instrumento que fotografa exoplanetas

O SPHERE (Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch instrument) foi instalado no Very Large Telescope (VLT) do ESO no Observatório do Paranal, no Chile, e executou com sucesso as suas primeiras observações científicas.

© SPHERE (disco de poeira em torno da estrela HR 4796A)

Este novo e poderoso instrumento concebido para estudar exoplanetas utiliza várias técnicas avançadas simultaneamente, proporcionando um desempenho drasticamente melhorado relativamente aos instrumentos já existentes. O SPHERE forneceu já imagens impressionantes dos discos de poeira em torno de estrelas próximas e outros alvos durante os primeiros dias de observações. O SPHERE foi desenvolvido e construído por um consórcio de várias instituições europeias, lideradas pelo Institut de Planétologie et d´Astrophysique de Grenoble, França, em parceria com o ESO. Espera-se que o instrumento revolucione o estudo detalhado de exoplanetas e discos circunstelares.

O SPHERE passou nos testes de aceitação na Europa em dezembro de 2013, tendo seguidamente sido enviado para o Paranal, onde voltou a ser cuidadosamente montado, sendo concluído em maio de 2014, momento em que o instrumento foi instalado no telescópio principal número 3 do VLT. O SPHERE trata-se de um instrumento de segunda geração para o VLT (os primeiros três foram o X-shooter, o KMOS e o MUSE).
O SPHERE combina várias técnicas avançadas para obter o melhor contraste possível em imagens diretas de exoplanetas, com resultados muito superiores aos obtidos pelo NACO, o instrumento que obteve a primeira imagem direta de um exoplaneta. Para conseguir um tal desempenho o SPHERE necessitou de um desenvolvimento desde muito cedo de técnicas inovadoras, em particular nas áreas de óptica adaptativa, detectores especiais e componentes de coronógrafo.

© SPHERE (Titã, lua de Saturno)

Os objetivos principais do SPHERE são encontrar e caracterizar, através de imagens diretas, exoplanetas gigantes que orbitam estrela próximas. A maioria dos exoplanetas que se conhecem atualmente foram descobertos por técnicas indiretas, tais como variações da velocidade radial da estrela hospedeira ou diminuição do brilho da estrela causada por um exoplaneta em trânsito. Até agora apenas foram obtidas imagens diretas de alguns exoplanetas. Trata-se um de grande desafio, uma vez que estes planetas, além de estarem muito próximo das suas estrelas progenitoras, são muito menos brilhantes do que estas. Numa imagem normal, mesmo com as melhores condições de observação, a forte luz da estrela ofusca completamente o fraco brilho do planeta. Toda a conceção do SPHERE está portanto focada em conseguir atingir o maior contraste possível na pequena região do céu em torno da estrela brilhante.
A primeira das três técnicas inovadoras exploradas pelo SPHERE é a óptica adaptativa extrema, que corrige os efeitos da atmosfera terrestre e obtenção de imagens mais nítidas, onde o contraste do exoplaneta aumente. Em segundo lugar, usa-se um coronógrafo para bloquear a radiação emitida pela estrela e aumentar ainda mais o contraste. Finalmente, aplica-se uma técnica chamada imagem diferencial, que explora as diferenças entre as radiações planetária e estelar em termos de cor ou polarização, e estas diferenças subtis podem também ser usadas para revelar um exoplaneta atualmente invisível.
Durante as primeiras observações foram observados diversos alvos utilizando os diferentes modos do SPHERE. Obteve-se a melhor imagem até à data de um disco de poeira em torno da estrela próxima HR 4796A. A imagem mostra não apenas o anel com uma nitidez excecional mas ilustra também como o SPHERE consegue suprimir tão bem o brilho intenso da estrela situada no centro da imagem.
Depois de vários testes extensos e verificações científicas, o SPHERE estará disponível a toda a comunidade astronômica, em finais de 2014.

Fonte: ESO

Descoberto um novo tipo de planeta

Astrônomos anunciaram a descoberta de um novo tipo de planeta, um mundo rochoso com 17 vezes a massa da Terra.

© CfA/David A. Aguilar (ilustração do sistema Kepler-10)

Os teóricos pensavam que tal mundo não poderia existir porque algo tão pesado agarraria hidrogênio à medida que crescia e se tornaria num gigante gasoso como Júpiter. Este planeta, porém, é sólido e muito maior que as "super-Terras" previamente descobertas, tornando-se numa "mega-Terra".

"Ficamos muito surpresos quando percebemos o que havíamos encontrado," afirma o astrônomo Xavier Dumusque do Centro Harvard-Smithsonian para Astrofísica (CfA), que liderou a análise de dados e fez a descoberta.

"Este é o Godzilla das Terras!", acrescenta Dimitar Sasselov, pesquisador do CfA, diretor da Harvard Origins of Life Initiative. "Mas ao contrário do monstro do filme, Kepler-10c tem implicações positivas para a vida."

A conclusão da equipe foi apresentada numa conferência de imprensa durante uma reunião da Sociedade Astronômica Americana (AAS).

A recém-descoberta mega-Terra, Kepler-10c, orbita uma estrela como o Sol a cada 45 dias. Está localizada a cerca de 560 anos-luz da Terra na direção da constelação de Dragão. O sistema também contém um "mundo de lava" com três vezes a massa da Terra, Kepler-10b, com um período de translação notavelmente rápido de 20 horas.

Kepler-10c foi originalmente descoberto pelo Kepler da NASA. O Kepler descobre planetas usando o método de trânsito, procurando uma estrela que tem o seu brilho diminuído quando um planeta passa à sua frente. Ao medir a quantidade de escurecimento, os astrônomos podem calcular o tamanho físico ou diâmetro do planeta. No entanto, o Kepler não consegue dizer se o planeta é rochoso ou gasoso.

Sabia-se que o Kepler-10c tinha 2,3 vezes o diâmetro da Terra. Isto sugeria que se encontrava numa categoria de planetas conhecidos como mini-Netunos, que têm invólucros densos e gasosos.

A equipe usou o instrumento HARPS-Norte no telescópio Nazionale Galileo (TNG) nas Ilhas Canárias para medir a massa de Kepler-10c. Descobriram que tinha 17 vezes a massa da Terra, muito mais do que o esperado. Isto mostrou que Kepler-10c devia ter uma composição densa de rochas e outros sólidos.

"Kepler-10c não perdeu a sua atmosfera ao longo do tempo. É massivo o suficiente para ter mantido uma, se alguma vez teve," explica Dumusque. "Deve ter-se formado do modo como o vemos agora."

As teorias de formação planetária têm dificuldades em explicar como um mundo tão grande e rochoso pode ter se desenvolvido. No entanto, um novo estudo observacional sugere que não está sozinho.

Também apresentado na reunião da AAS, o astrônomo do CfA Lars A. Buchhave descobriu uma correlação entre o período de um planeta (o tempo que leva para orbitar a sua estrela) e o tamanho em que um planeta transita de rochoso para gasoso. Isto sugere que serão encontradas mais mega-Terras à medida que os caçadores exoplanetários estendem os seus dados para órbitas de período mais longo.

A descoberta de que o Kepler-10c é uma mega-Terra também tem implicações profundas para a história do Universo e a possibilidade de vida. O sistema Kepler-10 tem cerca de 11 bilhões de anos, o que significa que se formou menos de 3 bilhões de anos após o Big Bang.

O Universo jovem continha apenas hidrogênio e hélio. Os elementos mais pesados, necessários para produzir planetas rochosos, como o silício e ferro, tiveram que ser criados nas primeiras gerações de estrelas. Quando essas estrelas explodiram, espalharam estes ingredientes cruciais pelo espaço, que foram então incorporados em gerações posteriores de estrelas e planetas.

Este processo deveria ter levado bilhões de anos. No entanto, o kepler-10c mostra que o Universo era capaz de formar estas rochas enormes mesmo durante o momento em que os elementos pesados eram escassos.

"A descoberta de Kepler-10c diz-nos que os planetas rochosos poderiam se formar muito mais cedo do que pensávamos. E se podemos fazer rochas, podemos fazer vida," afirma Sasselov.

Esta pesquisa sugere que os astrônomos não devem excluir estrelas velhas quando procurarem planetas semelhantes à Terra. E se as estrelas velhas também podem hospedar planetas rochosos, então nós temos uma melhor hipótese de localizar mundos potencialmente habitáveis na nossa vizinhança cósmica.

Fonte: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics

O halo da Nebulosa Olho de Gato

A Nebulosa do Olho de Gato (NGC 6543) é uma das nebulosas planetárias mais bem conhecida no céu.

© R. Corradi (Nebulosa do Olho de Gato)

Suas simetrias assombrosas são vistas na região central dessa imagem deslumbrante, processada de forma a revelar o enorme, mas apagado halo de material gasoso, com aproximadamente 3 anos-luz de diâmetro, que circunda a brilhante nebulosa planetária. A imagem acima feita pelo Nordic Optical Telescope, nas Ilhas Canárias, é na verdade uma composição de dados mostrando a impressionante e forte extensão da emissão de átomos de oxigênio ionizados em tonalidades azuis esverdeadas e do hidrogênio e nitrogênio ionizado em vermelho. As nebulosas planetárias têm sido por muito tempo, apreciadas como a fase final da vida de uma estrela como o Sol. Mas recentemente, muitas nebulosas planetárias foram descobertas com halos como esse, provavelmente formado de material expelido durante os episódios ativos da evolução estelar. Enquanto acredita-se que a fase da nebulosa planetária dure cerca de 10.000 anos, os astrônomos estimam que a idade das porções mais externas dos filamentos desse halo cheguem a ter entre 50.000 a 90.000 anos.

Fonte: NASA

Formação de novas estrelas na Nebulosa da Serpente

Estrelas que estão apenas começando a se aglutinar em faixas frias de poeira e gás são exibidas nesta imagem do telescópio espacial Spitzer da NASA e do Two Micron All Sky Survey (2MASS).

© NASA/JPL-Caltech/2MASS (Núcleo da Nuvem da Serpente)

As cores que vemos com os nossos olhos foram atribuídas à luz infravermelha, revelando jovens estrelas em laranja e amarelo, e uma parcela central do gás em azul. Esta área está escondida na luz visível, mas na luz infravermelha pode viajar através da poeira, oferecendo uma espiada dentro da incubadora estelar.
A área escura à esquerda do centro é envolta em tanta poeira, mesmo a luz infravermelha é bloqueada. É dentro destes úteros escuros que as estrelas estão apenas começando a tomar forma.
O Núcleo da Nuvem da Serpente é uma região de formação de estrelas localizada a cerca de 750 anos-luz da Constelação da Serpente, uma constelação em homenagem a sua semelhança com uma cobra na luz visível. A região é notável, uma vez que contém apenas estrelas de massa relativamente baixa a moderada, e não possui estrelas enormes e incrivelmente brilhantes encontradas em regiões maiores formadoras de estrelas, como a nebulosa de Órion. Nosso Sol é uma estrela de massa moderada. Se formou em uma região de baixa massa estelar como a Serpente, ou uma região estelar de alta massa como Órion, é um mistério em curso.
O interior do Núcleo da Nuvem da Serpente é notavelmente detalhado nesta imagem. Foi montado a partir de 82 instantâneos que representam um tempo colossal, perfazendo 16,2 horas de observação do Spitzer. As observações foram feitas durante a "missão quente" do Spitzer uma fase que começou em 2009, após o observatório ficou sem líquido refrigerante, como planejado.
A maioria dos pequenos pontos na imagem são estrelas localizadas atrás ou na frente da Nebulosa da Serpente.

Fonte: NASA

A nebulosa planetária Abell 36

A deslumbrante nebulosa planetária Abell 36 vista abaixo, formada pelo gás de uma estrela morrendo, situa-se apenas a 800 anos-luz de distância na constelação de Virgem.

© Adam Block (nebulosa planetária Abell 36)

Esta visão telescópica nítida se estende por mais de 1,5 anos-luz. Ignorando suas camadas exteriores, a estrela central da nebulosa está se contraindo e se tornando mais quente, evoluindo para uma fase final de anã branca. De fato, na Abell 36 a estrela central possui uma temperatura superficial estimada de mais de 73.000 K. O nosso Sol possui uma temperatura superficial de cerca de 6.000 K. Como resultado, a estrela intensamente quente é muito mais brilhante à luz ultravioleta, em comparação com o seu aspecto visual aqui. A luz ultravioleta invisível ioniza os átomos de hidrogênio e oxigênio na nebulosa e, finalmente, produz um belo brilho na luz visível.

Fonte: NASA

A teoria toroidal dos buracos negros

Uma pesquisa de mais de 170.000 buracos negros supermassivos com o WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer) da NASA, fez os astrônomos avaliarem uma teoria com décadas acerca dos vários aspectos destes objetos interestelares.

© NASA/JPL-Caltech (aglomerado da Fornalha)

A imagem acima mostra galáxias agrupadas no aglomerado da Fornalha, localizado a 60 milhões de anos-luz da Terra. A imagem foi obtida pelo WISE, mas foi melhorada artisticamente para ilustrar a ideia que o aglomerado estará, em média, rodeado por grandes halos de matéria escura (púrpura).

A teoria unificada dos buracos negros supermassivos e ativos, desenvolvida pela primeira vez no final da década de 1970, foi criada para explicar o porquê dos buracos negros, embora de natureza semelhantes, poderem parecer completamente diferentes. Alguns parecem estar envoltos em poeira, enquanto outros estão expostos e são fáceis de discernir.

O modelo unificado responde a esta pergunta, propondo que cada buraco negro está rodeado por uma estrutura de poeira, em forma de toro (donut). Dependendo da orientação destes donuts no espaço, os buracos negros assumem diversas aparências. Por exemplo, se o donut estiver posicionado de lado (a partir da perspectiva da Terra), o buraco negro está escondido da nossa vista. Se o donut for observado por cima ou por baixo, o buraco negro encontra-se exposto.

No entanto, os novos resultados do WISE não corroboram esta teoria. Os cientistas descobriram evidências de que algo que não uma estrutura em forma de donut pode, em algumas circunstâncias, determinar se o buraco negro está ou não escondido. A equipe ainda não determinou qual a causa, mas os resultados sugerem que o modelo unificado, de donut, não responde a todas as questões.

"A nossa descoberta revela uma nova característica dos buracos negros ativos que desconhecíamos, mas os detalhes permanecem um mistério," afirma a co-autora da pesquisa Lin Yan do IPAC (Infrared Processing and Analysis Center) da NASA, com sede no Instituto de Tecnologia da Califórnia em Pasadena, EUA. "Esperamos que o nosso trabalho inspire estudos futuros para entender melhor estes objetos fascinantes."

O autor principal da pesquisa é o pesquisador de pós-doutorado, Emilio Donoso, que trabalhou com Yan no IPAC e, desde então, mudou-se para o Instituto de Ciências Astronômicas, da Terra e do Espaço na Argentina. A pesquisa também tem a co-autoria de Daniel Stern do JPL da NASA em Pasadena, e Roberto Assef da Universidade Diego Portales no Chile, anteriormente do JPL.

Cada galáxia tem um buraco negro massivo no seu núcleo. O novo estudo foca-se naqueles que se "alimentam", chamados buracos negros supermassivos e ativos, ou núcleos galácticos ativos. Estes buracos negros devoram o material gasoso ao redor, o que alimenta o seu crescimento.

Com o auxílio de computadores, os cientistas foram capazes de escolher mais de 170.000 buracos negros supermassivos e ativos a partir dos dados do WISE. Mediram então o agrupamento das galáxias que contêm buracos negros escondidos e buracos negros expostos, a medida em que estes se agrupam em todo o céu.

Se o modelo unificado fosse válido, e os buracos negros escondidos estivessem simplesmente escondidos pelos donuts na sua configuração vista de lado, então os pesquisadores esperariam que se agrupassem do mesmo modo que os expostos. De acordo com a teoria, uma vez que as estruturas em forma de donut têm orientações aleatórias, os buracos negros também deveriam estar distribuídos aleatoriamente. É como jogar vários donuts ao ar, aproximadamente a mesma porcentagem de donuts é vista de lado e é vista de cima ou de baixo, independentemente do seu agrupamento ou das suas distâncias.

Mas o WISE encontrou algo totalmente inesperado. Os resultados mostram que as galáxias com buracos negros escondidos estão mais agrupadas do que as com buracos negros expostos. Se estes resultados forem confirmados, os cientistas terão que ajustar o modelo unificado e chegar a novas maneiras de explicar porque é que alguns buracos negros aparecem ocultos.

Outra forma de entender os resultados do WISE envolve a matéria escura. A matéria escura é uma substância invisível que domina a matéria no Universo, superando a matéria normal que compõe as pessoas, planetas e estrelas. Cada galáxia fica no centro de um halo de matéria escura. Halos maiores têm mais gravidade e, por isso, puxam outras galáxias na sua direção.

Dado que o WISE descobriu que os buracos negros escondidos estão mais agrupados do que os outros, os pesquisadores sabem que estes buracos negros escondidos residem em galáxias com halos maiores de matéria escura. Embora os halos propriamente ditos não sejam responsáveis por esconder os buracos negros, podem ser uma pista para o que está acontecendo.

"A teoria unificada foi proposta para explicar a complexidade que os astrônomos estavam vendo," afirma Stern. "Parece que esse modelo simples foi demasiado simples. Como Albert Einstein disse, os modelos devem ser feitos 'o mais simples possível, mas não mais simples'."

Os cientistas ainda estão vasculhando ativamente os dados públicos do WISE, colocado em hibernação em 2011 após digitalizar a totalidade do céu duas vezes. Foi reativado em 2013, com o novo nome NEOWISE, numa nova missão para identificar objetos potencialmente perigosos próximos da Terra.

A pesquisa foi aceita para publicação na revista Astrophysical Journal.

Fonte: NASA

A fábrica de estrelas M17

O que está acontecendo no centro desta nebulosa?

© Subaru/Hubble (M17)

Esculpida por ventos estelares e radiação, a fábrica de estrelas conhecida como Messier 17 (M17) fica a cerca de 5.500 anos-luz de distância na constelação de Sagitário. A essa distância, este amplo campo de visão se estende por quase 100 anos-luz. A nítida composição colorida da imagem, utilizando dados de telescópios espacial e terrestre, fornecem detalhes tênues de gás e nuvens de poeira da região em um cenário de estrelas centtais da Via Láctea. Ventos estelares e luz energética de estrelas quentes, maciças formadas a partir de estoques de gás e poeira cósmica da M17 esculpiram lentamente o material interestelar restante produzindo a aparência cavernosa e formas ondulantes. A M17 é também conhecida como a Nebulosa Ômega ou Nebulosa Cisne.

Fonte: NASA

Aglomerado de galáxias muito distante é confirmado

As estruturas e as populações de estrelas de galáxias massivas parecem mudar à medida que envelhecem, mas muito sobre como essas galáxias se formaram e evoluíram permanece misterioso.

© Hubble (aglomerado de galáxias JKCS 041)

A imagem acima obtida pelo telescópio espacial Hubble mostra o centro do aglomerado de galáxias JKCS 041 recém confirmado. As galáxias localizadas no aglomerado estão circuladas. Os círculos azuis evidenciam as poucas galáxias que continuam gerando novas estrelas, enquanto círculos amarelos mostram aquelas que já entraram na quiescente.

Muitas das galáxias mais antigas e de maior massa residem em aglomerados, enormes estruturas onde numerosas galáxias se encontram concentradas em conjunto. Os aglomerados de galáxias no Universo primordial são a chave para a compreensão dos ciclos de vida de galáxias antigas, mas até agora os astrônomos localizaram apenas um punhado destas estruturas raras e distantes.

A nova pesquisa de uma equipe liderada por Andrew Newman, do Carnegie Institution for Science, confirmou a presença de um aglomerado de galáxias invulgarmente distante, o JKCS 041, que foi publicada no The Astrophysical Journal.

O aglomerado de galáxias JKCS 041 começou a ser estudado em 2006, que absorveu anos de observação através dos telescópios mais potentes do mundo para finalmente confirmar sua distância. Os pesquisadores utilizaram o telescópio espacial Hubble para captar imagens nítidas do aglomerado distante e dividir a luz das estrelas das galáxias em suas cores constituintes, uma técnica conhecida como espectroscopia. Foram encontraradas 19 galáxias precisamente na mesma distância de 9,9 bilhões de anos luz.

Um estudo anterior usando o observatório de raios X Chandra descobriu emissões de raios X no local próximo ao ao JKCS 041.

"Estes raios X provavelmente se originam do gás quente no JKCS 041, que foi aquecido a uma temperatura de cerca de 80 milhões de graus pela gravidade do conjunto maciço", disse Stefano Andreon do Observatório Astronômico di Brera, que liderou uma publicação no periódico Astronomy & Astrophysics.

Atualmente as galáxias maiores e mais antigas são encontradas em grupos, mas há um mistério sobre quando e por que essas galáxias gigantes cessaram a formação de novas estrelas e se tornaram dormentes. Espiando o passado das galáxias no JKCS 041, quando tinham apenas 1 bilhão de anos de idade, foi descoberto que a maioria já tinha entrado na sua fase de repouso.

"Devido o JKCS 041 ser o aglomerado mais distante conhecido em tamanho, ele nos dá uma oportunidade única para estudar estas galáxias antigas em detalhes e entender melhor suas origens ", disse Newman.

Uma vez que as galáxias maciças entram na fase de repouso, elas continuam se expandindo em tamanho. Isto ocorre quando as galáxias colidem entre si e evoluem para uma nova galáxia maior. Os aglomerados iniciais são suspeitos de ser os locais privilegiados para essas colisões, mas para a surpresa da equipe, foi descoberto que as galáxias no JKCS 041 estavam crescendo quase no mesmo ritmo que as galáxias independentes de aglomarados.

Fonte: Astronomy

Estrela Wolf-Rayet torna-se uma supernova

O nosso Sol pode parecer muito impressionante: com 330.000 vezes a massa da Terra, corresponde a 99,86% da massa total do Sistema Solar; gera cerca de 400 trilhões de trilhôes de watts de potência; e tem uma temperatura à superfície que ronda os 5.500 graus Celsius. No entanto, para uma estrela, é um "peso leve".

© Observatório Palomar (supernova SN 2013cu na galáxia UGC 9379)

Os verdadeiros gigantes cósmicos são as estrelas Wolf-Rayet, que têm mais de 20 vezes a massa do Sol e são pelo menos cinco vezes mais quentes. Tendo em conta que estas estrelas são relativamente raras e estão muitas vezes obscurecidas, os cientistas não sabem muito sobre a sua formação, vida e morte. Mas isto está mudando, graças a um levantamento inovador do céu chamado iPTF (intermediate Palomar Transient Factory), que usa recursos do NERSC (National Energy Research Scientific Computing Center) e do ESnet (Energy Sciences Network), ambos localizados no Laboratório Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) do Departamento de Energia dos EUA, para expor eventos cósmicos fugazes como supernovas.

Pela primeira vez, os cientistas têm a confirmação direta de que uma estrela Wolf-Rayet, a 360 milhões de anos-luz de distância na direção da constelação de Boieiro, morreu numa explosão violenta conhecida como supernova do Tipo IIb. Usando o iPTF, investigadores do Instituto Weizmann de Ciência em Israel, liderados por Avishay Gal-Yam, apanharam a supernova SN 2013cu poucas horas depois da sua explosão. Então, acionaram telescópios terrestres e espaciais para observar o evento aproximadamente 5,7 horas e 15 horas depois da sua autodestruição. Estas observações estão fornecendo informações valiosas sobre a vida e morte da progenitora Wolf-Rayet.

"As capacidades observacionais recentemente desenvolvidas permitem-nos agora estudar estrelas em explosão que anteriormente só conseguíamos nos nossos sonhos. Estamos caminhando para estudos de supernovas em tempo-real," afirma Gal-Yam, astrofísico do Departamento de Física de Partículas e Astrofísica do Instituto Weizmann. Ele é também o autor principal de um estudo, publicado recentemente na revista Nature, sobre esta descoberta. "Pela primeira vez, podemos apontar diretamente para uma observação e dizer que este tipo de estrela Wolf-Rayet leva este tipo de supernova do Tipo IIb," comenta Peter Nugent, que lidera o C3 (Computational Cosmology Center) de Berkeley e o contingente de Berkeley na colaboração iPTF.

"Quando identifiquei o primeiro exemplo de uma supernova do Tipo IIb em 1987, sonhei que um dia teríamos evidências diretas do tipo de estrela que havia explodido. É refrescante que agora possamos dizer que as estrelas Wolf-Rayet são as responsáveis, pelo menos em alguns casos," acrescenta Alex Filippenko, professor de Astronomia na Universidade de Berkeley. Tanto Filippenko como Nugent são co-autores do artigo da Nature.

Algumas estrelas supermassivas tornam-se Wolf-Rayet nos estágios finais das suas vidas. Os cientistas acham estas estrelas interessantes porque enriquecem galáxias com elementos químicos pesados que eventualmente tornam-se nos blocos de construção dos planetas e da vida.

"Estamos determinando gradualmente quais os tipos de estrelas que explodem, e porquê, e quais os tipos de elementos que produzem," salienta Filippenko. "Estes elementos são cruciais para a existência da vida. Num sentido muito real, estamos tentando descobrir as nossas próprias origens estelares."

Todas as estrelas, não importa o tamanho, passam a vida fundindo átomos de hidrogênio para criar hélio. Quanto maior a massa da estrela, mais gravidade exerce, o que acelera a fusão no núcleo da estrela, gerando energia para compensar o colapso gravitacional. Quando o hidrogênio esgota-se, uma estrela supermassiva continua fundindo até elementos mais pesados como o carbono, oxigênio, nêonio, sódio, magnésio e assim por diante, até que o seu núcleo se transforma em ferro. Neste ponto, os átomos (até mesmo as partículas subatômicas) estão tão intimamente embaladas que a fusão já não consegue libertar energia para a estrela. É agora apenas suportada pela pressão degenerativa dos elétrons; a lei que proíbe dois elétrons de ocuparem o mesmo estado quântico.

Quando o núcleo é massivo o suficiente, nem a degeneração dos elétrons consegue suportar a estrela e ela entra em colapso. Os prótons e elétrons no núcleo fundem-se, libertando uma quantidade enorme de energia e neutrinos. Isto, por sua vez, alimenta uma onda de choque que dilacera a estrela expelindo violentamente os seus restos para o espaço à medida que entra na sua fase de supernova.

A fase de Wolf-Rayet ocorre antes da fase de supernova. À medida que a fusão nuclear diminui, os elementos pesados forjados no núcleo da estrela sobem para a superfície, desencadeando fortes ventos. Estes ventos derramam uma quantidade enorme de material para o espaço e obscurecem a estrela dos olhares curiosos da Terra.

"Quando uma estrela Wolf-Rayet entra em supernova, a explosão normalmente ultrapassa o vento estelar e toda a informação sobre a estrela progenitora é destruída," afirma Nugent. "Nós tivemos sorte com SN 2013cu, apanhamos a supernova antes de ultrapassar o vento. Pouco depois da estrela explodir, soltou um flash ultravioleta da onda de choque que aqueceu e iluminou o vento. As condições que observamos neste momento foram muito semelhantes ao que havia antes da supernova."

Antes dos destroços da supernova ultrapassarem o vento, a equipe do iPTF conseguiu captar as assinaturas químicas da luz (ou espectro) com o telescópio Keck no Havaí e viu sinais reveladores de uma estrela Wolf-Rayet. Quando observações de acompanhamento foram realizadas 15 horas depois com o satélite Swift da NASA, a supernova ainda estava bastante quente e emitia fortemente no ultravioleta. Nos dias que se seguiram, os colaboradores do iPTF reuniram telescópios de todo o mundo para observar a supernova colidir com o material previamente ejetado da estrela. À medida que os dias passavam, os cientistas foram capazes de classificar a SN 2013cu como uma supernova do Tipo IIb graças às fracas assinaturas do hidrogênio e às fortes características do hélio no espectro que apareceram após o arrefecimento da supernova.

"Com uma série de observações incluindo dados que obtive com o telescópio Keck-I 6,5 dias após a explosão, pudemos ver que os remanescentes em expansão da supernova rapidamente ultrapassaram o vento ionizado que tinha revelado as características Wolf-Rayet," comenta Filippenko.

"Esta descoberta foi totalmente chocante, abre uma área de pesquisa completamente nova," realça Nugent. "Com os nossos maiores telescópios temos uma hipótese de obter o espectro de uma estrela Wolf-Rayet nas galáxias mais próximas da Via Láctea, talvez até 4 milhões de anos-luz de distância. A SN 2013cu está a 360 milhões de anos-luz de distância, quase 100 vezes mais longe."

Desde Fevereiro de 2014, o estudo iPTF tem estudado o céu noturno com um telescópio robótico acoplado ao telescópio Samuel Oschin de 48 polegadas do Observatório Palomar no sul do estado americano da Califórnia.

O estudo foi construído sobre o legado do PTF (Palomar Transient Factory), desenhado em 2008 para sistematicamente mapear o céu usando a mesma câmara no Observatório Palomar. No ano passado, Nugent e colegas do Caltech e UC Berkeley fizeram importantes modificações para o projeto iPTF. Com a equipe do NERSC, Nugent atualizou o hardware de computação e armazenamento. Também melhoraram os algoritmos de aprendizagem no núcleo da detecção automática e incorporaram o SDSS-III (Sloan Digital Star Survey III) e catálogos de galáxias para que estes rejeitassem imediatamente estrelas variáveis.

Até adicionaram uma funcionalidade de rejeição de asteroides ao fluxo de trabalho automatizado, que calcula a órbita de cada asteroide conhecido no início da noite, determina onde os asteroides estão em cada imagem individual, e depois rejeita-os.

"Todas as nossas modificações aceleraram significativamente a nossa detecção em tempo real; enviamos agora alertas de supernova com alta qualidade para os astrônomos de todo o mundo em menos de 40 minutos após capturar uma imagem em Palomar," comenta Nugent. "No caso da SN 2013cu, fez toda a diferença."

Fonte: Berkeley Lab

Aglomerados cósmicos moldam as sombras mais escuras

Astrônomos descobriram aglomerados cósmicos tão escuros, densos e poeirentos que moldam as sombras mais profundas já registadas.

© NASA (aglomerados de poeira e gás escuros e densos)

Observações infravermelhas destas regiões com o telescópio espacial Spitzer da NASA paradoxalmente iluminam o caminho para compreender como as estrelas mais brilhantes se formam.

Os aglomerados representam as áreas mais escuras de uma nuvem cósmica de gás e poeira localizada a cerca de 16.000 anos-luz de distância. Um novo estudo aproveita as sombras provocadas por estes aglomerados para medir a estrutura e massa da nuvem.

Os resultados sugerem que a nuvem de poeira provavelmente irá evoluir para um dos mais massivos aglomerados estelares na nossa Galáxia. Os aglomerados mais densos vão resultar nas maiores e mais poderosas estrelas, chamadas estrelas da classe O, cuja formação há muito intriga os cientistas. Estas estrelas gigantes têm um grande impacto sobre o ambiente interestelar local, ao mesmo tempo ajudando a criar os elementos pesados necessários para a vida.

"O mapa de estrutura da nuvem e dos seus núcleos densos que fizemos neste estudo revela muitos dos pequenos detalhes acerca do processo de formação de estrelas gigantes e aglomerados estelares," realça Michael Butler, pesquisador de pós-doutorado na Universidade de Zurique, Suíça, e principal autor do estudo.

O mapa da estrutura da nuvem tem ajudado a determinar a sua massa, equivalente a 70.000 sóis compactados numa área com cerca de 50 anos-luz em diâmetro. O mapa é cortesia do Spitzer no infravermelho, que consegue mais facilmente penetrar o gás e a poeira do que a luz visível. O efeito é similar ao que dá a cor avermelhada ao pôr-do-Sol durante dias nublados, a luz infravermelha, com um comprimento de onda maior, chega mais facilmente aos nossos olhos através da neblina, que espalha e absorve a luz azul com comprimento de onda mais pequeno. Neste caso, as regiões mais densas do material de formação estelar, dentro da nuvem, são tão espessas com poeira que dispersam e bloqueiam não apenas a luz visível, mas também quase toda a radiação infravermelha de fundo.

A observação no infravermelho permite com que os cientistas investiguem as nuvens cósmicas imperscrutáveis e avistem os estágios iniciais da formação estelar e dos aglomerados. Normalmente, o Spitzer detecta radiação infravermelha emitida por estrelas jovens ainda envoltas nos seus casulos empoeirados. Para o novo estudo, os astrônomos avaliaram a quantidade de radiação infravermelha de fundo obscurecida pela nuvem, usando estas sombras para inferir onde o material havia criado grupos dentro da nuvem. Estas bolhas de gás e poeira irão eventualmente acabar por colapsar gravitacionalmente para criar centenas de milhares de novas estrelas.

Pensa-se que a maioria das estrelas do Universo, e provavelmente também o nosso Sol, nasçam neste tipo de ambiente em grande número. Os aglomerados de estrelas de pequena massa são bastante comuns e  bastante estudados. Mas os aglomerados que dão origem a estrelas maiores, como as do enxame aqui descrito, são escassos e distantes, o que os torna mais difíceis de examinar.

"Neste tipo raro de nuvem, o Spitzer forneceu-nos um quadro importante da formação de um enorme aglomerado estelar, capturado nos seus estágios embrionários," afirma Jonathan Tan, professor associado de astronomia da Universidade da Flórida, em Gainesville, EUA, e co-autor do estudo.

Os novos achados vão também ajudar a revelar como é que as estrelas de classe O se formam. As estrelas de classe O brilham com um tom azul-esbranquiçado, possuem pelo menos 16 vezes a massa do Sol e têm temperaturas à superfície que rondam os 30.000 graus Celsius. Estas estrelas gigantes têm uma enorme influência sobre as suas regiões estelares. Os seus ventos e intensa radiação sopram material que pode agrupar-se para criar outras estrelas e sistemas planetários. As estrelas de classe O são de curta duração e rapidamente explodem como supernovas, libertando enormes quantidades de energia e forjando os elementos pesados necessários para formar planetas e organismos vivos.

Os cientistas não têm a certeza como, em estrelas de classe O, é possível o material acumular-se em escalas dezenas a centenas de vezes maiores que a massa do nosso Sol sem se dissipar ou quebrar-se em várias estrelas mais pequenas.

"Nós ainda não temos uma teoria estabelecida ou explicação de como estas estrelas massivas se formam," afirma Tan. "Portanto, as medidas detalhadas das nuvens onde estas estrelas gigantes nascem, como aqui registramos neste estudo, são importantes para orientar novas compreensões teóricas."

A pesquisa foi publicada na revista The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: NASA

Um halo da nebulosa de emissão NGC 6164

A linda nebulosa de emissão NGC 6164 foi criada por uma rara, quente e luminosa estrela do tipo O, com cerca de 40 vezes a massa do Sol.

© Martin Pugh e Rick Stevenson (NGC 6164)

Vista no centro da nuvem cósmica, a estrela tem apenas 3 a 4 milhões de anos. Com aproximadamente esta mesma quantidade de anos a estrela massiva terminará sua vida em uma explosão de supernova. Abrangendo cerca de 4 anos-luz, a própria nebulosa tem uma simetria bipolar. Isto faz com que seja semelhante em aparência a nebulosas planetárias mais comuns e familiares, as mortalhas gasosas em torno estrelas agonizantes. Também como muitas nebulosas planetárias, a NGC 6164 possui um extenso halo fraco revelado nesta imagem telescópica profunda da região. Expandindo para o meio interestelar circundante, o material no halo é provavelmente proveniente de uma fase ativa anterior da estrela. A imagem acima é um composta de extensos dados de imagem de banda estreita, com destaque para o gás brilhante de hidrogênio atômico em vermelho e oxigênio em tons de azul, com dados de banda larga para o campo estelar circundante. A NGC 6164 está a 4.200 anos-luz de distância na constelação austral de Norma.

Fonte: NASA

Um aglomerado estelar em Carina

A nova imagem colorida abaixo mostra o aglomerado estelar NGC 3590.

© ESO (aglomerado estelar NGC 3590)

As estrelas brilham intensamente sobre uma paisagem de zonas escuras de poeira e nuvens coloridas de gás brilhante. Este aglomerado fornece aos astrônomos pistas sobre a formação e evolução das estrelas, além de ajudar a compreender melhor a estrutura dos braços em espiral da nossa Galáxia.

O NGC 3590 é um pequeno aglomerado estelar aberto situado a cerca de 7.500 anos-luz de distância da Terra, na constelação de Carina (a Quilha). Trata-se de um conjunto de dúzias de estrelas ligadas de forma ligeira pela gravidade, com cerca de 35 milhões de anos de idade.
Este aglomerado não é apenas bonito; é também muito útil aos astrônomos. Ao estudar este aglomerado em particular, e outros próximos dele. os astrônomos podem explorar as propriedades do disco espiral da nossa Galáxia, a Via Láctea. O NGC 3590 situa-se no maior segmento de um braço em espiral que pode ser visto a partir da nossa posição na Galáxia: a espiral de Carina.
A Via Láctea possui vários braços em espiral, correntes longas e encurvadas de gás e estrelas, que se estendem desde o centro galáctico. Estes braços, dois principais com muitas estrelas e dois secundários menos populados, têm o nome das constelações onde são mais proeminentes. Os quatro braços em espiral chamam-se braços de Carina-Sagitário, Norma, Escudo-Centauro e Perseus. A espiral de Carina pode ser vista da Terra como uma zona do céu densamente populada de estrelas, no braço secundário de Carina-Sagitário.
O nome deste braço, Carina ou A Quilha, é bastante apropriado. Estes braços em espiral são na realidade ondas de gás e estrelas acumuladas que varrem o disco galáctico, dando origem a episódios de formação estelar intensa e deixando aglomerados como o NGC 3590 atrás de si. Descobrir e observar estrelas jovens como as que se encontram no NGC 3590, é uma maneira de determinar as distâncias às diferentes zonas do braço em espiral, o que por sua vez nos informa sobre a sua estrutura.
Os aglomerados abertos típicos podem conter desde umas dezenas até a alguns milhares de estrelas e fornecem informações sobre a evolução estelar. As estrelas presentes num aglomerado como o NGC 3590 nascem todas praticamente ao mesmo tempo da mesma nuvem de gás, o que torna os aglomerados locais perfeitos para testar as teorias de formação e evolução estelar.
Esta imagem obtida pelo instrumento Wide Field Imager (WFI) montado no telescópio MPG/ESO de 2,2 metros, instalado no Observatório de La Silla do ESO, no Chile, mostra o aglomerado e as nuvens de gás que o rodeiam, as quais brilham em tons vermelhos e alaranjados devido à radiação emitida pelas estrelas quentes mais próximas. O grande campo de visão do WFI captou igualmente um número enorme de estrelas de fundo.
Para obter esta imagem foram feitas várias observações utilizando diferentes filtros para captar as diferentes cores. A imagem foi criada a partir de dados obtidos na região visível e infravermelha do espectro electromagnético, sendo sido utilizado igualmente um filtro especial para obter separadamente a radiação emitida pelo hidrogênio.

Fonte: ESO

Um nascimento turbulento para estrelas em fusão de galáxias

Usando simulações computacionais avançadas, uma equipe de astrofísicos franceses elucidou, de forma inédita, um mistério que há muito intrigava os astrônomos: porque os starbursts, surtos de formação estelar, acontecem quando as galáxias entram em choque?

© Hubble (ARP 244)

As estrelas geralmente nascem quando o gás e poeira cósmica dissolvido nas nuvens galácticas se tornam suficientemente densos para entrar em colapso, sob o efeito da gravidade. Porém, quando galáxias se fundem, os movimentos aleatórios dos turbilhões de gás se intensificam dificultando o colapso do gás para formar estrelas. Intuitivamente, os astrônomos pensavam que a turbulência abrandaria e até mesmo a formação de estrelas seria suspensa. Na realidade, o que se vê na prática é justamente o oposto.

Com o objetivo de esclarecer este paradoxo, novas simulações de modelagens de cenários de formação estelar foram processadas usando dois dos supercomputadores mais poderosos da Europa. A equipe modelou dois cenários: uma galáxia como a nossa Via Láctea e o par de galáxias em colisão Antennae: NGC 4038 e NGC 4039 (ARP 244).

© F. Renaud/CEA-Sap (simulação da colisão das galáxias Antennae)

A imagem acima mostra a simulação das duas galáxias do sistema Antennae em fusão. A estrutura das galáxias tem sido reformatada desde o seu primeiro encontro. A alta resolução permite aos astrofísicos explorarem os detalhes com maior precisão. As estrelas nascem nas regiões mais densas (amarelo e vermelho) sob o efeito da compressão turbulenta. A formação de estrelas neste sistema é bem mais eficiente do em galáxias normais, como a Via Láctea, onde não se presenciam dramáticas fusões massivas.

Para a galáxia similar a nossa Via Láctea, os astrofísicos utilizaram cerca de 12 milhões de horas de processamento no supercomputador Curie, ao longo de um período de 12 meses. Os cientistas simularam condições através de 300 mil anos-luz. Para o cenário similar nas galáxias em choque Antennae, os cientistas usaram o supercomputador SuperMUC para cobrir 600 mil anos-luz, utilizando 8 milhões de horas de processamento ao longo de um período de 8 meses. Graças a estes enormes recursos computacionais foi possível modelar os sistemas em grande nível de detalhe, investigando células com “apenas” uma fração de um ano-luz de diâmetro.

Simulando o impacto da colisão e da fusão no sistema ARP 244, através de pacotes com 1.000 vezes menos massa do que qualquer tentativa realizada anteriormente e comparando os resultados com o modelo básico da Via Láctea (sem colisões), Florent e a sua equipe foram capazes de demonstrar que a fusão de galáxias muda a natureza da turbulência no gás galáctico. Em vez de girar, o gás entra em um estado em que a compressão é intensa. Assim, quando duas galáxias colidem, produz-se um excesso de gás denso que colapsa gerando estrelas freneticamente. Ambas as galáxias passam a experimentar um período de grande formação estelar, conhecido como “starburst”.

Os resultados deste estudo foi publicado, em artigo intitulado: “Starbursts triggered by inter-galactic tides and interstellar compressive turbulence”, no Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Fonte: Royal Astronomical Society