Três anãs marrons podem revelar um limite de velocidade de rotação

Usando dados do telescópio espacial Spitzer da NASA, os cientistas identificaram as três anãs marrons com mais alta rotação já encontradas.

© NASA/JPL-Caltech (ilustração de uma anã marrom)

Mais massivas do que a maioria dos planetas, mas não massivas o suficiente para brilhar como estrelas, as anãs marrons são objetos intermediários. E embora não sejam tão conhecidas do público como as estrelas e como os planetas, pensa-se que existam bilhões na Via Láctea. 

Neste estudo, os astrônomos que fizeram as novas medições de velocidade argumentam que estes três astros podem estar se aproximando de um limite de velocidade de rotação para todas as anãs marrons, além do qual se fragmentariam. 

As anãs marrons de rápida rotação têm quase o mesmo diâmetro que Júpiter, mas entre 40 e 70 vezes mais massa. Cada uma delas gira cerca de uma vez a cada 1,4 horas, ao passo que Júpiter completa uma rotação a cada 10 horas. Com base no seu tamanho, isto significa que a maior das três anãs marrons gira a mais de 100 km/s, ou cerca de 360.000 km/h. 

As medições de velocidade foram feitas usando dados do Spitzer, que a NASA aposentou em janeiro de 2020 (as anãs marrons foram descobertas pelo 2MASS, ou Two Micron All Sky Survey, que durou até 2001). A equipe então corroborou as suas descobertas incomuns através de observações com os telescópios terrestres Gemini North e Magellan.

As anãs marrons, como estrelas ou planetas, já estão girando quando se formam. À medida que arrefecem e se contraem, giram mais depressa, como quando uma patinadora no gelo puxa os braços para o corpo. Os cientistas mediram a rotação de aproximadamente 80 anãs marrons, e variam entre menos de 2 horas (incluindo as três novas entradas) e dezenas de horas. 

Com tanta variedade entre as velocidades das anãs marrons já medidas, os astrônomos ficaram surpreendidos em saber que as três anãs marrons com rotação mais elevada têm quase o mesmo valor (cerca de uma rotação por hora). Isto não pode ser atribuído às anãs marrons terem sido formadas juntas ou a estarem no mesmo estágio de desenvolvimento, porque são fisicamente diferentes: uma é uma anã marrom quente, uma é fria e a outra fica no meio.

Dado que as anãs marrons arrefecem à medida que envelhecem, as diferenças de temperatura sugerem que estas anãs marrons têm idades diferentes. Os pesquisadores não consideram isto uma coincidência. Pensam que os membros deste trio veloz alcançaram o limite de velocidade de rotação, além do qual uma anã branca pode fragmentar-se. Todos os objetos com rotação geram força centrípeta, que aumenta quanto mais rápido o objeto gira. Num carrossel, esta força pode lançar as pessoas dos seus assentos; nas estrelas e nos planetas, pode separar o objeto.

Antes de um objeto giratório se quebrar, geralmente começa a criar um bojo no seu equador à medida que se deforma sob pressão, isto é chamado oblação. Saturno, que gira uma vez a cada 10 horas como Júpiter, tem uma oblação perceptível. Com base nas características conhecidas das anãs marrons, provavelmente têm graus semelhantes de oblação. 

Considerando que as anãs marrons tendem a acelerar à medida que envelhecem, será que estes objetos excedem regularmente o seu limite de velocidade de rotação e são dilacerados? Em outros objetos cósmicos, como estrelas, existem mecanismos naturais de travagem que os impedem de se destruírem. Ainda não está claro se existem mecanismos semelhantes nas anãs marrons. 

A velocidade máxima de rotação de qualquer objeto é determinada não apenas pela sua massa total, mas também por como esta massa é distribuída. É por isso que quando estão envolvidas velocidades de rotação muito elevadas, torna-se muito importante compreender a estrutura interna de uma anã marrom: o material provavelmente move-se e deforma-se de maneiras que podem mudar a velocidade com que o objeto pode girar. Semelhante a planetas gasosos como Júpiter e Saturno, as anãs marrons são compostas principalmente por hidrogênio e hélio. Mas também são significativamente mais densas do que a maioria dos planetas gigantes. 

Os cientistas pensam que o hidrogênio no núcleo de uma anã marrom está sob pressões tão tremendas que começa a comportar-se como um metal em vez de um gás inerte: tem elétrons condutores flutuantes, muito parecidos a um condutor de cobre. Isto muda a forma como o calor é conduzido pelo interior e, com rotações muito rápidas, também pode afetar a forma como a massa dentro de um objeto astronômico é distribuída. 

É extremamente desafiador reproduzir este estado da matéria, mesmo nos laboratórios de física de alta pressão mais avançados. Os físicos usam observações, dados de laboratório e matemática para criar modelos de como devem ser os interiores das anãs marrons e como devem comportar-se, mesmo sob condições extremas. Mas os modelos atuais mostram que a velocidade máxima de rotação das anãs marrons deve ser cerca de 50% a 80% maior do que o período de rotação de uma hora descrito no novo estudo.

Observações adicionais e trabalhos teóricos podem ainda revelar se há algum mecanismo de travagem que impede as anãs marrons de se autodestruírem e se existem anãs marrons que giram ainda mais depressa.

O estudo será publicado no periódico The Astronomical Journal.

Fonte: Jet Propulsion Laboratory

Primeiro exoplaneta em trânsito revela o seu distante local de nascimento

Os astrônomos encontraram evidências de que o primeiro exoplaneta identificado através do método de trânsito pode ter migrado para uma órbita próxima da sua estrela a partir do seu local de nascimento, mais distante.

© U. Warwick/M. Garlick (ilustração de exoplaneta transitando sua estrela)

A análise da atmosfera do planeta por uma equipe que inclui cientistas da Universidade de Warwick identificou a impressão digital química de um planeta que se formou muito mais longe de sua estrela do que onde atualmente reside. 

Isto confirma o pensamento anterior de que o planeta se mudou para a sua posição atual após a formação, a uns meros 7 milhões de quilômetros da sua estrela ou o equivalente a 1/20 da distância Terra-Sol. 

A Universidade de Warwick liderou a modelagem e interpretação dos resultados que marcam a primeira vez que até seis moléculas na atmosfera de um exoplaneta foram medidas para determinar a sua composição. É também a primeira vez que os astrônomos usam estas seis moléculas para determinar definitivamente o local onde estes planetas gigantes e quentes se formam graças à composição das suas atmosferas. 

Com telescópios novos e mais poderosos entrando em breve em operação, a sua técnica também poderá ser usada para estudar a química de exoplanetas que podem potencialmente hospedar vida. Esta última pesquisa usou o Telescópio Nacional Galileu em La Palma, Espanha, para obter espectros de alta resolução da atmosfera do exoplaneta HD 209458b enquanto passava em frente da sua estrela hospedeira em quatro ocasiões distantes.

A luz estelar é alterada à medida que passa pela atmosfera do planeta e, ao analisar as diferenças no espectro resultante, é possível determinar quais os elementos químicos presentes e as suas abundâncias. Pela primeira vez, foi detectado cianeto de hidrogênio, metano, amônia, acetileno, monóxido de carbono e quantidades baixas de vapor de água na atmosfera de HD 209458b. 

A abundância inesperada de moléculas baseadas em carbono (cianeto de hidrogênio, metano, acetileno e monóxido de carbono) sugere que existem aproximadamente tantos átomos de carbono quanto átomos de oxigênio na atmosfera, o dobro do carbono esperado.

Isto sugere que o planeta preferencialmente acretou gás rico em carbono durante a formação, o que só é possível se orbitasse muito mais longe da sua estrela quando se formou originalmente, provavelmente a uma distância semelhante à de Júpiter ou Saturno no nosso próprio Sistema Solar. 

Foi usado estes seis elementos químicos pela primeira vez para restringir onde, no seu disco protoplanetário, o planeta se teria formado originalmente. Não há como um planeta se formar com uma atmosfera tão rica em carbono se estiver dentro da linha de condensação do vapor de água. À alta temperatura deste planeta (1.500 K), se a atmosfera contiver todos os elementos na mesma proporção que a estrela progenitora, o oxigênio deveria ser duas vezes mais abundante do que o carbono e principalmente ligado ao hidrogênio para formar água ou ao carbono para formar monóxido de carbono.

Os dados obtidos, muito diferentes, concordam com o entendimento atual de que Júpiteres quentes como HD 209458b se formaram muito longe da sua posição atual. Usando modelos de formação planetária, os astrônomos compararam a impressão digital química de HD 209458b com a que esperariam ver para um planeta deste tipo. 

Um sistema solar começa como um disco de material em torno da estrela que se reúne para formar os núcleos sólidos dos planetas, que então acretam material gasoso para formar uma atmosfera. Perto da estrela, onde é mais quente, uma grande proporção de oxigênio permanece na atmosfera na forma de vapor de água. Mais longe, conforme fica mais frio, esta água condensa-se para gelo e fica presa no centro de um planeta, levando a uma atmosfera mais composta por moléculas baseadas em carbono e nitrogênio. Portanto, espera-se que os planetas perto da estrela tenham atmosferas ricas em oxigênio, em vez de carbono. 

O HD 209458b foi o primeiro exoplaneta a ser identificado usando o método de trânsito, observando-o enquanto passa em frente da sua estrela. Tem sido objeto de muitos estudos, mas esta é a primeira vez que seis moléculas individuais foram medidas na sua atmosfera para criar uma "impressão digital química" detalhada.

A detecção do máximo de moléculas possível é útil quando esta técnica é aplicada em planetas com condições propícias para a vida, porque é necessário ter um portfólio completo de elementos químicos detectáveis.

Um artigo sobre esta descoberta foi publicado na revista Nature.

Fonte: Italian National Institute for Astrophysics

Hubble avista quasares duplos em fusões galácticas

Observando 10 bilhões de anos no passado do Universo, os astrônomos com auxílio do telescópio espacial Hubble encontraram um par de quasares que estão tão próximos um do outro que parecem um único objeto em fotografias obtidas com telescópios no solo.

© NASA/ESA/J. Olmsted (ilustração da fusão de dois quasares)

Os pesquisadores pensam que os quasares estão tão próximos um do outro porque residem nos núcleos de duas galáxias em fusão. Um quasar é um farol brilhante de luz intensa do centro de uma galáxia distante que pode ofuscar toda a galáxia. É abastecido por um buraco negro supermassivo que absorve vorazmente matéria, liberando uma torrente de radiação.

Estima-se que no Universo distante, por cada 1.000 quasares, existe um quasar duplo. A descoberta destes quatro quasares fornece uma nova maneira de sondar colisões entre galáxias e a fusão de buracos negros supermassivos no início do Universo. Os quasares estão espalhados por todo o céu e eram mais abundantes há 10 bilhões de anos. Neste momento, haviam muitas fusões de galáxias, alimentando os buracos negros. Portanto, os astrônomos teorizam que deveriam haver muitos quasares duplos durante esta época.

Os astrônomos estão usando além do telescópio espacial Hubble, o observatório espacial Gaia da ESA e o SDSS (Sloan Digital Sky Survey), bem como vários telescópios terrestres, para compilar um censo robusto de pares de quasares no Universo primitivo.

Estas observações são importantes porque a função de um quasar nos encontros galácticos é parte crítica na formação da galáxia. À medida que duas galáxias próximas começam a se distorcer gravitacionalmente, a sua interação canaliza o material para os seus respectivos buracos negros, acendendo os seus quasares. Com o tempo, a radiação de alta intensidade dos quasares lança poderosos ventos galácticos, que varrem a maior parte do gás das galáxias em fusão. Privadas de gás, a formação estelar cessa e as galáxias evoluem para galáxias elípticas. 

Foram descobertos, até agora, mais de 100 quasares duplos em galáxias em fusão. No entanto, nenhum deles é tão antigo quanto os dois quasares duplos neste estudo. As imagens do Hubble mostram que os quasares de cada par estão separados por apenas cerca de 10.000 anos-luz. Em comparação, o nosso Sol está a 26.000 anos-luz do buraco negro supermassivo no centro da nossa Galáxia. 

Os pares de galáxias hospedeiras acabarão por se fundir e, em seguida, os quasares também irão coalescer, resultando num único buraco negro ainda mais massivo. Encontrá-los não foi fácil. O Hubble é o único telescópio com visão nítida o suficiente para perscrutar o Universo primitivo e distinguir dois quasares íntimos que estão tão distantes da Terra. No entanto, a resolução nítida do Hubble por si só não é boa o suficiente para encontrar estes faróis duplos. Os astrônomos primeiro precisaram de descobrir para onde apontar o Hubble a fim de os estudar. O desafio é que o céu está coberto por uma tapeçaria de quasares antigos que ganharam vida quando o Universo era jovem, apenas uma pequena fração dos quais são duplos. 

Para compilar um censo robusto de pares de quasares no Universo primitivo foi necessária uma técnica criativa e inovadora que exigiu a ajuda do satélite Gaia da ESA e do SDSS para compilar um grupo de potenciais candidatos para o Hubble observar. Localizado no Observatório de Apache Point, no estado norte-americano do Novo México, o telescópio Sloan produz mapas tridimensionais de objetos por todo o céu. 

Os astrônomos então recrutaram o observatório Gaia para ajudar a identificar potenciais candidatos a quasar duplo. O Gaia mede as posições, distâncias e movimentos de objetos celestes próximos com muita precisão. Mas a equipe desenvolveu uma aplicação nova e inovadora para o Gaia que podia ser usada para explorar o Universo distante. Usaram a base de dados do observatório para procurar quasares que imitam o movimento aparente de estrelas próximas. Os quasares aparecem como objetos singulares nos dados do Gaia. No entanto, o Gaia consegue captar uma "sacudidela" sutil e inesperada na posição aparente de alguns dos quasares que observa. 

Os quasares não se movem pelo espaço de forma mensurável, mas ao invés o seu movimento pode ser evidência de flutuações aleatórias de luz, pois cada membro do par de quasares varia em brilho. Os quasares cintilam em brilho em escalas de tempo de dias a meses, dependendo do calendário de alimentação dos seus buracos negros. Este brilho alternado entre o par de quasares é semelhante a ver um sinal de travessia de uma ferrovia à distância. À medida que as luzes de ambos os lados do sinal estacionário piscam alternadamente, dá a ilusão de passar entre uma e a outra lâmpada.

A equipe também obteve observações de acompanhamento com os telescópios Gemini, onde a espectroscopia espacialmente resolvida deles pode rejeitar sem ambiguidades intrusos devido a sobreposições casuais de sistemas quasar-estrela não associados, onde a estrela no plano da frente está por coincidência alinhada com o quasar de fundo. 

Embora a equipe esteja convencida do seu resultado, dizem que há uma pequena chance de que os instantâneos do Hubble captaram imagens duplas do mesmo quasar, uma ilusão provocada por lentes gravitacionais. Este fenômeno ocorre quando a gravidade de uma grande galáxia em primeiro plano divide e amplia a luz de um quasar de fundo em duas imagens espelhadas. No entanto, os astrônomos pensam que este cenário é altamente improvável porque o Hubble não detectou nenhuma galáxia em primeiro plano perto dos dois pares de quasares. 

As fusões galácticas eram mais abundantes há bilhões de anos, mas algumas ainda acontecem hoje. Um exemplo é a NGC 6240, um sistema próximo de galáxias em fusão que possui dois e provavelmente até três buracos negros supermassivos.

© Hubble (NGC 6240)

Uma fusão galáctica ainda mais próxima ocorrerá daqui a alguns bilhões de anos, quando a nossa própria Galáxia, a Via Láctea, colidir com a vizinha Galáxia de Andrômeda. A disputa galáctica provavelmente alimentaria os buracos negros supermassivos no núcleo de cada galáxia, acendendo-os como quasares. 

Os telescópios futuros podem fornecer mais informações sobre estes sistemas em fusão. O telescópio espacial James Webb da NASA, um observatório infravermelho com lançamento previsto para ainda este ano, vai estudar as galáxias hospedeiras dos quasares, e mostrar as assinaturas de fusões galácticas, como a distribuição da luz das estrelas e as longas correntes de gás extraídas das galáxias em interação.

Os resultados foram publicados na revista Nature Astronomy.

Fonte: Space Telescope Science Institute

Descobertos raios X em Urano

Os astrônomos detectaram raios X em Urano pela primeira vez, usando o observatório de raios X Chandra da NASA.

© Chandra/W. M. Keck (Urano)

Este resultado pode ajudar os cientistas a aprender mais sobre este enigmático planeta gigante de gelo no nosso Sistema Solar.

Urano é o sétimo planeta a contar do Sol e tem dois conjuntos de anéis em torno do seu equador. O planeta, que tem quatro vezes o diâmetro da Terra, gira de lado, o que o torna diferente de todos os outros planetas do Sistema Solar.

Dado que a Voyager 2 foi a única nave espacial a passar por Urano, os astrônomos atualmente contam com telescópios muito mais próximos da Terra, como o Chandra e o telescópio espacial Hubble, para aprender mais sobre este planeta frio e distante que é composto quase inteiramente por hidrogênio e hélio. 

No novo estudo, os pesquisadores usaram observações do Chandra feitas em 2002 e novamente em 2017. Viram uma detecção clara de raios X na primeira observação, apenas analisada recentemente, e um possível surto de raios X naquelas obtidas quinze anos depois. 

A imagem mostra uma exposição de Urano pelo Chandra, obtida em 2002 (em cor-de-rosa) sobreposta a uma fotografia óptica do Telescópio Keck-I obtida num estudo separado em 2004. Esta última mostra o planeta aproximadamente na mesma direção em que estava durante as mesmas observações do Chandra em 2002. 

O que pode fazer com que Urano emita raios X? É devido principalmente ao Sol. Os astrônomos observaram que tanto Júpiter quanto Saturno espalham os raios X emitidos pelo Sol, de forma semelhante ao modo como a atmosfera da Terra espalha a luz do Sol.

Embora inicialmente esperava-se que a maioria dos raios X detectados em Urano também fossem da dispersão, existem pistas tentadoras de que pelo menos uma outra fonte de raios X está presente. Se mais observações confirmarem isto, podem ter implicações intrigantes para a compreensão de Urano. 

Uma possibilidade é que os próprios anéis de Urano estão a produzindo raios X, o que é o caso dos anéis de Saturno. Urano é cercado por partículas carregadas, como elétrons e prótons no seu ambiente espacial próximo. Se estas partículas energéticas colidirem com os anéis, podem fazer com que eles brilhem em raios X. Outra possibilidade é que pelo menos alguns dos raios X venham de auroras em Urano, um fenômeno que já foi observado neste planeta em outros comprimentos de onda.

Na Terra, podemos ver espetáculos coloridos de luz no céu chamadas auroras, que ocorrem quando partículas altamente energéticas interagem com a atmosfera. Os raios X são emitidos nas auroras da Terra, produzidos por elétrons energéticos depois de viajarem pelas linhas do campo magnético do planeta até aos seus polos e diminuem de velocidade graças à atmosfera. 

O planeta Júpiter também tem auroras. Os raios X das auroras em Júpiter vêm de duas fontes: elétrons que viajam pelas linhas do campo magnético, como na Terra, e átomos e moléculas carregadas positivamente que precipitam nas regiões polares de Júpiter. 

No entanto, os cientistas têm menos certeza sobre o que causa as auroras em Urano. As observações do Chandra podem ajudar a descobrir este mistério. Urano é um alvo especialmente interessante para observações em raios X por causa das orientações incomuns do seu eixo de rotação e do seu campo magnético. Embora os eixos de rotação e o campo magnético dos outros planetas do Sistema Solar sejam quase perpendiculares ao plano da sua órbita, o eixo de rotação de Urano é quase paralelo ao seu percurso em torno do Sol. 

Além disso, apesar de Urano estar inclinado de lado, o seu campo magnético tem uma inclinação diferente e parece estar deslocado do centro do planeta. Isto pode fazer com que as suas auroras sejam extraordinariamente complexas e variáveis. A determinação das fontes dos raios X de Urano pode ajudar os astrônomos a melhor entender como objetos mais exóticos no espaço, sejam buracos negros em crescimento ou estrelas de nêutrons, emitem raios X.

Fonte: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics

Descoberto raríssimo buraco negro intermediário

Nesta semana, pesquisadores da Universidade de Melbourne e da Universidade Monash, na Austrália, anunciaram a possível descoberta de um buraco negro com 55 mil vezes a massa do Sol.

© Carl Knox/OzGrav (ilustração de um buraco negro mediano)

A ilustração é uma representação artística do possível buraco negro de massa intermediária e a distorção da luz causada por ele.

Pelo tamanho, ele entraria na classificação dos buracos negros intermediários (de 100 a 100 mil vezes a massa solar). Ou seja, nem muito grande, nem muito pequeno, e isso é incrível. 

Via de regra, astrônomos encontram buracos negros estelares ou supermassivos. Os estelares se formam no final do ciclo de vida de uma estrela e possuem algumas dezenas de vezes a massa do Sol. Buracos deste tipo são bem comuns, só na Via Láctea há mais ou menos 100 milhões. Eles são grandes, mas não chegam perto dos supermassivos, com milhões de vezes a massa solar. 

O buraco negro M87, que ficou famoso em 2019 ao ser fotografado, por exemplo, tem 6,5 bilhões de vezes a massa do Sol. São os supermassivos que habitam o centro da maioria das galáxias, pairando como âncoras gravitacionais gigantescas. 

O Universo como o conhecemos até agora, possui buracos negros grandes e pequenos, com um “vácuo” no meio. Por décadas, astrônomos têm quebrado a cabeça em busca destes corpos intermediários. Afinal, encontrar este elo perdido pode ser uma chave para entender a formação dos buracos negros supermassivos: ninguém sabe ainda como deu tempo de eles ficarem tão grandes - mesmo considerando os 13,8 bilhões de anos de idade do Universo.

Naturalmente, a ciência já previa a existência de buracos negros intermediários, com alguns possíveis pelo espaço. Até porque uma das propostas para a existência dos seus primos supermassivos, por exemplo, é que eles são produto da fusão de vários buracos menores.

Mas, se é assim, deveríamos ver muitos buracos intermediários em fase de crescimento, no caminho de se tornarem supermassivos. O problema é que eles são muito difíceis de se detectar. Pelo tamanho, os buracos intermediários não emitem muito raios x como os supermassivos, e não são captados pelos detectores de ondas gravitacionais (perturbações no tecido do espaço-tempo causadas por uma grande liberação de energia, um fenômeno previsto por Einstein e confirmado em 2015).

É tão difícil achá-los que alguns cientistas questionam se eles, de fato, existem. Como os cientistas detectaram o buraco negro? 

Nos anos 1990, astrônomos registraram uma explosão de raios gama que aconteceu há 3 bilhões de anos por conta da fusão de duas estrelas. E a luz proveniente deste acontecimento foi fundamental para a nova descoberta. Analisando os dados da explosão, James Paynter, autor principal do estudo, e o restante da equipe notaram que a luz realizou uma trajetória curva até a Terra.

Uma das hipóteses levantadas foi que havia um objeto com o campo gravitacional grande no meio do caminho, e ele era o responsável por distorcer a trajetória da luz, um fenômeno conhecido como lente gravitacional. Tal objeto poderia ser um buraco negro intermediário.

Para testar esta teoria, os pesquisadores usaram um software desenvolvido para encontrar buracos negros a partir de ondas gravitacionais e o adaptaram para analisar os flashes de luz da explosão cósmica. O objetivo era verificar se os dois flashes detectados, fruto da distorção da lente gravitacional, era relativo ao mesmo objeto. 

No estudo, os cientistas supõem que este buraco negro pode ser um buraco primordial, criado logo no início do Universo e que pode ter sido uma semente para um atual buraco negro supermassivo. Além disso, eles acreditam que os buracos intermediários podem ser mais comuns do que se imagina, e estimam que existam cerca de 46 mil buracos na Via Láctea. 

Em setembro de 2020, a notícia de uma colisão de buracos negros também movimentou o debate acerca dos buracos negros intermediários, uma vez que existe a possibilidade do fenômeno ter dado origem a um buraco com 142 vezes a massa do Sol. Ainda exige confirmação, o estudo dos buracos negros de massas intermediárias é importante para compreender os buracos negros supermassivos.

Fonte: Nature Astronomy

Como as explosões estelares esculpem nuvens de detritos

Os astrônomos estão agora numa melhor posição para interpretar as observações de remanescentes de supernovas, graças às simulações de computador destes eventos cataclísmicos por astrofísicos do RIKEN (Japão).

© Giller Ferrand (simulação de supernova criando nuvens de detritos)

Quando certos tipos de estrelas morrem, explodem violentamente no que é conhecido como supernova. Uma das formas mais comuns de supernova, as do Tipo Ia, começa com uma estrela anã branca densa que queimou o seu combustível de hidrogênio. 

A matéria que flui de uma estrela companheira pode dar início a uma reação de fusão nuclear descontrolada na anã, desencadeando uma conflagração massiva que cria muitos dos elementos mais pesados do Universo. Estes são lançados para fora numa nuvem luminosa conhecida como remanescente, que contém uma "impressão digital" da explosão.

Giller Ferrand do Laboratório Astrofísico do Big Bang do RIKEN e colegas no Japão e na Alemanha têm desenvolvido simulações tridimensionais de computador que recriam supernovas. As suas simulações envolvem duas etapas: a primeira modela a própria explosão de supernova, enquanto a segunda usa isso como entrada para um modelo do remanescente de supernova.

"O nosso objetivo é explorar como diferentes condições da explosão produzem remanescentes com formas e composições características, semelhantes às que observamos na nossa Galáxia," explica Ferrand.

As mais recentes simulações da equipe concentram-se em dois aspetos das supernovas: como a explosão começa dentro de uma anã branca e como a combustão se espalha pela estrela. A ignição pode começar em apenas alguns lugares dentro da anã branca ou pode ser disparada em vários pontos simultaneamente.

Entretanto, a combustão pode ser uma deflagração turbulenta que se move mais lentamente do que a velocidade local do som ou pode envolver deflagração seguida por uma detonação supersônica. Ao colocar estas opções juntas de maneiras diferentes, os pesquisadores produziram quatro modelos de remanescentes de supernova. 

Cada modelo tem as suas propriedades distintas. Por exemplo, uma supernova com poucos pontos de ignição e uma explosão de deflagração produziu um remanescente com uma concha simétrica deslocada do centro da explosão. Em contraste, uma simulação que envolve poucos pontos de ignição e uma detonação produziu um remanescente no qual metade da concha externa era duas vezes mais espessa que a outra metade.

Os remanescentes das simulações de deflagração também apresentavam "costuras" inesperadas de material mais denso. Estes resultados sugerem que o melhor momento para ver a impressão digital de uma supernova no seu remanescente é cerca de 100 a 300 anos após a explosão. 

Esta impressão é visível por mais tempo em supernovas com menos pontos de ignição, e todos os remanescentes nas simulações tornaram-se esféricos, no global, em 500 anos. Estes resultados vão conduzir os astrônomos na interpretação das observações de remanescentes de supernovas.

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal.

Fonte: RIKEN

Uma superbolha estrelada

Esta área do céu com um brilho suave é na verdade uma bolha quente de gás hidrogênio, chamada Sh 2-305, que foi bombardeada por intensa radiação emitida por estrelas próximas.

© ESO (Sh 2-305)

Este tipo de nuvens de gás são conhecidas como nebulosas de emissão ou regiões HII. A radiação emitida se situa na região ultravioleta do espectro eletromagnético e acredita-se que emane de pelo menos duas estrelas do tipo O, o que corresponde às estrelas mais brilhantes e quentes que conhecemos. Estes objetos podem ter até 90 vezes a massa do Sol e brilham um milhão de vezes mais intensamente do que a nossa estrela.

Juntamente com cinco bolhas vizinhas, a Sh 2-305 pertence a um complexo gigantesco de nuvens densas de gás e poeira e, a uma escala maior, a um anel enorme chamado superconcha de formação estelar GS234-02, situado no braço da constelação de Perseus.

Fonte: ESO

A Nebulosa da Galinha Fugitiva

Tirada dos céus brasileiros nas noites de 13,14,15 de fevereiro de 2021, com 960 minutos de tempo total de exposição, a Nebulosa da Galinha Fugitiva encontra-se entre duas vistas famosas: o Cruzeiro do Sul e a Nebulosa da Carina.

© C. Fairbairn/M. Germiniani/G. R. Santos (IC 2944)

Ao longo desta imagem a Nebulosa da Galinha Fugitiva, também conhecida por IC 2944, mostra toda a sua complexidade e tantos tons de vermelho. Emissões de hidrogênio alfa (H-Alpha) deslumbrantes. 

Ela está localizada a cerca de 6.500 anos-luz de distância em Centaurus. Os glóbulos escuros no centro da imagem são chamados de glóbulos de Thackeray, em homenagem ao astrônomo sul-africano Andrew David Thackeray, que os observou pela primeira vez em 1950. 

Estas regiões, quando vistas através de telescópios infravermelhos, revelam um berçário estelar, ou seja, uma região de formação de estrelas. Um olhar mais atento mostra que os glóbulos escuros maiores são formados por duas partes separadas, mas sobrepostas, dando a impressão de serem uma. Estas duas nuvens juntas têm uma massa equivalente a 15 vezes a massa do Sol! 

Os glóbulos parecem estar fraturados devido ao ambiente hostil em que estão imersos. Uma vez que estrelas jovens e quentes energizam e aquecem a nebulosa de emissão, os glóbulos são dissipados, evitando que se contraiam e se tornem estrelas massivas. 

Esta notável paisagem celestial se espalha por um campo estimado de 60.000 anos-luz. 

A imagem final é o resultado de um mosaico de quatro painéis, obtida pelos astrônomos Carlos `Kiko` Fairbairn, Maicon Germiniani e Gabriel R. Santos, em Serra Alta, Santa Catarina (SC) Brasil.

Fonte: Amateur Astronomy Photo of the Day

O aglomerado de estrelas mais próximo do Sol está sendo destruído?

Dados do satélite de mapeamento estelar Gaia da ESA revelaram evidências tentadoras de que o aglomerados de estrelas mais próximo do Sol está sendo perturbado pela influência gravitacional de uma estrutura massiva, mas invisível, na nossa Galáxia.

© Hubble (Híades)

A ser verdade, isto pode fornecer evidências de uma população suspeita de "sub-halos de matéria escura". Estas nuvens invisíveis de partículas são consideradas relíquias da formação da Via Láctea, e estão agora espalhadas pela Galáxia, formando uma subestrutura invisível que exerce uma influência gravitacional perceptível em qualquer coisa que se aproxime demais. 

A pesquisadora Tereza Jerabkova e colegas da ESA e do ESO fizeram a descoberta enquanto estudavam a forma como um aglomerado estelar próximo está se fundindo com o plano de fundo geral das estrelas na nossa Galáxia. Esta descoberta teve por base o catálogo EDR3 (Early third Data Release) do Gaia e dados do segundo catálogo. 

A equipe escolheu as Híades como o seu alvo porque é o aglomerado de estrelas mais próximo do Sol. Está localizado a pouco mais de 153 anos-luz de distância e é facilmente visível para os observadores do céu nos hemisfério norte e sul como uma forma conspícua em "V" de estrelas brilhantes que assinalam a cabeça da constelação de Touro.

Além das estrelas brilhantes facilmente visíveis, os telescópios revelam cerca de cem estrelas mais fracas contidas numa região esférica do espaço com aproximadamente 60 anos-luz de diâmetro. Um aglomerado perderá estrelas naturalmente, porque à medida que estas estrelas se movem dentro do aglomerado, puxam-se gravitacionalmente. Estas atrações gravitacionais constantes mudam ligeiramente as velocidades das estrelas, movendo algumas para as orlas do aglomerado. 

A partir daí, as estrelas podem ser varridas pela atração gravitacional da galáxia, formando duas longas caudas. Uma cauda segue o aglomerado, a outra vai à sua frente. São conhecidas como caudas de maré e foram amplamente estudadas em galáxias em colisão, mas até muito recentemente ninguém as tinha visto num aglomerado estelar aberto próximo.

A chave para detectar caudas de maré é identificar quais as estrelas no céu que se movem de maneira semelhante ao aglomerado estelar. O Gaia torna isto fácil porque mede com precisão a distância e o movimento de mais de um bilhão de estrelas na nossa Galáxia. 

As tentativas anteriores por outras equipes tiveram apenas sucesso limitado porque os foram procuradas estrelas que correspondessem intimamente ao movimento do aglomerado. Isto excluiu membros que partiram no início da sua história de 600-700 milhões de anos e que estão agora viajando em órbitas diferentes. 

Para entender o alcance das órbitas foi construído um modelo de computador que simulava as várias perturbações que as estrelas fugitivas do aglomerado poderiam sentir durante as suas centenas de milhões de anos no espaço. Foi depois de executar este código e, em seguida, comparar as simulações com os dados reais, que a verdadeira extensão das caudas de maré das Híades foram reveladas.

Tereza e colegas encontraram milhares de ex-membros nos dados do Gaia. Estas estrelas estendem-se agora por milhares de anos-luz ao longo da Galáxia em duas enormes caudas de maré. Mas a verdadeira surpresa foi que a cauda de maré traseira parecia ter estrelas em falta. Isto indica que algo muito mais brutal está ocorrendo do que o aglomerado estelar se dispersando suavemente.Notou-se que os dados poderiam ser reproduzidos se aquela cauda colidisse com uma nuvem de matéria contendo cerca de 10 milhões de massas solares.

Mas o que poderia ser este amontoado de matéria? Não existem observações de uma nuvem de gás ou de um aglomerado estelar tão massivo nas proximidades. Se nenhuma estrutura visível for detectada mesmo em levantamentos futuros, Tereza sugere que este objeto pode ser um sub-halo de matéria escura. 

Estes são agregados naturais de matéria escura que se pensa ajudarem a moldar a galáxia durante a sua formação. Este novo trabalho mostra como o Gaia está ajudando os astrônomos a mapear esta estrutura invisível de matéria escura da Galáxia. "Com o Gaia, a forma como vemos a Via Láctea mudou completamente. E tendo provado a técnica com as Híades, os pesquisadores estão agora estendendo o trabalho à procura de caudas de maré em outros aglomerados de estrelas mais distantes.

Fonte: ESA

Observados campos magnéticos nas bordas de buraco negro

A colaboração EHT (Event Horizon Telescope), que nos mostrou a primeira imagem de um buraco negro, revelou uma nova visão do objeto massivo situado no centro da galáxia Messier 87 (M87): como ele se parece em luz polarizada.

© Event Horizon Telescope (buraco negro da M87 em luz polarizada)

Esta é a primeira vez que os astrônomos conseguiram medir a polarização, uma assinatura de campos magnéticos, tão perto da borda de um buraco negro. Estas observações são cruciais para explicar como é que a M87, situada a 55 milhões de anos-luz de distância de nós, consegue lançar jatos energéticos a partir do seu centro.

“Estamos vendo agora a próxima pista crucial para compreender como é que os campos magnéticos se comportam em torno dos buracos negros e como é que a atividade nesta região compacta do espaço consegue lançar jatos tão poderosos que se estendem para além da galáxia,” disse Monika Mościbrodzka, Coordenadora do Grupo de Trabalho de Polarimetria do EHT e Professora Assistente na Universidade Radboud na Holanda.

No dia 10 de abril de 2019, os cientistas divulgaram a primeira imagem de um buraco negro, relevando uma estrutura brilhante em forma de anel com uma região central escura, a sombra do buraco negro. Desde então, a colaboração EHT se aprofundou nos dados sobre o objeto supermassivo no núcleo da galáxia M87 coletados em 2017 e descobriu que uma fração significativa da luz em torno do buraco negro da M87 se encontra polarizada.

“Esta descoberta é um marco importante: a polarização da luz carrega informações que nos permitem compreender melhor a física por trás da imagem que vimos em abril de 2019, o que não era possível antes,” explica Iván Martí-Vidal, também Coordenador do Grupo de Trabalho de Polarimetria do EHT e Pesquisador do GenT na Universidade de Valência, Espanha. 

Para revelar esta nova imagem em luz polarizada foram precisos anos de trabalho devido às técnicas complexas envolvidas na obtenção e análise dos dados. A luz torna-se polarizada quando passa por determinados filtros, tal como as lentes polarizadas dos óculos de sol ou quando é emitida em regiões quentes do espaço onde existem campos magnéticos. Da mesma forma que os óculos de sol polarizados nos ajudam a ver melhor ao reduzir os reflexos e o brilho de superfícies brilhantes, também os astrônomos podem ter uma visão mais nítida da região em torno do buraco negro ao observar como é que a luz que daí emerge está polarizada.

Especificamente, a polarização permite aos astrônomos mapear as linhas do campo magnético presentes na borda interna do buraco negro. Os jatos brilhantes de energia e matéria que emergem do núcleo da M87 e se estendem pelo menos 5.000 anos-luz a partir do seu centro são uma das estruturas mais misteriosas e energéticas da galáxia. A maioria da matéria que se encontra perto das bordas do buraco negro cai para dentro deste.

No entanto, algumas das partículas circundantes escapam momentos antes de serem capturadas e são lançadas para o espaço sob a forma de jatos. Os astrônomos têm contado com diferentes modelos teóricos que explicam como a matéria se comporta perto do buraco negro para compreender melhor este processo. Mas, ainda não se sabe exatamente como é que jatos maiores que a galáxia são lançados da sua região central, região esta que é comparável ao nosso Sistema Solar em termos de tamanho, nem como é que a matéria cai exatamente no buraco negro.

Com a nova imagem EHT do buraco negro e da sua sombra em luz polarizada, os astrônomos conseguiram olhar pela primeira vez para a região que fica logo a seguir ao buraco negro, local onde ocorre a interação entre a matéria que está fluindo para o buraco negro e a matéria que está sendo ejetada. 

As observações fornecem novas informações sobre a estrutura dos campos magnéticos fora do buraco negro. A equipe descobriu que apenas modelos teóricos com gás fortemente magnetizado conseguem explicar o que estamos vendo no horizonte de eventos. “As observações sugerem que os campos magnéticos na borda do buraco negro são suficientemente fortes para empurrar o gás quente e ajudá-lo a resistir à força da gravidade. Apenas o gás que escapa ao campo magnético consegue espiralar em direção ao horizonte de eventos do buraco negro,” explica Jason Dexter, Professor Assistente na University of Colorado Boulder, EUA, e Coordenador do Grupo de Trabalho Teórico do EHT. 

Para observar o coração da M87, a colaboração EHT ligou oito telescópios ao redor do mundo, incluindo o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) e o Atacama Pathfinder EXperiment (APEX) no norte do Chile, para criar um telescópio virtual do tamanho da Terra, o EHT. A impressionante resolução obtida com o EHT é equivalente a conseguir medir o comprimento de um cartão de crédito na superfície da Lua. Com as suas 66 antenas, o ALMA domina o sinal total coletado em luz polarizada, enquanto o APEX se revelou essencial para a calibração da imagem. 

A rede EHT permitiu à equipe observar de forma direta a sombra do buraco negro e o anel de luz que a rodeia, com a nova imagem em luz polarizada mostrando claramente que o anel está magnetizado. 

Espera-se que futuras observações do EHT revelem com mais precisão a estrutura do campo magnético ao redor do buraco negro e forneça mais detalhes sobre a física do quente gás nesta região.

Esta pesquisa foi apresentada em dois artigos publicados no The Astrophysical Journal Letters. Uma pesquisa complementar foi apresentada num artigo que foi aceito para publicação no The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: ESO

Fluxos torrenciais em protoestrelas influenciam no crescimento

Embora a nossa Galáxia seja imensa com pelo menos 200 bilhões de estrelas, os detalhes de como se formaram permanecem envoltos em mistério.

© Hubble/R. B. Andreo (nuvem de Órion)

O material vermelho na imagem é hidrogênio gasoso ionizado e aquecido pela radiação ultravioleta de estrelas massivas em Órion. As estrelas formam-se em nuvens de hidrogênio gasoso frio que são invisíveis ou aparecem como regiões escuras nesta imagem. A forma crescente é conhecida como Loop de Barnard e envolve parcialmente a figura da constelação de Órion, o Caçador. O cinturão do Caçador é a cadeia diagonal de três estrelas no centro da imagem. São vistas as estrelas brilhantes Saiph (acima à esquerda) e Rigel (em baixo à esquerda). Esta paisagem abrange dezenas de milhares de estrelas que se formaram e ganharam vida. Muitas ainda estão envoltas nos seus casulos natais de gás e poeira e só são vistas no infravermelho. A linha ondulante de pontos amarelos, que começa acima à esquerda, é uma imagem sobreposta de 304 protoestrelas obtida pelo telescópio espacial Hubble da NASA.

Sabe-se que as estrelas se formam a partir do colapso de enormes nuvens de hidrogênio que são comprimidas pela gravidade até ao ponto de ignição da fusão nuclear. Mas apenas mais ou menos 30% da massa inicial da nuvem termina como uma estrela recém-nascida. 

Para onde vai o resto do hidrogênio durante um processo tão ineficiente? Supõe-se que uma estrela recém-formada libere uma grande quantidade de gás quente por meio de jatos e ventos semelhantes a furacões lançados do disco circundante por poderosos campos magnéticos. Estes fogos de artifício devem impedir o crescimento da estrela central.

Mas um novo e abrangente levantamento do Hubble mostra que esta explicação mais comum não parece funcionar, confundindo os astrônomos. Os pesquisadores usaram dados previamente recolhidos pelos telescópios espaciais Hubble e Spitzer da NASA e pelo telescópio espacial Herschel da ESA (o Spitzer e o Herschel já não estão operacionais).

Neste que é até à data o maior levantamento de estrelas nascentes, os cientistas estão descobrindo que a eliminação do gás pelo escoamento de uma estrela pode não ser tão importante na determinação da sua massa final como sugerem as teorias convencionais. O objetivo dos pesquisadores era determinar se os fluxos estelares interrompiam a queda de gás numa estrela e impediam o seu crescimento.

Em vez disso, descobriram que as cavidades na nuvem de gás circundante, esculpidas pelo fluxo de uma estrela em formação, não cresciam regularmente à medida que amadureciam, como propõem as teorias. "Num modelo de formação estelar, se começarmos com uma pequena cavidade, à medida que a protoestrela rapidamente se torna mais evoluída, o seu fluxo cria uma cavidade cada vez maior até que o gás circundante é eventualmente expelido, deixando uma estrela isolada," explicou Nola Habel da Universidade de Toledo. "As nossas observações indicam que não há um crescimento progressivo que podemos encontrar, de modo que as cavidades não estão crescendo até que empurrem toda a massa da nuvem. Portanto, deve haver algum outro processo acontecendo que elimina o gás que não acaba na estrela." 

Durante o estágio relativamente breve de nascimento de uma estrela, que dura apenas mais ou menos 500.000 anos, a estrela rapidamente aumenta de massa. Conforme a estrela cresce, ela lança um vento, bem como um par de jatos giratórios parecidos a aspersores que disparam em direções opostas. Estes fluxos começam a corroer a nuvem circundante, criando cavidades no gás. 

As teorias populares preveem que, à medida que a jovem estrela evolui e o fluxo continua, as cavidades ficam mais largas até que toda a nuvem de gás em torno da estrela é completamente afastada. Com combustível exaurido, a estrela para de acumular massa, ou seja, para de crescer. 

Para procurar o crescimento da cavidade, os pesquisadores primeiro classificaram as protoestrelas por idade, analisando os dados do Herschel e Spitzer da emissão de luz de cada estrela. Embora as próprias estrelas estejam envoltas em poeira, elas emitem radiação poderosa que atinge as paredes da cavidade e espalha grãos de poeira iluminando as lacunas nos invólucros gasosos no infravermelho.

As imagens do Hubble revelam os detalhes das cavidades produzidas pelas protoestrelas em vários estágios de evolução. Os astrônomos usaram as imagens para medir as formas das estruturas e estimar os volumes de gás liberados para formar as cavidades. A partir desta análise, puderam estimar a quantidade de massa que foi eliminada pelas explosões estelares.

"Descobrimos que no final da fase protoestelar, onde a maior parte do gás caiu da nuvem circundante para a estrela, várias estrelas jovens ainda têm cavidades bastante estreitas," disse Tom Megeath da Universidade de Toledo. "Então, esta imagem que ainda é comum sobre o que determina a massa de uma estrela e o que impede a queda do gás é que esta cavidade crescente do fluxo recolhe todo o gás. Isto tem sido fundamental para a nossa ideia de como a formação estelar continua, mas simplesmente não parece encaixar aqui nos dados." 

O futuro telescópio espacial James Webb da NASA irá investigar mais profundamente o processo de formação das protoestrelas. As observações espectroscópicas vão examinar as regiões internas dos discos que rodeiam as protoestrelas no infravermelho, procurando jatos nas fontes mais jovens, e também ajudará a medir o ritmo de acreção de material do disco para estrela e estudará como o disco interno está interagindo com o fluxo.

Os resultados serão publicados no periódico The Astrophysical Journal.

Fonte: ESA

Uma visão peculiar

A imagem a seguir apresenta a galáxia NGC 7678, que está localizada a aproximadamente 164 milhões de anos-luz de distância na constelação de Pégaso (O Cavalo Alado).

© Hubble (NGC 7678)

Com um diâmetro de cerca de 115.000 anos-luz, esta galáxia espiral brilhante tem um tamanho semelhante à nossa própria galáxia (a Via Láctea) e foi descoberta em 1784 pelo astrônomo alemão-britânico William Herschel. 

O Atlas de Galáxias Peculiares é um catálogo produzido em 1966 pelo astrônomo americano Halton Arp. A NGC 7678 está entre as 338 galáxias apresentadas neste catálogo, que organiza galáxias peculiares de acordo com suas características incomuns, sendo catalogada aqui como Arp 28, esta galáxia está listada junto com outras seis no grupo “galáxias espirais com um braço denso”.

Fonte: NASA

Perscrutando o núcleo empoeirado de uma galáxia

Pesquisadores vão em breve mapear e modelar o núcleo da galáxia vizinha Centaurus A com o telescópio espacial James Webb da NASA.

© NASA/NRAO/Rolf Olsen (Centaurus A)

Centaurus A é uma galáxia gigante, mas as suas aparições em observações telescópicas podem enganar. Faixas de poeira escura e jovens aglomerados de estrelas azuis, que cruzam a sua região central, são aparentes no ultravioleta, no visível e no infravermelho próximo, pintando uma paisagem bastante moderada. Mas se mudarmos para comprimentos de onda em raios X e rádio desvenda-se uma cena muito mais "barulhenta": do núcleo da galáxia elíptica disforme, jatos espetaculares de material irromperam do seu buraco negro supermassivo, conhecido como núcleo galáctico ativo, enviando material para o espaço muito além dos limites da galáxia. 

O que, precisamente, está acontecendo no seu núcleo para provocar toda esta atividade? O gás, o disco e as estrelas da galáxia movem-se sob a influência do seu buraco negro supermassivo central. Dado que a galáxia está tão perto da Terra, será possível criar mapas bidimensionais para ver como o gás e as estrelas se movem na sua região central, como são influenciados pelos jatos do seu núcleo galáctico ativo e, em última análise, caracterizar melhor a massa do seu buraco negro.

Centaurus A é bem estudada porque está relativamente próxima, a cerca de 13 milhões de anos-luz, o que significa que podemos resolver claramente a galáxia inteira. O primeiro registo foi feito em meados do século XIX, mas os astrônomos perderam o interesse até à década de 1950 porque a galáxia parecia ser uma galáxia elíptica quieta, embora deformada.

Assim que os pesquisadores começaram a observá-la com radiotelescópios nas décadas de 1940 e 50, Centaurus A tornou-se radicalmente mais interessante, os seus jatos tornaram-se visíveis. Em 1954, os cientistas descobriram que Centaurus A é o resultado de duas galáxias que se fundiram, o que mais tarde foi estimado ter ocorrido há 100 milhões de anos. Com mais observações no início dos anos 2000, estimou-se que há cerca de 10 milhões de anos, o seu núcleo galáctico ativo disparou jatos gêmeos em direções opostas. Quando examinada em todo o espectro eletromagnético, desde raios X ao rádio, fica claro que há muito mais nesta história que ainda precisamos de aprender. 

A combinação de imagens e espectros fornecidos pelo telescópio James Webb permitirá a criação de mapas de altíssima resolução das velocidades do gás e das estrelas no centro de Centaurus A, para modelar como todo o disco no centro da galáxia se move para determinar com mais precisão a massa do buraco negro. Com um conjunto mais completo de dados infravermelhos, também será possível determinar se partes diferentes do gás estão se comportando conforme o previsto.

Fonte: Space Telescope Science Institute