Um antigo mistério da astrofísica: o que está extinguindo as galáxias?

Astrônomos que examinavam o Universo próximo com a ajuda do ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) acabaram de concluir o maior levantamento de alta resolução do combustível da formação estelar já realizado em aglomerado de galáxias.

© ALMA/Hubble (NGC 4567 e NGC 4568)

Nesta imagem as galáxias NGC 4567 e NGC 4568 são duas das milhares de galáxias do Aglomerado de Virgem, localizadas a cerca de 65 milhões de anos-luz da Terra. Observadas pelo levantamento VERTICO (Virgo Environment Traced in Carbon Monoxide), as duas galáxias estão entre aquelas no aglomerado de galáxias impactadas por processos físicos extremos que podem levar à morte das galáxias. As galáxias são vistas aqui numa composição no rádio pelo ALMA, com gás molecular em vermelho/laranja, e dados ópticos do telescópio espacial Hubble com estrelas em branco/azul.

O levantamento VERTICO teve como objetivo melhor entender a formação estelar e a função das galáxias no Universo. O que ele revela melhor são quais os processos físicos que afetam o gás molecular e como ditam a vida e a morte da galáxia.

As galáxias são grandes coleções de estrelas e os seus nascimentos, vidas e mortes são influenciados pelo local onde vivem no Universo e pelo modo como interagem com os seus arredores. Os aglomerados de galáxias são alguns dos ambientes mais extremos do Universo, tornando-os de particular interesse para os cientistas que estudam a evolução das galáxias. 

Lar de milhares de galáxias, o Aglomerado de Virgem é o aglomerado massivo de galáxias mais próximo do Grupo Local, onde a Via Láctea reside. O tamanho extremo e a proximidade tornam adequado para a observação. 

O projeto VERTICO observou os reservatórios de gás de 51 galáxias no Aglomerado de Virgem em alta resolução, revelando um ambiente tão extremo e inóspito que pode impedir que galáxias inteiras formem estrelas num processo conhecido como extinção galáctica. 

O Aglomerado de Virgem é a região mais extrema do Universo local, repleta de plasma com um milhão de graus, velocidades galácticas extremas, interações violentas entre galáxias e os seus arredores. 

O projeto VERTICO revelou como a remoção de gás pode prejudicar, ou desligar, um dos processos físicos mais importantes do Universo: a formação estelar. A remoção de gás é um dos mecanismos externos mais espetaculares e violentos que pode interromper a formação estelar nas galáxias. A remoção de gás ocorre quando as galáxias se movem tão depressa através do plasma quente no aglomerado que vastas quantidades de gás molecular frio são removidas da galáxia. 

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal Supplement Series.

Fonte: International Centre for Radio Astronomy Research

Sinais de água são detectados numa galáxia muito distante

De acordo com novas observações do ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), foi detectada água na galáxia mais massiva do Universo primitivo.

© NRAO (poeira e linhas moleculares em galáxias)

Os cientistas que estudavam SPT0311-58 descobriram água, juntamente com monóxido de carbono na galáxia, que está localizada a cerca de 12,88 bilhões de anos-luz da Terra. 

A detecção destas duas moléculas em abundância sugere que o Universo molecular já era "forte" pouco depois dos elementos terem sido forjados nas estrelas primitivas. A nova pesquisa compreende o estudo mais detalhado, até ao momento, do conteúdo de gás molecular de uma galáxia no início do Universo, situada na época da Reionização, e a detecção mais distante de água numa galáxia normal com formação estelar. Esta época situa-se num momento em que o Universo tinha apenas 780 milhões de anos, cerca de 5% da sua idade atual, e em que as primeiras estrelas e galáxias estavam nascendo.

Os cientistas pensam que as duas galáxias podem estar se fundindo e que a sua intensa formação estelar não só consome gás, o combustível da formação estelar, mas que também poderá eventualmente evoluir o par para galáxias elípticas massivas como aquelas vistas no Universo Local. 

A água, em particular, é a terceira molécula mais abundante no Universo depois do hidrogênio molecular e do monóxido de carbono. Estudos anteriores de galáxias no Universo local e no Universo primitivo correlacionaram a emissão de água e a emissão infravermelha da poeira. A poeira absorve a radiação ultravioleta das estrelas na galáxia e reemite-a na forma de fótons infravermelhos. Isto excita ainda mais as moléculas de água, dando origem à emissão de água que os cientistas conseguem observar.

Esta correlação podia ser usada para desenvolver a água como um rastreador da formação estelar, que podia então ser aplicado às galáxias numa escala cosmológica. O estudo das primeiras galáxias formadas no Universo ajuda os cientistas a entender melhor o nascimento, crescimento e evolução do Universo e de tudo nele, incluindo o Sistema Solar e a Terra.

As primeiras galáxias estão formando estrelas a um ritmo milhares de vezes maior do que o da Via Láctea. O estudo do conteúdo de gás e poeira destas primeiras galáxias informa sobre as suas propriedades, como quantas estrelas estão sendo formadas, o ritmo em que o gás é convertido em estrelas, como as galáxias interagem umas com as outras e com o meio interestelar.

Este estudo não só fornece respostas sobre onde e a que distância a água pode existir no Universo, mas também deu origem a uma grande questão: como é que tanto gás e poeira se juntaram para formar estrelas e galáxias tão cedo no Universo? A resposta requer um estudo mais aprofundado destas e de outras galáxias formadoras de estrelas semelhantes a fim de obter uma melhor compreensão da formação e evolução estrutural do Universo primitivo.

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal.

Fonte: National Radio Astronomy Observatory

A detecção mais distante de flúor em galáxia

Uma nova descoberta está desvendando como o flúor se forma no Universo.

© ESO/M. Kornmesser (ilustração da galáxia NGP-190387)

Com o auxílio do Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), uma equipe de astrônomos detectou este elemento numa galáxia que está tão longe que a sua luz demora mais de 12 bilhões de anos para chegar até nós. Esta é a primeira vez que se descobre flúor em uma galáxia com formação estelar tão distante.

Astrônomos descobriram flúor (sob a forma de fluoreto de hidrogênio) nas enormes nuvens de gás da galáxia distante NGP-190387, a qual é observada quando o Universo tinha apenas 1,4 bilhão de anos de idade, ou seja, cerca de 10% da sua idade atual. 

Uma vez que as estrelas expelem os elementos que formam nos seus núcleos quando chegam ao fim das suas vidas, esta detecção implica que as estrelas que formaram o flúor devem ter vivido e morrido muito rapidamente. 

A equipe pensa que estrelas do tipo Wolf-Rayet, estrelas muito massivas com um tempo de vida de apenas alguns milhões de anos, são os locais mais prováveis de produção de flúor. Estas estrelas podem ser necessárias para explicar a descoberta das enormes quantidades de fluoreto de hidrogênio. As estrelas Wolf-Rayet tinham já sido sugeridas anteriormente como possíveis fontes de flúor cósmico, no entanto, até agora, os astrônomos não sabiam o quão importantes elas eram na produção deste elemento no Universo primordial.

Além destas estrelas, surgiram igualmente no passado outros cenários para explicar como é que o flúor é produzido e expelido, como por exemplo as pulsações de estrelas gigantes evoluídas com massas que vão até algumas vezes a do nosso Sol, as chamadas estrelas do ramo das assintóticas gigantes. No entanto, a equipe acredita que estes cenários, alguns dos quais com uma duração de bilhões de anos, podem não explicar completamente a quantidade de flúor que vemos na NGP-190387. Esta galáxia precisou de apenas algumas dezenas ou centenas de milhões de anos para ter níveis de flúor comparáveis aos encontrados em estrelas na Via Láctea, que tem 13,5 bilhões de anos de idade. Este é um resultado completamente inesperado. 

Esta descoberta na NGP-190387 marca uma das primeiras detecções de flúor fora da Via Láctea e galáxias vizinhas. Os astrônomos tinham já detectado anteriormente este elemento em quasares distantes, objetos brilhantes alimentados por buracos negros supermassivos situados no centro de algumas galáxias. No entanto, e até agora, nunca tinha sido observado flúor numa galáxia com formação estelar, tão cedo na história do Universo.

A detecção do flúor pela equipe foi uma descoberta casual e que foi possível graças ao uso de observatórios colocados no solo e no espaço. A NGP-190387, descoberta originalmente pelo observatório espacial Herschel da Agência Espacial Europeia (ESA) e observada mais tarde com o ALMA, no Chile, é extraordinariamente brilhante para a distância em que está.

Os dados ALMA confirmaram que a luminosidade excepcional da NGP-190387 é em parte causada por outra galáxia massiva conhecida, localizada entre a NGP-190387 e a Terra, muito próximo da nossa linha de visada. O ALMA é sensível à radiação emitida pelo gás interestelar frio e pela poeira.

Esta galáxia massiva amplificou a luz observada, permitindo a identificação da fraca radiação emitida há bilhões de anos pelo flúor da NGP-190387. Estudos futuros da NGP-190387 com o Extremely Large Telescope (ELT) poderão revelar mais segredos sobre esta galáxia.

O ALMA é sensível à radiação emitida pelo gás interestelar frio e pela poeira. Com o ELT será possível observar a NGP-190387 através da luz direta das estrelas, o que fornecerá informação crucial sobre o conteúdo estelar desta galáxia. 

Esta pesquisa foi publicada na revista Nature Astronomy.

Fonte: ESO

União de telescópios para revelar o buraco negro da Via Láctea

A campanha de observação da colaboração EHT (Event Horizon Telescope) contará em breve com mais um instrumento, o telescópio espacial James Webb.

© STScI (enorme vórtice de gás próximo do buraco negro da Via Láctea)

A imagem mostra um enorme vórtice rodopiante de gás quente que brilha no infravermelho, assinalando a localização aproximada do buraco negro supermassivo no núcleo da Via Láctea. Na composição mostrada aqui, as cores representam diferentes comprimentos de onda de luz. As observações no infravermelho próximo efetuadas pelo telescópio espacial Hubble são mostradas em amarelo, revelando centenas de milhares de estrelas, berçários estelares e gás aquecido. As observações infravermelhas mais profundas do telescópio espacial Spitzer da NASA são vistas em vermelho, revelando ainda mais estrelas e nuvens de gás. A luz detectada pelo observatório de raios X Chandra da NASA é mostrada em azul e violeta, indicando onde o gás é aquecido a milhões de graus por explosões estelares e fluxos do buraco negro supermassivo.

Durante a primeira série de observações do Webb, os astrônomos irão usar o seu poder de imagem infravermelha para abordar alguns dos desafios únicos e persistentes apresentados pelo buraco negro da Via Láctea, o Sagitário A* (Sgr A*).

Em 2017, o EHT usou o poder de imagem combinado de oito instalações de radiotelescópios por todo o planeta para captar a primeira visão histórica da região imediatamente em torno de um buraco negro supermassivo, na galáxia M87. 

O Sgr A* está mais perto, mas é mais escuro do que o buraco negro de M87, e o material ao redor cintila, de modo que altera o padrão de luz a cada instante. O buraco negro supermassivo da Via Láctea é o único que se conhece ter este tipo de surto e, embora isto tenha dificultado bastante a obtenção de uma imagem da região, também torna Sagitário A* ainda mais interessante cientificamente. 

Estas proeminências aparecem devido à aceleração temporária, mas intensa, das partículas em torno do buraco negro para energias muito mais altas, com a emissão de luz correspondente. Uma grande vantagem de observar Sgr A* com o Webb é a capacidade de captar dados em dois comprimentos de onda infravermelhos simultaneamente e continuamente, a partir da localização do telescópio localizados além da órbita da Lua.

O Webb terá uma visão ininterrupta, observando ciclos de atividade e de calmaria que a equipe do EHT pode usar como referência com os seus próprios dados, resultando numa imagem mais limpa. A fonte ou mecanismo que causa os surtos de atividade ao redor de Sgr A* é altamente debatida. As respostas sobre como as erupções de Sgr A* começam, atingem o pico e se dissipam podem ter implicações de longo alcance para o estudo futuro dos buracos negros, bem como da física de partículas e do plasma, até mesmo das erupções solares.

Os buracos negros, previstos por Albert Einstein como parte da sua teoria da relatividade geral, são o oposto do que o seu nome indica, em vez de um buraco vazio no espaço, eles são as regiões de matéria mais densas e compactadas conhecidas. O campo gravitacional de um buraco negro é tão forte que curva o tecido do espaço em torno de si próprio, e qualquer material que se aproxime demais fica preso ali para sempre, juntamente com qualquer luz que o material emita. É por isso que os buracos negros aparecem "negros". Qualquer luz detectada pelos telescópios não provém realmente do buraco negro propriamente dito, mas da área ao redor. O limite interno final desta luz é o horizonte de eventos. 

A imagem de M87 pelo EHT foi a primeira prova visual direta de que a previsão do buraco negro de Einstein estava correta. Os buracos negros continuam sendo uma área experimental para a teoria de Einstein e os cientistas esperam que observações cuidadosamente programadas em vários comprimentos de onda de Sgr A* pelo EHT, pelo Webb, em raios X e por outros observatórios diminuam a margem de erro nos cálculos da relatividade geral, ou talvez apontem para novos reinos da física que não entendemos atualmente. 

As informações obtidas com o estudo de Sgr A* serão aplicadas a outros buracos negros, para aprender o que é fundamental à sua natureza e o que torna um buraco negro único. 

O telescópio espacial James Webb será o principal observatório de ciências espaciais do mundo quando for lançado ainda no final deste ano. Este telescópio resolverá mistérios no nosso Sistema Solar, olhará mais além para mundos distantes em torno de outras estrelas e investigará as misteriosas estruturas e origens do nosso Universo.

Fonte: Space Telescope Science Institute

Quando uma estrela estável explode

As anãs brancas estão entre as estrelas mais estáveis. Estas estrelas que esgotaram a maior parte de seu combustível nuclear, embora ainda sejam tão massivas quanto o Sol, e encolheram a um tamanho relativamente pequeno podem durar bilhões ou até trilhões de anos.

© Chandra/Spitzer/VLA (remanescente de supernova G344.7-0.1)

No entanto, uma anã branca com uma estrela companheira próxima pode se tornar um barril de pólvora cósmica. Se a órbita da companheira se aproximar demais, a anã branca pode puxar material dela até que cresça tanto que se torne instável e exploda.

Este tipo de explosão estelar é chamada de supernova Tipo Ia. Embora seja geralmente aceito pelos astrônomos que tais encontros entre anãs brancas e estrelas companheiras "normais" são uma fonte provável de explosões de supernovas Tipo Ia, muitos detalhes do processo não são bem compreendidos.

Uma maneira de estudar o mecanismo de explosão é observar os elementos deixados para trás pela supernova em seus escombros ou material ejetado. Esta nova imagem composta mostra G344.7-0.1, um remanescente de supernova criado por uma supernova Tipo Ia, através dos olhos de diferentes telescópios. Os raios X do observatório de raios X Chandra da NASA (azul) foram combinados com dados infravermelhos do telescópio espacial Spitzer da NASA (amarelo e verde), bem como dados de rádio do Very Large Array e do telescópio do Australia Telescope Compact Array (vermelho). 

O Chandra é uma das melhores ferramentas disponíveis para os cientistas estudarem remanescentes de supernovas e medirem a composição e distribuição de elementos "pesados" que eles contêm. 

Os astrônomos estimam que G344.7-0.1 tenha cerca de 3.000 a 6.000 anos. Por outro lado, os remanescentes do Tipo Ia mais conhecidos e amplamente observados, incluindo Kepler, Tycho e SN 1006, explodiram no último milênio ou assim vistos da Terra. Portanto, este olhar profundo em G344.7-0.1 com o Chandra dá aos astrônomos uma janela para uma importante fase posterior na evolução de um remanescente de supernova Tipo Ia.

Tanto a onda de explosão em expansão quanto os detritos estelares produzem raios X em remanescentes de supernovas. Conforme os destroços se movem para fora da explosão inicial, eles encontram resistência do gás circundante e diminuem a velocidade, criando uma onda de choque reversa que viaja de volta para o centro da explosão. O choque reverso aquece os detritos a milhões de graus, fazendo com que brilhem em raios X. 

Remanescentes do tipo Ia como Kepler, Tycho e SN 1006 são muito jovens para o choque reverso para ter tempo de viajar para trás de forma plausível para aquecer todos os destroços no centro do remanescente. No entanto, a idade relativamente avançada de G344.7-0.1 significa que o choque reverso voltou por todo o campo de destroços. 

Os dados do Chandra sugerem que a região com a maior densidade de ferro foi aquecida pelo choque reverso mais recentemente do que os elementos nas estruturas em forma de arco, o que implica que está localizada perto do verdadeiro centro da explosão estelar.

Estes resultados apoiam as previsões de modelos para explosões de supernovas Tipo Ia, que mostram que elementos mais pesados ​​são produzidos no interior de uma anã branca em explosão. Nota-se que o ferro mais denso está localizado à direita do centro geométrico remanescente da supernova. Esta assimetria é provavelmente causada pelo fato de o gás ao redor do remanescente ser mais denso à direita do que à esquerda.

Um artigo descrevendo estes resultados foi publicado no periódico The Astrophysical Journal.

Fonte: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics

Descoberto o primeiro planeta fora da Via Láctea?

Podem ter sido detectados, pela primeira vez, sinais de um planeta transitando uma estrela localizada fora da Via Láctea.

© Hubble/Chandra (M51 e localização do candidato a planeta)

A imagem mostra uma composição de M51 com raios X do Chandra e luz óptica do telescópio espacial Hubble que contém uma caixa assinalando a localização do possível candidato a planeta. 

Este resultado intrigante, recorrendo ao observatório de raios X Chandra da NASA, abre uma nova janela para a busca de exoplanetas a distâncias maiores do que nunca.

O possível candidato a exoplaneta está localizado na galáxia espiral Messier 51 (M51), também chamada Galáxia do Redemoinho por causa do seu perfil distinto. 

Os exoplanetas são planetas definidos como planetas localizados além do nosso Sistema Solar. Até agora, os astrônomos encontram outros exoplanetas conhecidos e candidatos a exoplaneta na Via Láctea, quase todos a menos de aproximadamente 3.000 anos-luz da Terra. Um exoplaneta em M51 estaria a cerca de 28 milhões de anos-luz de distância, o que significa que estaria milhares de vezes mais distante do que os exoplanetas na Via Láctea.

Este novo resultado é baseado em trânsitos, eventos em que a passagem de um planeta à frente de uma estrela bloqueia parte da luz estelar e produz uma queda de brilho característica. 

Usando telescópios terrestres e espaciais - como as missões Kepler e TESS da NASA - os astrônomos procuraram quedas na luz visível, radiação eletromagnética, permitindo a descoberta de milhares de planetas. Agora, os astrônomos procuraram por quedas no brilho de raios X recebido de binários brilhantes. Estes sistemas luminosos normalmente contêm uma estrela de nêutrons ou um buraco negro que puxa gás de uma estrela companheira em órbita próxima. 

O material perto da estrela de nêutrons ou buraco negro torna-se superaquecido e brilha em raios X. Como a região que produz raios X brilhantes é pequena, um planeta que passa à sua frente pode bloquear a maioria ou todos os raios X, tornando o trânsito mais fácil de localizar porque os raios X podem desaparecer completamente. Isto pode permitir a detecção de exoplanetas a distâncias muito maiores do que os atuais estudos ópticos de trânsitos, que devem ser capazes de detectar diminuições mínimas de luz porque o planeta apenas bloqueia uma pequena fração da estrela.

A equipe usou este método para detectar o candidato a exoplaneta num sistema binário chamado M51-ULS-1, localizado em M51. Este sistema binário contém um buraco negro ou uma estrela de nêutrons que orbita uma estrela companheira com aproximadamente 20 vezes a massa do Sol.

O trânsito de raios X que encontraram com dados do Chandra durou cerca de três horas, durante as quais a emissão de raios X caiu para zero. Com base nesta e em outras informações, os pesquisadores estimam que o candidato a exoplaneta em M51-ULS-1 seria aproximadamente do tamanho de Saturno e orbitaria a estrela de nêutrons ou buraco negro a cerca de duas vezes a distância de Saturno ao Sol.

Embora este seja um estudo interessante, são necessários mais dados para verificar a interpretação como um exoplaneta extragaláctico. Um desafio é que a grande órbita do candidato a planeta significa que não cruzaria em frente do seu parceiro binário durante cerca de 70 anos, frustrando quaisquer tentativas de uma observação de confirmação durante décadas. 

Pode a diminuição de brilho ter sido provocada por uma nuvem de gás e poeira passando em frente da fonte de raios X? Os pesquisadores consideram esta explicação improvável, já que as características do evento observado em M51-ULS-1 não são consistentes com a passagem de tal nuvem. O modelo de um candidato a planeta é, no entanto, consistente com os dados. 

Se realmente existe um planeta neste sistema, provavelmente teve uma história tumultuosa e um passado violento. Um exoplaneta no sistema teria que sobreviver à explosão de supernova que criou a estrela de nêutrons ou buraco negro. Em algum ponto, a estrela companheira também pode explodir como supernova e banhar o planeta novamente com níveis extremamente altos de radiação.

Os astrônomos procuraram trânsitos de raios X em três galáxias fora da Via Láctea, usando tanto o Chandra quanto o XMM-Newtron da ESA. A pesquisa cobriu 55 sistemas em M51, 64 sistemas em M101 (a Galáxia do Cata-Vento) e 119 sistemas em M104 (a Galáxia do "Sombrero"), resultando no único candidato a exoplaneta descrito aqui.

Estão disponíveis conjuntos substanciais de dados do Chandra para pelo menos 20 galáxias, incluindo algumas como M31 e M33 que estão muito mais próximas do que M51, permitindo que trânsitos mais curtos sejam detectados. Outra linha interessante de investigação é procurar trânsitos de raios X em fontes da Via Láctea para descobrir novos exoplanetas próximos em ambientes incomuns.

O estudo foi publicado na revista Nature Astronomy.

Fonte: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics

Descoberto um disco deformado em torno de buraco negro

Uma equipe internacional de astrofísicos da África do Sul, Reino Unido, França e Estados Unidos encontrou grandes variações no brilho da luz vista em torno de um dos buracos negros mais próximos da Via Láctea, a 9.600 anos-luz da Terra, que podem ser provocadas por uma curvatura no seu disco de acreção.

© John Paice (buraco negro com disco de acreção deformado)

Este objeto, MAXI J1820+070, entrou em erupção como um novo transiente em março de 2018 e foi descoberto por um telescópio de raios X japonês a bordo da Estação Espacial Internacional. 

Estes transientes, sistemas que exibem surtos violentos, são sistemas binários, consistindo de uma estrela de baixa massa, semelhante ao nosso Sol e um objeto muito mais compacto, que pode ser uma anã branca, uma estrela de nêutrons ou um buraco negro.

Neste caso, MAXI J820+070 contém um buraco negro com pelo menos 8 vezes a massa do nosso Sol. A descoberta foi feita a partir de uma extensa e detalhada curva de luz obtida ao longo de quase um ano por dedicados astrônomos amadores espalhados pelo planeta que fazem parte da AAVSO (American Association of Variable Star Observers). 

O MAXI J1820+070 é um dos três transientes de raios X mais brilhantes já observados, uma consequência tanto da sua proximidade com a Terra quanto de não se situar no plano obscuro da Via Láctea. 

O material da estrela normal é puxado pelo objeto compacto para o disco de acreção circundante de gás em espiral. Os surtos violentos ocorrem quando o material no disco se torna quente e instável, é acumulado no buraco negro e libera grandes quantidades de energia antes de atravessar o horizonte de eventos. Este processo é caótico e altamente variável, variando em escalas de tempo de milissegundos a meses.

A equipe produziu uma visualização do sistema, mostrando como um enorme fluxo de raios X é emanado de muito perto do buraco negro e depois irradia a matéria circundante, especialmente o disco de acreção, aquecendo-o a cerca de 10.000 K, que é visto no visível. É por isso que, à medida que a explosão de raios X diminui, o mesmo ocorre com a luz óptica. Mas algo inesperado aconteceu quase três meses após o início do surto, quando a curva de luz óptica começou uma grande modulação, ao longo de um período de aproximadamente 17 horas. 

No entanto, não houve nenhuma mudança na produção de raios X, que permanecia estável. Embora pequenas modulações visíveis quase periódicas tenham sido vistas no passado durante outras explosões transitórias de raios X, nada a esta escala tinha sido visto antes.

O que estava provocando este comportamento extraordinário? Com o ângulo de visão do sistema, foi possível rapidamente descartar a explicação normal de que os raios X estavam iluminando a face interna da estrela doadora porque o brilho estava ocorrendo no momento errado. Nem podia ser devido à variação da luz de onde o fluxo de transferência de massa atinge o disco à medida que a modulação gradualmente se movia em relação à órbita. 

Isto deixava apenas uma explicação possível, o enorme fluxo de raios X irradiava o disco e fazia-o deformar, como mostra a imagem. A distorção fornece um grande aumento na área do disco que pode ser iluminado, fazendo com que o fluxo de luz óptica aumente dramaticamente quando vista no momento certo. Este comportamento já tinha sido visto em binários de raios X com dadores mais massivos, mas nunca num buraco negro transiente com um doador de baixa massa como este. 

Abre um caminho completamente novo para estudar a estrutura e as propriedades dos discos de acreção deformados. São conhecidos alguns sistemas binários com buracos negros na nossa Galáxia, todos com massas com cerca de 5 a 15 massas solares. Todos eles crescem pela acreção de matéria.

Tendo início há cerca de 5 anos, um importante programa científico do SALT (Southern African Large Telescope) para estudar objetos transientes fez uma série de importantes observações de binários compactos, incluindo sistemas com buracos negros como MAXI J1820+070.

Um artigo foi aceito para publicação no periódico Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Fonte: University of Southampton

Visão antecipada da destruição de uma estrela

Como testemunha de uma morte violenta, o telescópio espacial Hubble forneceu recentemente uma visão abrangente e sem precedentes dos primeiros momentos da morte cataclísmica de uma estrela.

© STScI/Hubble (NGC 4567, NGC 4568 & SN 2020fqv)

Os dados do Hubble, combinados com outras observações da estrela condenada a partir de telescópios espaciais e terrestres, podem proporcionar um sistema de alerta precoce para outras estrelas prestes a explodir.

A supernova, chamada SN 2020fqv, encontra-se nas galáxias Borboleta em interação, localizadas a cerca de 60 milhões de anos-luz de distância na direção da constelação de Virgem. Foi descoberta em abril de 2020 pelo ZTF (Zwicky Transient Facility) no Observatório Palomar em San Diego, EUA. 

Os astrônomos perceberam que a supernova estava sendo observada simultaneamente pelo TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite), um satélite da NASA projetado principalmente para descobrir exoplanetas, com a capacidade de detectar uma variedade de outros fenômenos. Rapidamente apontaram o Hubble e um conjunto de telescópios terrestres para ela. Juntos, estes observatórios deram a primeira visão holística de uma estrela no estágio inicial de destruição. 

O Hubble sondou o material muito perto da estrela, chamado de material circunstelar, meras horas após a explosão. Este material foi expelido pela estrela no último ano da sua vida. Estas observações permitiram entender o que estava acontecendo com a estrela pouco antes de morrer.

A equipe analisou observações da estrela pelo Hubble que remontam até à década de 1990. O TESS forneceu uma imagem do sistema a cada 30 minutos, começando vários dias antes da explosão, passando pela própria explosão e continuando por várias semanas. O Hubble foi usado novamente apenas algumas horas depois da primeira detecção da explosão. E, ao estudar o material circunstelar com o Hubble, os cientistas compreenderam o que estava acontecendo em torno da estrela ao longo da década anterior. Ao combinar todas estas informações, foi possível criar uma visão de várias décadas dos anos finais da estrela.

Os astrônomos denominaram a supernova SN 2020fqv de "a Pedra de Roseta das supernovas". A antiga Pedra de Roseta, que tem o mesmo texto inscrito em três línguas diferentes, ajudou os especialistas a aprender a ler os hieróglifos antigos. 

No caso desta supernova, foram usados três métodos diferentes para determinar a massa da estrela em explosão. Isto incluiu comparar as propriedades e a evolução da supernova com modelos teóricos; usando informações de uma imagem do arquivo Hubble de 1997 da estrela para descartar estrelas de maior massa; e usando observações para medir diretamente a quantidade de oxigênio na supernova, que examina a massa da estrela. Os resultados são todos consistentes: cerca de 14 a 15 vezes a massa do Sol. A determinação precisa da massa da estrela que explode como supernova é crucial para entender como as estrelas massivas vivem e morrem. 

Nos anos que antecedem à explosão das estrelas, elas tendem a tornar-se mais ativas. A supergigante vermelha Betelgeuse, que recentemente expeliu quantidades significativas de material, provavelmente se tornará em breve uma supernova. Isto pode ser um sinal!

Um artigo foi publicado no periódico Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Fonte: ESA

Atmosfera despojada de exoplaneta por um impacto gigante

Os sistemas planetários jovens geralmente "sofrem" muito quando crescem, à medida que corpos recém-formados colidem e fundem-se para formar planetas progressivamente maiores.

© Mark A. Garlick (impacto gigante no sistema estelar próximo HD 172555)

No nosso próprio Sistema Solar, pensa-se que a Terra e a Lua sejam produtos deste tipo de impacto gigante. Os astrônomos presumem que tais colisões deveriam ser comuns em sistemas primitivos, mas têm sido difíceis de observar em torno de outras estrelas.

Agora, astrônomos do MIT (Massachusetts Institute of Technology), da Universidade Nacional da Irlanda, da Universidade de Cambridge descobriram evidências de um impacto gigante que ocorreu num sistema estelar próximo, a apenas 95 anos-luz da Terra. 

A estrela, chamada HD 172555, tem cerca de 23 milhões de anos e os cientistas suspeitaram que a sua poeira contém vestígios de uma colisão recente. A equipe observou mais evidências de um impacto gigante em torno da estrela. Determinaram que a colisão provavelmente ocorreu entre um planeta do tamanho aproximado da Terra e um impactador menor, há pelo menos 200.000 anos, com velocidades de cerca de 10 km/s. 

Crucialmente, foi detectado gás indicando que tal impacto de alta velocidade provavelmente fez explodir parte da atmosfera do planeta, um evento dramático que explicaria o gás e poeira observados em torno da estrela. 

A estrela HD 172555 tem sido objeto de intriga entre os astrônomos devido à composição incomum da sua poeira. As observações ao longo dos últimos anos mostraram que a poeira da estrela contém grandes quantidades de minerais incomuns, em grãos que são muito mais finos do que o esperado para um típico disco estelar de detritos. 

Foram analisados dados obtidos pelo ALMA (Atacama Large Millimeter Array) no Chile, que consiste de 66 radiotelescópios, cujo espaçamento pode ser ajustado para aumentar ou diminuir a resolução das suas imagens. A equipe examinou os dados do arquivo público do ALMA, em busca de sinais de monóxido de carbono em torno de estrelas próximas. Quando for analisado o gás em discos de detritos, o monóxido de carbono é normalmente o mais brilhante e, portanto, o mais fácil de encontrar.

Com uma reanálise cuidadosa, foi detectado monóxido de carbono ao redor da estrela. Quando foi medida a sua abundância, descobriu-se que o gás correspondia a 20% do monóxido de carbono encontrado na atmosfera de Vênus. Também foi observado que o gás estava circulando em grandes quantidades, surpreendentemente perto da estrela, a cerca de 10 UA (10 vezes a distância entre a Terra e o Sol).

O monóxido de carbono é normalmente vulnerável à fotodissociação, um processo no qual os fótons de uma estrela quebram e destroem a molécula. A curta distância, normalmente haveria muito pouco monóxido de carbono tão perto de uma estrela. Assim, o grupo testou vários cenários para explicar a aparência abundante e próxima do gás. E rapidamente descartaram um cenário no qual o gás surgia de detritos de uma estrela recém-formada, bem como outro em que o gás era produzido por um cinturão de asteroides gelados. Também consideraram um cenário no qual o gás era emitido por muitos cometas gelados vindos de uma cinturão de asteroides distante, semelhante ao cinturão de Kuiper. Mas os dados também não encaixavam neste cenário. O último cenário que a equipe considerou foi que o gás era um remanescente de um impacto gigante.

A equipe estima que o gás foi liberado de um impacto gigante que ocorreu há pelo menos 200.000 anos, recente o suficiente para que a estrela não tivesse tido tempo de destruir completamente o gás.

Com base na abundância do gás, o impacto foi provavelmente massivo, envolvendo dois protoplanetas, provavelmente comparáveis em tamanho com a Terra. O impacto foi tão grande que provavelmente explodiu parte da atmosfera de um planeta, na forma do gás que é observado hoje.

Este estudo possibilita estudar a composição das atmosferas de exoplanetas que sofrem impactos gigantes, o que, em última análise, pode ajudar a esclarecer a condição atmosférica dos planetas terrestres durante o seu próprio estágio de impactos gigantes.

Um artigo foi publicado na revista Nature.

Fonte: Massachusetts Institute of Technology

Evidências de atmosfera de vapor de água persistente em Europa

Observações pelo telescópio espacial Hubble revelaram recentemente vapor de água na atmosfera de Ganimedes, uma das luas de Júpiter.

© Hubble (Júpiter e a lua Europa)

Uma nova análise de imagens e espectros de arquivo revelou agora que o vapor de água também está presente na atmosfera da lua gelada de Júpiter, Europa.

A análise descobriu que uma atmosfera de vapor de água está presente apenas num hemisfério da lua. Este resultado melhora a nossa compreensão da estrutura atmosférica das luas geladas e ajuda a estabelecer as bases para as próximas missões científicas que irão explorar as luas geladas de Júpiter.

Europa, uma das 79 luas de Júpiter, é a sexta lua mais próxima de Júpiter e a sexta maior lua do Sistema Solar. É um globo de gelo maior do que o planeta anão Plutão, com uma superfície lisa marcada por fissuras e fendas. A superfície da lua é um ambiente desolado com uma temperatura média de -170 ºC e apenas uma atmosfera tênue. No entanto, os astrônomos suspeitam que Europa abriga um vasto oceano sob a sua superfície gelada.

Agora, pela primeira vez, foram descobertas evidências de vapor de água persistente na atmosfera de Europa. Usando uma técnica que recentemente resultou na descoberta de vapor de água na atmosfera da lua de Júpiter, Ganimedes, um astrônomo encontrou evidências de vapor de água no hemisfério que está sempre oposto à direção do seu movimento orbital. A distribuição assimétrica do vapor de água foi prevista por estudos anteriores com base em simulações de computador, mas não tinha sido detectada previamente por observações.

A detecção de uma abundância estável de água em Europa é surpreendente porque as temperaturas à superfície são muito baixas. Para fazer esta descoberta, foram analisados dados de arquivo do Hubble, com observações no ultravioleta de Europa de 1999, 2012, 2014 e 2015, enquanto a lua estava em várias posições orbitais. Todas estas observações foram feitas com um dos instrumentos mais versáteis do Hubble, o STIS (Space Telescope Imaging Spectrograph).

Estas observações no ultravioleta pelo STIS permitiram a determinação da abundância de oxigênio, um dos constituintes da água, na atmosfera de Europa e, através da análise da densidade da emissão em diferentes comprimentos de onda, foi possível inferir a presença de vapor de água.

Observações anteriores de vapor de água em Europa foram associadas a plumas transitórias entrando em erupção através do gelo, análogas aos geysers aqui na Terra, mas com mais de 100 quilômetros de altura. Os fenômenos vistos nestes estudos das plumas eram aparentemente inomogeneidades transitórias ou bolhas na atmosfera. No entanto, os novos resultados mostram que estão presentes quantidades semelhantes de vapor de água, espalhadas por uma área maior em observações que vão de 1999 a 2015. Isto sugere a presença a longo prazo de uma atmosfera de vapor de água no hemisfério que está sempre escondido de Júpiter.

Apesar da presença de vapor de água neste hemisfério de Europa, não há indícios de água no hemisfério virado sempre para Júpiter. Os cientistas que trabalham para compreender estas luas geladas poderão em breve beneficiar de um olhar mais de perto. A missão JUICE (JUpiter ICy moons Explorer) da ESA está sendo preparada para explorar Ganimedes, Calisto e Europa, as três maiores luas geladas de Júpiter. A JUICE é a primeira missão do programa Cosmic Vision da ESA e tem lançamento previsto para 2022, chegando a Júpiter em 2031.

A sonda vai transportar um conjunto avançado de instrumentos, a carga útil de sensoriamento remoto mais poderosa já transportada para o Sistema Solar exterior, e vai passar pelo menos três anos fazendo observações detalhadas do sistema joviano. Europa também será visitada por uma missão da NASA, Europa Clipper, que investigará a sua habitabilidade, bem como selecionará um local de pouso para uma missão futura.

Esta descoberta e as informações das próximas missões, como a JUICE, vão melhorar a nossa compreensão de ambientes potencialmente habitáveis no Sistema Solar. Compreender a formação e a evolução de Júpiter e das suas luas também ajuda os astrônomos a obter informações sobre exoplanetas semelhantes a Júpiter em torno de outras estrelas.

Fonte: ESA

A interação de um par de galáxias

Esta observação do telescópio espacial Hubble mostra o Arp 86, um peculiar par de galáxias em interação que fica a cerca de 220 milhões de anos-luz da Terra, na constelação de Pégaso.

© Hubble (Arp 86)

O Arp 86 é composto pelas duas galáxias NGC 7752 e NGC 7753, sendo que a NGC 7753 é a grande galáxia espiral que domina esta imagem, e a NGC 7752 é sua companheira menor.

A diminuta galáxia companheira quase parece estar ligada a NGC 7753, e é esta peculiaridade que ganhou esta designação, significando que o par de galáxias aparece no Atlas de Galáxias Peculiares compilado pelo astrônomo Halton Arp em 1966.

A disputa gravitacional entre as duas galáxias está condenada a terminar catastroficamente para NGC 7752. Ela acabará sendo lançada no espaço intergaláctico ou totalmente engolfada por sua vizinha muito maior.

O telescópio espacial Hubble observou o Arp 86 como parte de um esforço maior para entender as conexões entre as estrelas jovens e as nuvens de gás frio nas quais elas se formam. O Hubble observou aglomerados de estrelas e nuvens de gás e poeira em uma variedade de ambientes espalhados por galáxias próximas. Combinadas com as medições do Atacama Large Millimeter Array (ALMA), um gigantesco radiotelescópio situado no alto dos Andes chilenos, estas observações do Hubble fornecem um tesouro de dados para os astrônomos que trabalham para entender como as estrelas nascem. 

Estas observações também ajudaram a plantar as sementes de pesquisas futuras com um futuro telescópio espacial, o telescópio espacial James Webb. Este telescópio, com lançamento previsto para o final deste ano, estudará a formação de estrelas em regiões empoeiradas, como as galáxias do Arp 86.

Fonte: NASA

Sinais de rádio de estrelas distantes sugerem planetas ocultos

Usando a antena de rádio mais poderosa do mundo, os cientistas descobriram estrelas que lançam ondas de rádio inesperadamente, possivelmente indicando a existência de planetas ocultos.

© Daniëlle Futselaar (aurora em anã vermelha devido à interação com exoplaneta)

O Dr. Benjamin Pope, da Universidade de Queensland, na Austrália, e colegas do observatório nacional ASTRON dos Países Baixos têm procurado planetas usando o radiotelescópio mais poderoso do mundo, o LOFAR (Low Frequency Array), situado nos Países Baixos.

Foram descobertos sinais de 19 estrelas anãs vermelhas distantes, quatro das quais são melhor explicados pela existência de planetas em órbita. Sabe-se que os planetas no nosso Sistema Solar emitem ondas de rádio poderosas à medida que os seus campos magnéticos interagem com o vento solar, mas ainda não tinham sido captados sinais de rádio de exoplanetas.

Anteriormente, os astrônomos só eram capazes de detectar as estrelas mais próximas em emissão de rádio constante, e tudo o mais no céu era gás interestelar, ou exótico, como buracos negros. Agora, os radioastrônomos são capazes de ver estrelas antigas, sendo possível investigar quaisquer planetas em torno destas estrelas. 

A equipe concentrou-se em estrelas anãs vermelhas, que são muito menores que o Sol e conhecidas por terem intensa atividade magnética que impulsiona proeminências estelares e emissões de rádio. Mas algumas estrelas velhas e magneticamente inativas também apareceram, desafiando a compreensão convencional.

A Terra também tem auroras, frequentemente denominadas como auroras boreais e austrais, mas também emite poderosas ondas de rádio, isto deve-se à interação do campo magnético do planeta com o vento solar. Mas no caso das auroras de Júpiter, estas são muito mais fortes, pois a sua lua vulcânica Io está lançando material para o espaço, enchendo o ambiente de Júpiter com partículas que impulsionam auroras excepcionalmente poderosas.

Os astrônomos usam um modelo para esta emissão de rádio das estrelas que é uma versão ampliada de Júpiter e Io, com um planeta envolto no campo magnético de uma estrela, alimentando material em vastas correntes que similarmente impulsionam auroras brilhantes. 

As descobertas do LOFAR são apenas o começo, mas o telescópio só tem a capacidade de monitorar estrelas que estão relativamente próximas, até 165 anos-luz de distância. Com o radiotelescópio SKA (Square Kilometre Array) da Austrália e da África do Sul finalmente em construção, com início de operações previsto para 2029, a equipe espera ser capaz de ver centenas de estrelas relevantes a distâncias muito maiores.

A pesquisa foi publicada nas revistas Nature Astronomy e na The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: ASTRON

Princípio da Equivalência de Einstein verificado em quasares

De acordo com a teoria da relatividade geral de Einstein, a gravidade afeta tanto a luz quanto a matéria.

© ESO/M. Kornmesser (ilustração de um quasar)

Uma consequência desta teoria científica, baseada no Princípio da Equivalência, é que a luz que escapa de uma região com um forte campo gravitacional perde energia pelo caminho, ficando mais vermelha, um fenômeno conhecido como desvio para o vermelho gravitacional.

A sua quantificação fornece um teste fundamental da teoria da gravitação de Einstein. Até agora, este teste tinha sido realizado apenas em corpos no Universo próximo, mas graças à utilização de um novo procedimento experimental, cientistas do Instituto de Astrofísica das Canárias (IAC) e da Universidade de Granada conseguiram medir o desvio para o vermelho gravitacional em quasares e assim estender o teste a regiões muito distantes de onde a luz foi emitida quando o nosso Universo era jovem.

O Princípio da Equivalência de Einstein é a pedra angular da Teoria da Relatividade Geral, que é a nossa melhor descrição atual da gravidade e uma das teorias básicas da física moderna. O princípio afirma que é experimentalmente impossível distinguir entre um campo gravitacional e um movimento acelerado do observador, e uma das suas previsões é que a luz emitida de dentro de um campo gravitacional intenso deve sofrer uma mudança mensurável para energias espectrais mais baixas, o que para a luz significa uma mudança para o vermelho, o denominado redshift (desvio para o vermelho). 

Esta previsão foi bem e frequentemente confirmada perto da Terra, desde as primeiras medições em 1959 por R.V. Pound e G.A. Rebka, da Universidade Harvard, até às medições mais recentes com satélites. Também foi confirmada usando observações do Sol e de algumas estrelas, como a vizinha Sirius B, e a estrela S2 perto do buraco negro supermassivo no centro da Galáxia. 

Mas confirmá-la com medições extragalácticas tem sido difícil, e houveram apenas alguns testes com medições complicadas e baixa precisão em aglomerados de galáxias relativamente perto de nós em termos cosmológicos. A razão para esta falta de testes no Universo mais distante é a dificuldade em medir o desvio para o vermelho, pois na maioria das situações o efeito da gravidade sobre a luz é muito pequeno. 

Por esta razão, os buracos negros massivos com campos gravitacionais muito fortes fornecem cenários promissores para medir desvios para o vermelho gravitacionais. Em particular, os buracos negros supermassivos encontrados no centro das galáxias, que têm campos gravitacionais enormes, fornecem um dos cenários mais promissores para medir o desvio para o vermelho gravitacional. Estes estão situados nos centros de quasares extraordinariamente luminosos e distantes. 

Um quasar é um objeto no céu que se parece com uma estrela, mas que está situado a uma grande distância de nós, de modo que a luz que dele recebemos foi emitida quando o Universo era muito mais jovem do que é agora. Isto significa que devem ser extremamente brilhantes. A origem desta enorme produção de energia é um disco de material quente que está sendo engolido pelo buraco negro supermassivo no seu centro. Esta energia é gerada numa região muito pequena, com apenas alguns dias-luz de tamanho. 

Nas proximidades do buraco negro há um campo gravitacional muito intenso e, portanto, ao estudar a luz emitida pelos elementos químicos nesta região (principalmente hidrogênio, carbono e magnésio) espera-se medir desvios para o vermelho gravitacionais muito grandes. Infelizmente, a maioria dos elementos nos discos de acreção de quasares também estão presentes em regiões mais distantes do buraco negro central, onde os efeitos gravitacionais são muito menores, de modo que a luz que recebemos destes elementos é uma mistura na qual não é fácil detectar claramente os desvios para o vermelho gravitacionais.

Agora, uma equipe de pesquisadores do IAC e da Universidade de Granada encontrou uma porção bem definida da luz ultravioleta emitida por átomos de ferro de uma região confinada à vizinhança do buraco negro. 

Por meio das lentes gravitacionais foi descoberto que uma característica espectral do ferro nos quasares parecia vir de uma região muito próxima do buraco negro. As medições do desvio para o vermelho confirmaram este achado. Usando este aspecto, os pesquisadores foram capazes de medir com clareza e precisão os desvios para o vermelho gravitacionais de muitos quasares e, possibilitando estimar as massas dos buracos negros.

Este teste do Princípio da Equivalência é baseado em medições que incluem galáxias ativas na nossa vizinhança (cerca de 13,8 bilhões de após o Big Bang) até quasares individuais a grandes distâncias, cuja luz foi emitida quando o Universo tinha apenas cerca de 2,2 bilhões de anos, cobrindo assim cerca de 80% da história do Universo

Um artigo foi publicado na revista The Astrophysical Journal.

Fonte: Instituto de Astrofísica de Canarias