O resquício de 850 anos de idade de colisão estelar

Uma explosão de supernova que observadores do céu no Extremo Oriente observaram há quase 850 anos produziu o remanescente mais incomum que os astrônomos já encontraram.

© R. Fensen (Pa 30)

O astrônomo Robert Fesen, do Dartmouth College, que fotografou o estranho objeto no final de outubro de 2022 com o telescópio Hiltner de 2,4 metros em Kitt Peak, apresentou seus resultados no 241º encontro da American Astronomical Society (AAS) em Seattle; um artigo foi submetido ao periódico Astrophysical Journal Letters. Em outro trabalho apresentado na reunião da AAS e submetido ao periódico Monthly Notices of the Royal Astronomical Society e seu co-autor Bradley Schaefer, da Louisiana State University argumenta que a supernova resultou quando duas estrelas anãs brancas colidiram, deixando um “zumbi” estelar extremamente energético atrás. 

A astrônoma amadora Dana Patchick descobriu a nebulosa Pa 30 em agosto de 2013 em imagens arquivadas do Widefield Infrared Survey Explorer (WISE) da NASA. Porém, as imagens infravermelhas não mostraram muitos detalhes. Originalmente, Patchick acreditava ter encontrado uma nebulosa planetária – sua 30ª descoberta, daí o nome Pa 30 – mas observações espectroscópicas posteriores revelaram que é mais provável que seja um remanescente de supernova. 

No entanto, a nebulosa não produz muitas ondas de rádio ou raios X e não há estrela de nêutrons ou buraco negro em seu centro. Em vez disso, a estrela central (às vezes conhecida como Estrela de Parker, em homenagem ao astrônomo da Universidade de Hong Kong, Quentin Parker, que primeiro estudou seu espectro) acaba sendo uma anã branca peculiar. 

Ainda assim, os astrônomos agora estão confiantes sobre sua relação com SN1181, uma supernova de magnitude zero que apareceu no norte de Cassiopeia em 6 de agosto de 1181 DC. Observadores chineses e japoneses registraram esta “estrela convidada” desaparecendo lentamente ao longo de um período de seis meses. Na década de 1970, os astrônomos especularam que o remanescente de supernova 3C58 e o pulsar associado PSR J0205+6449 eram os restos mais prováveis da explosão do século XII. Mas, pesquisas posteriores mostraram que 3C58 é muito antigo. Além disso, a posição do céu não corresponde às observações chinesas. 

O Pa 30 se encaixa em todas as contas, de acordo com um estudo de 2021 de Andreas Ritter, da Universidade de Hong Kong, Parker e seus colegas. Em particular, a velocidade de expansão medida da nebulosa, cerca de 1.100 quilômetros por segundo, coloca sua idade em 850 anos. A temperatura de sua superfície é de cerca de 200.000 kelvin; ela brilha com 130 vezes a luminosidade do Sol e está desaparecendo rapidamente, em 1,7 magnitudes no século passado. O mais notável é que produz um vento estelar veloz e sem precedentes que se propaga a 16.000 quilômetros por segundo, ou 5% da velocidade da luz!

Mesmo estrelas gigantes e luminosas de Wolf-Rayet têm ventos de abaixo disto. Então, que tipo peculiar de supernova pode explicar tudo isso? As novas observações de Fesen de Pa 30, obtidas à luz de enxofre ionizado e revelando muito mais detalhes do que imagens infravermelhas ou de banda larga de luz visível, contêm a última peça do quebra-cabeça do SN1181. 

Apesar da distância da nebulosa de quase 8.000 anos-luz, a imagem mostra intrigantes filamentos radiais, presumivelmente produzidos quando o forte vento estelar erode pequenos aglomerados de gás de baixa velocidade ejetados pela explosão. O SN1181 era uma supernova de baixa luminosidade do raro tipo Iax. Enquanto as supernovas “normais” do Tipo Ia resultam da detonação catastrófica de uma estrela anã branca, nas supernovas menos luminosas do Tipo Iax, a explosão da estrela sobrevive de alguma forma. 

Os teóricos criaram vários cenários para explicar as explosões de Iax. Alguns deles preveem a existência de uma estrela companheira doadora de matéria; no entanto, no caso da Estrela de Parker, observações detalhadas do observatório TESS da NASA indicam que ela é única. Um modelo apenas corresponde às observações de Pa 30 e sua estrela central “esquisita”: a colisão de duas anãs brancas, uma das quais consiste principalmente de carbono e oxigênio e a outra de oxigênio e neônio. 

Fonte: Sky & Telescope

Estrelas de nêutrons hipermassivas de vida curta

Se você pudesse congelar um filme de duas estrelas de nêutrons colidindo uma com a outra, logo após a colisão, você testemunharia a formação de um objeto tão massivo e denso que não deveria existir: as estrelas se fundiriam momentaneamente em uma única estrela de nêutrons que está girando tão rápido que pode se manter brevemente contra o colapso, desafiando a gravidade.

© M. Garlick (estrelas de nêutrons se colidindo)

Apenas alguns quadros depois, no entanto, a estrela desapareceria, sugada para dentro de si mesma e substituída por um buraco negro. Infelizmente, os astrônomos têm maneiras limitadas de estudar estes objetos, chamados de estrelas de nêutrons hipermassivas (HMNSs). Isto porque, embora as estrelas de nêutrons emitam ondas gravitacionais – ondulações no tecido do espaço-tempo – à medida que se aproximam uma da outra, os detectores de corrente não são sensíveis às frequências emitidas pelo próprio HMNS. 

Mas agora, os astrônomos podem ter encontrado outro caminho para entender as estrelas de nêutrons hipermassivas. De acordo com um novo estudo, algumas HMNSs emitem rajadas curtas de raios gama durante seus estertores de morte. 

E quando os pesquisadores liderados por Cecilia Chirenti, da Universidade de Maryland em College Park, analisaram 700 rajadas curtas de raios gama (GRBs), encontraram alguns casos em que os sinais não eram puramente ruído. Em vez disso, estes GRBs tinham frequências características mais fortes do que outras, uma assinatura consistente com uma estrela de nêutrons hipermassiva, que possui a rotação mais rápida conhecida entre as estrelas. 

As estrelas de nêutrons são os objetos mais densos que podem existir, exceto os buracos negros. Elas são os restos de estrelas tão massivas que explodem no final de suas vidas como supernovas, que imediatamente colapsam em buracos negros. Dado que a maioria das estrelas do Universo está em sistemas estelares binários ou múltiplos, não raramente, um par de estrelas binárias pode terminar suas vidas como estrelas de nêutrons. E com o tempo, elas podem espiralar uma em direção a outra e colidir. Quando estas colisões catastróficas ocorrem, elas emitem raios gama que podem ser detectados por telescópios depois de viajar por bilhões de anos. 

As fusões estelares também produzem ondas gravitacionais, algumas das quais podem ser detectadas por instalações como o Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) nos EUA e Virgo na Europa. Com base nestas observações, os cientistas atualmente acreditam que, se a estrela de nêutrons resultante for mais massiva do que aproximadamente 2,2 vezes a massa do Sol, ela entrará em colapso gerando um buraco negro. Se não for muito massiva, uma estrela de nêutrons pode sobreviver, mas apenas por uma fração de segundo.

Para tentar obter mais informações sobre estas estrelas de vida curta, Chirenti e sua equipe observaram que os modelos de computador preveem que o brilho dos raios gama de uma HMNS pode piscar alguns milhares de vezes por segundo. Portanto, ao determinar a taxa precisa desta oscilação, os astrônomos poderiam obter informações sobre o tamanho e a taxa de rotação da HMNS. Mas até o momento, nenhuma destas oscilações de raios gama foi identificada.

Assim, os astrônomos vasculharam dados de arquivo de três observatórios de raios gama baseados no espaço da NASA: o Fermi Gamma-Ray Space Telescope e o Neil Gehrels Swift Observatory (ambos em operação hoje), bem como o Compton Gamma Ray Observatory. 

Uma estrela de nêutrons hipermassiva produz oscilações quase periódicas (QPOs), significando que, em vez de piscar uniformemente em uma única frequência, há uma varredura de frequências centradas em torno das frequências de pico. Isto pode ser comparado à audição de um diapasão emitindo uma única frequência limpa em relação à uma orquestra afinando seus instrumentos antes de um concerto. Nem tudo está totalmente afinado, mas você ainda pode distinguir alguns tons mais fortes do que outros.

Dos mais de 700 eventos analisados, a equipe encontrou QPOs em dois deles, designados GRB 910711 e GRB 931101B. Ambos foram detectados pelo Compton, que a NASA operou durante a década de 1990 e saiu de órbita em 2000. Apesar da idade de Compton, para este estudo, era um instrumento incrível por causa de sua grande área de detecção e grande capacidade de temporização. Sua análise descobriu que as oscilações mais fortes estavam em uma frequência de aproximadamente 2.600 Hz. De acordo com as simulações, isto sugere que o HMNS responsável está girando pelo menos 1.300 vezes por segundo.

No entanto, esta taxa de rotação é apenas um limite inferior: assim como a luz é desviada para o vermelho pela expansão do Universo, a frequência da oscilação quase periódica pode ter sido maior originalmente. Mas mesmo que estivesse muito próximo, o HMNS ainda estaria girando quase duas vezes mais rápido que o pulsar mais rápido conhecido, uma classe de estrelas de nêutrons girando rapidamente.

Espera-se que, até a década de 2030, detectores de ondas gravitacionais mais avançados sejam capazes de estudar as ondulações do espaço-tempo produzidas por estrelas de nêutrons hipermassivas, enquanto no momento os pesquisadores continuaram procurando por elas em raios gama. 

O novo estudo foi publicado na revista Nature.

Fonte: Astronomy

Um sistema binário composto por duas anãs ultrafrias

Astrofísicos da Universidade Northwestern e da Universidade da Califórnia em San Diego descobriram o sistema binário, composto por duas anãs ultrafrias, mais íntimo alguma vez observado.

© NASA (ilustração de uma estrela anã ultrafria)

As duas estrelas estão tão próximas uma da outra que completam uma órbita em menos de um dia. Por outras palavras, cada "ano" de cada estela dura apenas 20,5 horas.

O sistema recentemente descoberto, denominado LP 413-53AB, é composto por um par de anãs ultrafrias, uma classe de estrelas de massa muito baixa que são tão frias que emitem a sua luz principalmente no infravermelho, tornando-as completamente invisíveis ao olho humano. No entanto, são um dos tipos de estrelas mais comuns no Universo. 

Anteriormente, os astrônomos apenas tinham detectado três sistemas binários de curta duração compostos por anãs ultrafrias, todos eles relativamente jovens, com até 40 milhões de anos. O LP 413-53AB tem uma idade estimada em poucos bilhões de anos, idade semelhante à do nosso Sol, mas um período orbital que é pelo menos três vezes mais curto do que todas as estrelas duplas anãs ultrafrias descobertas até agora.

A equipe descobriu pela primeira vez o estranho sistema binário enquanto explorava dados de arquivo. Foi desenvolvido um algoritmo que consegue modelar uma estrela com base nos seus dados espectrais. Ao analisar o espectro da luz emitida por uma estrela, os astrofísicos podem determinar a composição química, temperatura, gravidade e rotação da estrela. Esta análise também mostra o movimento da estrela à medida que esta se desloca em direção ao observador e à medida que se afasta, método conhecido como velocidade radial.

Ao examinar os dados espectrais de LP 413-53AB, foi notado algo de estranho. As primeiras observações captaram o sistema quando as estrelas estavam aproximadamente alinhadas e as suas linhas espectrais sobrepostas, sugerindo que se tratava apenas de uma estrela. Mas à medida que as estrelas se moviam na sua órbita, as linhas espectrais deslocaram-se em direções opostas, dividindo-se em dados espectrais posteriores. Na realidade eram duas estrelas presas num binário incrivelmente íntimo. 

Em 13 de março de 2022, a equipe virou os telescópios poderosos do Observatório W. M. Keck em direção à constelação de Touro, onde o sistema binário está localizado, e observou-o durante duas horas. Fizeram novas observações em julho, outubro e dezembro. Com este sistema, notou-se as linhas espectrais se afastarem em tempo real. As observações confirmaram o que o modelo havia previsto. 

A distância entre as duas estrelas é de cerca de 1% da distância entre a Terra e o Sol. A equipe especula que as estrelas ou migraram uma em direção à outra com o passar do tempo, ou podem ter-se juntado após a ejeção de um terceiro, membro estelar, agora perdido. São necessárias mais observações para testar estas ideias. 

As anãs ultrafrias são muito mais fracas e tênues do que o Sol, pelo que qualquer mundo com água líquida à superfície teria que estar muito próximo da estrela. Contudo, para LP 413-53AB, a zona habitável é a mesma que a órbita estelar, tornando impossível a formação de planetas habitáveis neste sistema.

Novos dados observacionais poderiam ajudar a reforçar modelos teóricos para a formação e evolução de estrelas duplas. No entanto, até agora, a descoberta de estrelas binárias ultrafrias tem permanecido um feito raro. Mas não sabemos se são raros porque raramente existem ou porque simplesmente não os encontramos. É uma questão em aberto.

Fonte: Northwestern University

Nuvens inesperadas em direção à galáxia de Andrômeda

Por que existem arcos emissores de oxigênio em direção perto da galáxia de Andrômeda?

© Y. Sainty & M. Drechsler (nuvens próximas a galáxia de Andrômeda)

Ninguém tem certeza. Os arcos de gás, mostrados em azul, foram descobertos e confirmados pela primeira vez por astrônomos amadores no ano passado. 

As duas principais hipóteses de origem para os arcos são que eles realmente estão próximos da galáxia de Andrômeda (M31), ou que são apenas filamentos de gás colocados coincidentemente em nossa galáxia, a Via Láctea. 

Para aumentar o mistério, os arcos não foram vistos em imagens profundas anteriores da M31, obtidas principalmente na luz emitida pelo hidrogênio, e outras galáxias mais distantes não foram geralmente observadas mostrando estruturas emissoras de oxigênio semelhantes.

Os astrônomos amadores dedicados usando telescópios comerciais fizeram esta descoberta porque, em parte, os telescópios profissionais geralmente investigam pequenas manchas angulares do céu noturno, enquanto estes arcos abrangem várias vezes o tamanho angular da Lua cheia. É necessário efetuar observações futuras, tanto na luz emitida pelo oxigênio quanto por outros elementos, para dirimir esta dúvida.

As nuvens azuladas foram descobertas por Marcel Drechsler e Xavier Strottner, astrônomos amadores que queriam escanear partes do céu em busca de nebulosas de brilho fraco. Para isso, eles se juntaram ao astrônomo amador Yann Sainty, que decidiu observar Andrômeda.

Ele enviou suas observações à dupla para processamento e análise. Quando foram trabalhar com as imagens, eles encontraram as estruturas azuladas que pareciam cercar Andrômeda. A equipe até se questionou sobre a possibilidade de a estrutura ser resultado de algum artefato causado pelo telescópio, e pediram para outro astrônomo amador observá-la novamente. A imagem foi confirmada por observações de cinco diferentes telescópios.

Fonte: NASA

O segundo exoplaneta do tamanho da Terra no sistema planetário TOI 700

Utilizando dados do TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) da NASA, os cientistas identificaram um mundo de tamanho semelhante à Terra, chamado TOI 700 e, em órbita dentro da zona habitável da sua estrela, ou seja, a gama de distâncias onde poderá existir água líquida à superfície de um planeta.

© NASA / Robert Hurt (ilustração do exoplaneta TOI 700 e)

O exoplaneta tem 95% do tamanho da Terra e é provavelmente rochoso. Os astrônomos já tinham descoberto anteriormente três planetas neste sistema, chamados TOI 700 b, c e d. O planeta d também orbita na zona habitável. Mas os cientistas precisaram de um ano adicional de observações para descobrir TOI 700 e.

Este é um dos poucos sistemas conhecidos com múltiplos planetas na zona habitável. O exoplaneta TOI 700 e é cerca de 10% menor do que o exoplaneta d. A TOI 700 é uma pequena e fria estrela anã M localizada a cerca de 100 anos-luz de distância na direção da constelação do hemisfério sul de Dourado. 

Em 2020, os astrônomos anunciaram a descoberta do planeta d, de tamanho semelhante à Terra, na zona habitável, que se encontra numa órbita de 37 dias, juntamente com outros dois mundos. O exoplaneta mais interior, o TOI 700 b, tem cerca de 90% do tamanho da Terra e orbita a estrela a cada 10 dias. O TOI 700 c é mais de 2,5 vezes maior do que a Terra e completa uma órbita a cada 16 dias.

Os exoplanetas têm provavelmente bloqueio de marés, o que significa que giram apenas uma vez por órbita, de modo que um lado está sempre virado para a estrela, tal como a Lua tem sempre a mesma face virada para a Terra.

O TESS monitora grandes faixas do céu durante aproximadamente 27 dias de cada vez. Estes longos olhares permitem com que o satélite acompanhe as mudanças de luminosidade estelar provocadas pela travessia do planeta em frente da sua estrela, um acontecimento chamado trânsito. A missão utilizou esta estratégia para observar o céu do hemisfério sul a partir de 2018, antes de se virar para o céu do hemisfério norte. Em 2020, regressou ao céu do sul para observações adicionais. O ano suplementar de dados permitiu à equipe refinar as dimensões originais dos planetas, que são cerca de 10% menores do que os cálculos iniciais.

A descoberta de outros sistemas com mundos semelhantes à Terra, nesta região, ajuda os cientistas planetários a aprender mais sobre a história do nosso próprio Sistema Solar. O estudo de acompanhamento do sistema TOI 700, com observatórios terrestres e espaciais, está em curso, e pode fornecer mais informações sobre este raro sistema. 

Um artigo sobre o exoplaneta recentemente descoberto foi aceito para publicação no periódico The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: Michigan State University

O telescópio James Webb confirma o seu primeiro exoplaneta

Pesquisadores confirmaram a presença de um exoplaneta, um planeta que orbita outra estrela, pela primeira vez usando o telescópio espacial James Webb.

© STScI / L. Hustak (ilustração do LHS 475 b)

Formalmente classificado como LHS 475 b, o exoplaneta tem quase exatamente o mesmo tamanho que o nosso, atingindo 99% do diâmetro da Terra. 

Os astrônomos optaram por observar este alvo com o Webb depois de rever cuidadosamente dados do TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) da NASA que sugeriam a existência do exoplaneta. 

O espectrógrafo NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) do Webb captou o exoplaneta pequeno e rochoso com facilidade e clareza com apenas duas observações de trânsito. 

Entre todos os telescópios em operação, apenas o Webb é capaz de caracterizar as atmosferas de exoplanetas de tamanho terrestre. A equipe tentou avaliar a composição da atmosfera do planeta, analisando o seu espectro de transmissão. Embora os dados mostrem que se trata de um planeta terrestre do tamanho da Terra, ainda não sabem se tem uma atmosfera. Embora não seja possível concluir o que está presente, a atmosfera não pode ter ser espessa dominada pelo metano, semelhante à lua de Saturno, Titã. 

Além da possibilidade do exoplaneta não possuir atmosfera, existem algumas composições atmosféricas que não foram descartadas, tais como uma atmosfera pura de dióxido de carbono. São necessárias medições ainda mais precisas para que haja possibilidade de distinguir uma atmosfera de dióxido de carbono puro de nenhuma atmosfera.

O Webb também revelou que o planeta é algumas centenas de graus mais quente do que a Terra, pelo que se forem detectadas nuvens, será possível concluir que o exoplaneta é mais parecido com Vênus, que tem uma atmosfera de dióxido de carbono e está perpetuamente envolto em nuvens espessas.

Os pesquiadores também confirmaram que o planeta completa uma órbita em apenas dois dias, informação que foi revelada quase instantaneamente pela curva de luz precisa do Webb. Embora o LHS 475 b esteja mais próximo da sua estrela do que qualquer outro planeta do Sistema Solar, a sua estrela anã vermelha tem menos de metade da temperatura do Sol, mas ainda poderá suportar uma atmosfera. 

O LHS 475 b está relativamente perto, a apenas 41 anos-luz de distância, na direção da constelação de Octante. 

Os resultados da descoberta foram apresentados nesta semana numa conferência da Sociedade Astronômica Americana.

Fonte: Space Telescope Science Institute

O aglomerado estelar jovem NGC 346

O aglomerado estelar jovem mais massivo na Pequena Nuvem de Magalhães é o NGC 346, embutido na maior região de formação estelar da nossa pequena galáxia satélite, a cerca de 210.000 anos-luz de distância.

© James Webb (NGC 346)

É claro que as estrelas massivas de NGC 346 têm vida curta, mas são muito energéticas. Seus ventos e radiação esculpem as bordas da nuvem molecular empoeirada da região, desencadeando a formação de estrelas dentro. 

A região de formação estelar também parece conter uma grande população de estrelas récem-formadas. Com apenas 3 a 5 milhões de anos e ainda não queimando hidrogênio em seus núcleos, estas estrelas estão espalhadas pelo aglomerado estelar incorporado. 

Esta imagem infravermelha espetacular da NGC 346 foi obtida pela NIRcam do telescópio espacial James Webb. A emissão de hidrogênio atômico ionizado pela radiação energética das estrelas massivas, bem como hidrogênio molecular e poeira na nuvem molecular de formação estelar é detalhada em tons de rosa e laranja. A imagem nítida do Webb da jovem região de formação estelar abrange 240 anos-luz em relação à distância da Pequena Nuvem de Magalhães. 

Fonte: NASA

Poeira estelar em Perseu

Esta extensão cósmica de poeira, gás e estrelas cobre cerca de 6 graus no céu na heroica constelação de Perseu.

© Jack Groves (constelação de Perseu)

No canto superior esquerdo da deslumbrante paisagem celeste está o intrigante jovem aglomerado estelar IC 348 e a vizinha Nebulosa do Fantasma Voador com nuvens de poeira interestelar obscura catalogadas como Barnard 3 e 4. 

À direita, outra região ativa de formação estelar NGC 1333 está conectada por tentáculos escuros e empoeirados nos arredores da gigante Nuvem Molecular de Perseu, a cerca de 850 anos-luz de distância. 

Outras nebulosas de poeira estão espalhadas nesta imagem, junto com o leve brilho avermelhado do gás hidrogênio. Na verdade, a poeira cósmica tende a esconder as estrelas recém-formadas e os jovens objetos estelares ou protoestrelas de telescópios ópticos. 

As protoestrelas que estão colapsando devido à própria gravidade, se formam a partir de núcleos densos embutidos na nuvem molecular. Na distância estimada da nuvem molecular, este campo de visão abrangeria mais de 90 anos-luz. 

Fonte: NASA

Descobertas oito novas estrelas superquentes

Uma equipe internacional de astrônomos descobriu oito das estrelas mais quentes do Universo, todas com superfícies acima dos 100.000º C.

© DES / Tom Watts (estrela J2039)

A descoberta baseia-se em dados recolhidos utilizando o SALT (Southern African Large Telescope), o maior telescópio óptico do hemisfério sul, com um espelho de 10x11 metros. 

O estudo descreve como um levantamento de estrelas subanãs ricas em hélio levou à descoberta de várias estrelas anãs brancas muito quentes e pré-anãs brancas, a mais quente das quais tem uma temperatura superficial de 180.000º C. Para efeitos de comparação, a superfície do Sol tem apenas 5.800º C. 

Uma das estrelas identificadas é a estrela central de uma nebulosa planetária recentemente descoberta, com um ano-luz de diâmetro. Duas das outras são estrelas pulsantes, ou "variáveis". Todas estas estrelas estão numa fase avançada do seu ciclo de vida e estão se aproximando do fim da sua vida como anãs brancas.

Devido às suas temperaturas extremamente elevadas, cada uma destas novas descobertas é mais de cem vezes mais brilhante do que o Sol, o que é considerado incomum para as estrelas anãs brancas. As anãs brancas têm aproximadamente o mesmo tamanho que o planeta Terra, mas são um milhão de vezes mais massivas, com massas próximas das do Sol. São as estrelas mais densas que existem e que consistem de matéria normal. As anãs pré-brancas são algumas vezes maiores e irão encolher para se tornarem anãs brancas em poucos milhares de anos.

As estrelas com temperaturas efetivas de 100.000º C ou mais são incrivelmente raras. Foi uma verdadeira surpresa encontrar tantas destas estrelas neste levantamento. Estas descobertas vão ajudar a aumentar a compreensão das fases finais da evolução estelar e demonstram que o SALT é um telescópio fantástico para este projeto. 

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

Fonte: Royal Astronomical Society

Reveladas galáxias semelhantes à Via Láctea no Universo jovem

Novas imagens, obtidas pelo telescópio espacial James Webb, revelam pela primeira vez galáxias com barras estelares - características alongadas de estrelas que se estendem dos centros das galáxias para os seus discos exteriores - num momento em que o Universo tinha apenas 25% da sua idade atual.

© NASA (galáxia EGS23205)

O poder do JWST em mapear galáxias em alta resolução e em comprimentos de onda infravermelhos mais longos do que o Hubble, permite-lhe olhar através da poeira e revelar a estrutura subjacente e a massa de galáxias distantes. Isto pode ser visto nestas duas imagens da galáxia EGS23205, vista como era há cerca de 11 bilhões de anos atrás. Na imagem do Hubble (esquerda, tirada com o filtro infravermelho próximo), a galáxia é pouco mais do que uma mancha em forma de disco obscurecida pela poeira e impactada pelo brilho de estrelas jovens, mas na imagem do Webb correspondente no infravermelho médio, é uma bela galáxia em espiral com uma clara barra estelar.

A descoberta das chamadas galáxias barradas, semelhantes à nossa Via Láctea, tão cedo no Universo, vai exigir que os cientistas refinem as suas teorias sobre a evolução galáctica. Antes do Webb, as imagens do Hubble nunca tinham detectado barras em épocas tão jovens.

A equipe identificou outra galáxia barrada, EGS-24268, há cerca de 11 bilhões de anos, o que faz com que duas galáxias barradas existam mais longe no tempo do que qualquer outra galáxia anteriormente descoberta. Este estudo destaca estas duas galáxias e mostra exemplos de quatro outras galáxias barradas vistas há mais de 8 bilhões de anos. 

As barras desempenham um papel importante na evolução galáctica ao canalizarem gás para as regiões centrais, impulsionando a formação estelar. Uma barra transporta poderosamente gás para a região central, onde o gás é rapidamente convertido em novas estrelas a um ritmo tipicamente 10 a 100 vezes mais depressa do que no resto da galáxia. As barras também ajudam a fazer crescer buracos negros supermassivos nos centros das galáxias, canalizando o gás pelo caminho. 

A descoberta de barras durante tais épocas iniciais abala de várias maneiras os cenários de evolução galáctica. E a própria existência destas primeiras barras desafia os modelos teóricos, uma vez que precisam de acertar a física galáctica a fim de prever a abundância correta de barras. A equipe irá testar diferentes modelos nos seus próximos trabalhos. 

O telescópio espacial James Webb pode desvendar estruturas em galáxias distantes melhor do que o Hubble por duas razões: em primeiro lugar, o seu espelho maior dá-lhe mais capacidade de recolhimento de luz, permitindo-lhe ver mais longe e com maior resolução. Em segundo lugar, consegue ver melhor através da poeira, pois observa em comprimentos de onda infravermelhos mais longos do que o Hubble.

Um artigo foi aceito para publicação no periódico The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: University of Texas

Uma serpente no céu

Nesta nova imagem infravermelha, podemos ver uma miríade de estrelas por trás do tênue brilho laranja da nebulosa Sh2-54.

© VISTA (Sh2-54)

Situada na constelação da Serpente, este berçário estelar foi captado em detalhes no infravermelho com o auxílio da câmara de 67 milhões de pixels do telescópio VISTA (Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy), instalado no Observatório do Paranal do ESO, no Chile. 

Quando contemplavam o céu noturno, os nossos antepassados imaginavam padrões e desenhos nas estrelas. Os gregos, por exemplo, chamaram a uma destas “constelações” de Serpente, por causa de sua semelhança com uma cobra. O que não poderiam ter visto era que na ponta da cauda desta constelação existe uma riqueza de objetos astronômicos impressionantes, incluindo as nebulosas da Águia, Omega e a Sh2-54; o último deles é revelado, sob uma nova luz, nesta espetacular imagem infravermelha.

As nebulosas são vastas nuvens de gás e poeira a partir das quais as estrelas se formam. Os telescópios permitiram aos astrônomos identificar e analisar estes objetos relativamente tênues com extremo detalhe. 

A nebulosa que aqui vemos, situada a cerca de 6.000 anos-luz de distância da Terra, tem o nome oficial de Sh2-54; o “Sh” refere-se ao astrônomo americano Stewart Sharpless, que catalogou mais de 300 nebulosas na década de 1950. À medida que a tecnologia utilizada para explorar o Universo vai progredindo, o mesmo acontece com o nosso conhecimento destes berçários estelares. Um desses avanços é a capacidade de enxergar além da luz que pode ser detectada por nossos olhos, como a luz infravermelha.

Tal como a serpente, homônima dessa nebulosa, desenvolveu a capacidade de sentir a luz infravermelha para entender melhor seu ambiente, também desenvolvemos instrumentos infravermelhos para aprender mais sobre o Universo. Enquanto a luz visível é facilmente absorvida pelas nuvens de poeira das nebulosas, a luz infravermelha passa quase inalterada através das espessas camadas de poeira.

A imagem que aqui vemos revela por isso uma quantidade de estrelas escondidas atrás de véus de poeira, o que é particularmente útil já que permite aos cientistas estudar o que é que está acontecendo nos berçários estelares com muito mais detalhe e assim compreender melhor como é que as estrelas se formam.

A imagem faz parte do rastreio VVVX (VISTA Variables in the Via Láctea eXtended survey), que se trata de um projeto de vários anos que tem observado repetidamente uma enorme área da Via Láctea no infravermelho, fornecendo dados cruciais para compreendermos a evolução estelar. 

Fonte: ESO

A Cascata de Estrelas de Kemble

Esta linha de estrelas é real.

© Tommy Lease (Cascata de Kemble)

Um pouco fraca demais para ser vista a olho nu, a cascata de estrelas de Kemble inspira admiração quando vista com binóculos. Porém, como o Big Dipper na Ursa Maior, a Cascata de Kemble é um asterismo, não uma constelação. O asterismo é visível no céu do norte em direção à constelação do pescoço comprido da Girafa (Camelopardalis). 

Esta cadeia de cerca de 20 estrelas não relacionadas, cada uma com brilho semelhante, abrange mais de cinco vezes a largura angular da Lua cheia. Estendendo-se diagonalmente do canto superior esquerdo ao canto inferior direito, a Cascata de Kemble foi popularizada no século passado pelo entusiasta da astronomia Lucian Kemble. 

O objeto brilhante próximo ao canto superior esquerdo da imagem é o relativamente compacto aglomerado aberto de estrelas Jolly Roger, oficialmente designado como NGC 1502, que foi descoberto pelo astrônomo William Herschel em 1787. 

Fonte: NASA

Observação inédita da estrutura interna de jato de quasar

Um grupo internacional de cientistas publicou novas observações do primeiro quasar já identificado, conhecido como 3C 273, localizado na constelação de Virgem, que mostram as porções mais internas e profundas do proeminente jato de plasma do quasar.

© Wolfgang Steffen (ilustração do quasar 3C 273)

Os quasares são um dos tipos mais ativos e brilhantes dos buracos negros supermassivos encontrados no núcleo de quase todas as galáxias. Estes buracos negros supermassivos no centro das galáxias emitem jatos estreitos e incrivelmente poderosos de plasma, que escapa em velocidade próxima à da luz. Mas o processo de formação destes jatos ainda é um mistério para astrônomos e astrofísicos. 

O novo estudo inclui observações do jato do quasar 3C 273 na maior resolução angular e na maior profundidade já obtidas em um buraco negro central e traz um novo entendimento sobre a colimação dos jatos, que é o processo no qual eles são concentrados em um feixe estreito e pode avançar por distâncias extremas, para muito além da área dominada pela gravidade do buraco negro e até mesmo escapando da galáxia hospedeira deste buraco negro. Os buracos negros supermassivos também têm influência na evolução galáctica.

O trabalho teve participação de pesquisadores do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas (IAG) da Universidade de São Paulo (USP). O 3C 273 tem sido estudado há décadas como o laboratório ideal mais próximo para jatos de quasar. No entanto, mesmo sendo um vizinho próximo, até recentemente não havia uma visão nítida o suficiente para ver onde este poderoso jato estreito de plasma é moldado.

A imagem do jato do quasar 3C 273 fornece aos cientistas a primeira visão das porções mais internas do jato de um quasar, onde ocorre a colimação e o estreitamento do feixe. A equipe também determinou que o ângulo do plasma fluindo do buraco negro é comprimido ao longo de uma distância muito extensa. O trabalho foi possibilitado pelo uso coordenado de um conjunto de radioantenas ao redor da Terra, combinando os instrumentos Global Millimeter VLBI Array (GMVA) e Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), no Chile. O GMVA e o ALMA foram conectados ao redor de continentes utilizando uma técnica chamada interferometria de longa linha de base (VLBI) para obter informações altamente detalhadas de fontes astronômicas distantes.

O astrofísico Ciriaco Goddi, que atualmente é pesquisador visitante no IAG, participou da equipe deste trabalho como responsável por observar, calibrar e analisar os dados do ALMA. As novas imagens mostram o jato 3C 273 com um nível de detalhe nunca antes alcançado. Em particular, graças à combinação de GMVA e ALMA, foi possível finalmente ter acesso à base destes poderosos jatos e investigar seus mecanismos de aceleração e colimação.

Por meio do desenvolvimento de hardware e software para VLBI, os 66 radiotelescópios do ALMA foram transformados na estação de interferometria astronômica mais sensível do mundo. A obtenção de dados nestes comprimentos de onda aumenta significativamente a resolução e sensibilidade do conjunto. Também foram feitas observações utilizando o High Sensitivity Array, para estudar o quasar 3C 273 em diferentes escalas, com o objetivo de medir a forma global do jato. 

Os dados deste estudo foram coletados em 2017, na mesma época em que as observações do Event Horizon Telescope (EHT) revelaram a primeira imagem de um buraco negro. O novo estudo abre a possibilidade de novas explorações dos processos de colimação em outros tipos de buracos negros. Dados obtidos em frequências mais altas, como 230 e 345 GHz com o EHT, permitem que cientistas observem detalhes mais sutis em quasares e outros buracos negros. 

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal. 

Veja também sobre o assunto, no blog: Revelada estrutura desconhecida em galáxia.

Fonte: Universidade de São Paulo