O que alimenta o poderoso motor das fusões de estrelas de nêutrons?

A fusão e a colisão de estrelas de nêutrons produzem poderosas explosões de quilonova e erupções de raios gama.

© ESO / M. Garlick (ilustração de duas estrelas de nêutrons em fusão)

Há muito que os cientistas suspeitam que um campo magnético grande e ultraforte é o motor por detrás destes fenômenos altamente energéticos. No entanto, o processo que gera este campo magnético tem sido um mistério até agora. 

Os pesquisadores do Instituto Max Planck de Física Gravitacional e das universidades de Quioto e Toho revelaram o mecanismo subjacente graças a uma simulação computacional de alta resolução que considera toda a física fundamental. Os cientistas mostraram que as estrelas de nêutrons altamente magnetizadas, também conhecidas como magnetares, causam explosões de quilonova muito brilhantes.

Observações telescópicas poderão testar esta previsão no futuro. As estrelas de nêutrons são remanescentes compactos de explosões de supernova e são constituídas por matéria extremamente densa. Têm cerca de 20 quilômetros de diâmetro e até duas vezes a massa do nosso Sol, ou quase 700.000 vezes a massa da nossa Terra. 

No dia 17 de agosto de 2017, os astrônomos observaram pela primeira vez ondas gravitacionais, luz e raios gama da fusão de duas estrelas de nêutrons. Este evento marcou o início de um novo tipo de astronomia, combinando observações de ondas gravitacionais e eletromagnéticas. As observações das ondas gravitacionais e da explosão de raios gama emitidos durante a fusão revelaram que as fusões de estrelas de nêutrons binárias são a origem de, pelo menos, uma parte das explosões de raios gama de curta duração e dos elementos pesados.

Somente através de uma simulação numérica que considera todos os efeitos físicos fundamentais nas fusões de estrelas de nêutrons binárias é possível compreender o processo completo e os mecanismos subjacentes. A simulação numérica da fusãoaplicou a teoria da relatividade de Einstein com uma resolução espacial mais de dez vezes superior a qualquer simulação anterior.

Os fenômenos altamente energéticos associados às fusões de estrelas de nêutrons, como as explosões de quilonova e as erupções de raios gama, são muito provavelmente impulsionados pela magnetohidrodinâmica, ou seja, a interação entre campos magnéticos e fluidos. Isto implica que um remanescente da fusão de estrelas de nêutrons binárias deve gerar um campo magnético forte e em larga escala através de um mecanismo de dínamo.

Parte deste mecanismo é o mesmo que impulsiona o campo magnético do nosso Sol. Numa fusão de estrelas de nêutrons, o campo magnético de larga escala surge devido a instabilidades e vórtices na superfície onde as duas estrelas de nêutrons chocam uma contra a outra.

Existem duas fases de amplificação do campo magnético: numa primeira fase, a instabilidade Kelvin-Helmholtz amplifica rapidamente a energia do campo magnético por um fator de vários milhares em poucos milissegundos após a fusão. No entanto, este campo magnético amplificado continua sendo um campo de pequena escala. Mas após alguns milissegundos, há uma segunda fase de amplificação do campo magnético devido a outra instabilidade, a instabilidade magnetorotacional. Esta instabilidade amplifica ainda mais o campo de pequena escala e atua como um dínamo no campo de larga escala, o mesmo mecanismo que no Sol.

A estrela de nêutrons altamente magnetizada, que resulta da colisão, é hipoteticamente proposta como um magnetar. Cerca de 40 milissegundos após a fusão, os campos magnéticos "levantam" um forte vento de partículas para velocidades relativistas a partir dos polos do magnetar. Este vento forma um jato que está relacionado com os fenômenos altamente energéticos observados. Os pesquisadores mostram, pela primeira vez, que esta hipótese é viável. A simulação sugere que o motor do magnetar gera explosões de quilonova muito brilhantes. Esta previsão poderá ser testada através de observações num futuro próximo.

Um artigo foi publicado na revista Nature Astronomy.

Fonte: Max Planck Institute for Gravitational Physics

Uma galáxia sofrendo redução da pressão dinâmica

Esta imagem mostra IC 3476, uma galáxia anã que fica a cerca de 54 milhões de anos-luz da Terra, na constelação de Coma Berenices.

© Hubble (IC 3476)

Embora esta imagem não pareça muito dramática, os eventos físicos reais que ocorrem em IC 3476 são altamente energéticos. Na verdade, a pequena galáxia está passando por um processo conhecido como remoção de pressão dinâmica, que está provocando níveis incomumente elevados de formação de estrelas em regiões da própria galáxia.

A pressão dinâmica tem uma definição totalmente distinta na física: é a pressão exercida sobre um corpo quando ele se move através de alguma forma de fluido, devido à resistência geral do fluido provocada pela tensão de cisalhamento.

No caso de galáxias inteiras que sofrem pressão dinâmica, as galáxias são os "corpos" e o meio intergaláctico (a poeira e o gás que permeiam o espaço entre as galáxias e, para este último, os espaços entre as galáxias em aglomerados) é o "fluido". A remoção da pressão de aríete ocorre quando há remoção de gás da galáxia. Esta remoção de gás pode levar a uma redução no nível de formação de estrelas, ou mesmo à sua completa cessação, uma vez que o gás é absolutamente fundamental para a formação de estrelas.

No entanto, a pressão dinâmica também pode causar a compressão de outras partes da galáxia, o que pode realmente impulsionar a formação de estrelas. Isto é o que parece estar acontecendo em IC 3476: parece não haver absolutamente nenhuma formação estelar acontecendo na borda da galáxia, suportando o impacto da redução da pressão atmosférica, mas então as taxas de formação estelar nas regiões mais profundas da galáxia parecem estar nitidamente acima da média.

Fonte: ESA

Estrelas de nêutrons são pistas de explosão de rádio misteriosa

Uma grande pista para a compreensão dos lampejos misteriosos e fugazes de ondas de rádio conhecidas como rajadas rápidas de rádio (FRBs) surgiu quando uma delas explodiu em nossa própria galáxia.

© NASA / JPL-Caltech (ilustração de um magnetar)

Numa ejeção que teria causado a desaceleração da sua rotação, um magnetar é retratado perdendo material para o espaço nesta ilustração. As linhas fortes e torcidas do campo magnético do magnetar (mostradas em verde) podem influenciar o fluxo de material eletricamente carregado do objeto, que é um tipo de estrela de nêutrons.

Uma estrela de nêutrons altamente magnetizada, ou magnetar, apelidada de SGR 1935+2154, emitiu uma explosão semelhante à FRB em 28 de abril de 2020, e de repente os astrônomos tinham uma FRB para estudar em nosso próprio quintal. Desde então, os astrônomos esperam por uma repetição. Em outubro de 2022, ocorreu a explosão esperada. 

Até 2020, quase todos os FRBs conhecidos tinham origem em galáxias distantes. No entanto, cada um deles transmitiu mais energia numa fração de segundo do que todo o Sol emite num ano. Alguns até fizeram isso mais de uma vez! 

Por um tempo, houve tantas ideias sobre o que poderia gerar essas explosões quanto os próprios FRBs. Agora, com o exemplo da Via Láctea, os astrônomos sabem que pelo menos alguns FRBs se originam de magnetares. Mas como os magnetares fazem isso? 

Ao receber um alerta do Burst Alert System a bordo do telescópio espacial Integral da NASA, Chin-Ping Hu (Universidade Nacional de Educação de Changhua, Taiwan) e colegas perguntaram a dois outros telescópios espaciais da NASA - o Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER) e o Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) - para voltar-se para o magnetar e começar a fazer observações. A equipe observou a estrela de nêutrons rodar em virtude de um ponto quente na sua superfície, que provavelmente marca um dos polos do campo magnético da estrela. À medida que a estrela gira dentro e fora de vista – 3,2 vezes por segundo! – o brilho da estrela de nêutrons parece pulsar. 

O NICER foi projetado especificamente para captar mudanças em escalas de tempo tão rápidas. O NuSTAR, por outro lado, forneceu espectros para acompanhar as observações de brilho, o que ajudou a determinar de onde vinha a emissão. A estrela emite raios X porque é muito quente, enquanto outros raios X provêm de partículas carregadas que se contorcem no poderoso campo magnético da estrela de nêutrons. Em questão de horas, os astrônomos observaram mudanças drásticas ocorrerem na estrela com tamanho de apenas 20 km.

Primeiro, a estrela de nêutrons apresentou uma falha, girando repentinamente mais rápido. Depois, mais lentamente, a taxa de rotação diminuiu ao longo de quatro horas, originando uma forte explosão de ondas de rádio, detectadas no solo pelo radiotelescópio CHIME, no Canadá. Outras quatro horas depois, ocorreu uma segunda falha. 

Durante as falhas, os espectros mostraram que os raios X vinham em grande parte do núcleo. Mas antes e durante a explosão de rádio, entre as falhas, a emissão das partículas aprisionadas magneticamente se fortaleceu. Sabe-se que estrelas de nêutrons apresentam falhas quando a superfície está fora de sincronia com o interior.

Podem ocorrer falhas quando movimentos sob a superfície da estrela de nêutrons tensionam a crosta, que então se rompe em um terremoto estelar. É mais provável que a ruptura aconteça perto do núcleo. Mesmo que a estrela de nêutrons gire apenas uma pequena fração de segundo, a energia envolvida em um terremoto estelar é incrível. Afinal, para um corpo de 20 quilômetros girando em 3,2 segundos, a superfície gira a 11.000 km/h; mudar isso, mesmo que um pouco, requer muita energia. 

O estranho sobre a falha do SGR 1935 é o fato de o aumento de velocidade ter se dissipado tão rapidamente. A maioria das estrelas de nêutrons leva semanas ou meses para se recuperar de uma falha, mas o magnetar voltou à sua taxa de rotação normal em poucas horas. Isso faz sentido, porém, se a falha marcou um terremoto e também liberou partículas carregadas em uma breve rajada de vento. Esse vento teria roubado a rotação da estrela quase tão rapidamente quanto a ganhou. Então, com todas essas partículas pairando num campo magnético superpoderoso, que é muito mais forte do que qualquer outro que possamos produzir na Terra, as condições eram adequadas para um cenário extremo.

Partículas (especificamente, elétrons e seus parceiros de antimatéria, pósitrons) nascem em pares a partir da energia do campo magnético, resultando numa “avalanche”. Os pares elétron-pósitron poderiam, em última análise, ser responsáveis pela explosão repentina de emissão de rádio em um processo semelhante ao do laser. Esta observação conecta uma rara explosão semelhante a uma FRB a uma rara falha dupla e fornece um caminho claro para futuras análises sobre a geração de FRB. 

As rajadas de 2020 e 2022 são as únicas rajadas de ondas de rádio verdadeiramente “altas” que foram detectadas até agora no SGR 1935+2154, embora atividades mais moderadas ocorram com mais frequência. A equipe planeja continuar monitorando o magnetar para observar mais explosões no futuro, fornecendo dados adicionais para ajudar a testar o cenário de criação de pares/vento.

Um artigo foi publicado na revista Nature.

Fonte: Sky & Telescope

Identificada molécula de água em asteroides

Utilizando dados do aposentado SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy) - um projeto conjunto da NASA e do Centro Aeroespacial Alemão (DLR) - os cientistas do SwRI (Southwest Research Institute) descobriram, pela primeira vez, moléculas de água na superfície de um asteroide.

© Cosmonovas (ilustração de um asteroide)

Os cientistas analisaram quatro asteroides ricos em silicatos, utilizando o instrumento FORCAST, para isolar as assinaturas espectrais no infravermelho médio indicativas de água molecular em dois deles. 

Os asteroides são remanescentes do processo de formação planetária, pelo que as suas composições variam consoante o local onde se formaram na nebulosa solar. A distribuição da água nos asteroides é de particular interesse, porque isso pode esclarecer a forma como a água chegou à Terra.

Os asteroides anidros de silicatos formam-se perto do Sol, enquanto os materiais gelados coalescem mais longe. Compreender a localização dos asteroides e as suas composições diz-nos como os materiais na nebulosa solar foram distribuídos e evoluíram desde a sua formação. A distribuição da água no nosso Sistema Solar permitirá compreender a distribuição da água em outros sistemas solares e, uma vez que a água é necessária para toda a vida na Terra, orientará a procura de potencial vida, tanto no nosso Sistema Solar como para além dele.

O SOFIA detectou moléculas de água numa das maiores crateras do hemisfério sul da Lua. E agora nos asteroides Iris e Massalia. Observações anteriores, tanto da Lua como de asteroides, tinham detectado alguma forma de hidrogênio, mas não conseguiam distinguir entre a água e o seu parente químico próximo, o hidroxilo. Os cientistas detectaram uma quantidade de água equivalente a 35 cl presa num metro cúbico de solo espalhado pela superfície lunar, quimicamente ligada a minerais. 

Com base na intensidade da banda das características espectrais, a abundância de água no asteroide é consistente com a da Lua iluminada pelo Sol. Da mesma forma, nos asteroides, a água também pode estar ligada a minerais, bem como adsorvida a silicatos e presa ou dissolvida em vidro de impacto de silicatos.

Os dados de dois asteroides mais tênues, Partenope e Melpómene, eram demasiado ruidosos para se poder tirar uma conclusão definitiva. Aparentemente, o instrumento FORCAST não é suficientemente sensível para detectar a característica espectral da água, caso esteja presente. No entanto, com estas descobertas, a equipe está recorrendo ao telescópio espacial James Webb da NASA, o principal telescópio espacial infravermelho, para utilizar a sua ótica precisa e superior relação sinal-ruído para investigar mais alvos.

Um artigo foi publicado no periódico The Planetary Science Journal. 

Fonte: Southwest Research Institute

O que veio primeiro: buracos negros ou galáxias?

Os buracos negros não só existiram no início dos tempos, como também deram origem a novas estrelas e impulsionaram a formação de galáxias, sugere uma nova análise de dados do telescópio espacial James Webb.

© JHU / R. Candanosa (campo magnético gerado por um buraco negro)

Esta descoberta vem alterar as teorias sobre a forma como os buracos negros moldam o cosmos, desafiando a ideia clássica de que se formaram após o aparecimento das primeiras estrelas e galáxias. Ao invés, os buracos negros podem ter acelerado drasticamente o nascimento de novas estrelas durante os primeiros 50 milhões de anos do Universo, um período fugaz dos seus 13,8 bilhões de anos de história.

As galáxias distantes do Universo primitivo, observadas através do telescópio espacial James Webb, parecem muito mais brilhantes do que os cientistas previram e revelam um número anormalmente elevado de estrelas jovens e buracos negros supermassivos. O conhecimento convencional sustenta que os buracos negros se formaram após o colapso de estrelas supermassivas e que as galáxias se formaram após as primeiras estrelas terem iluminado o escuro Universo primitivo. Mas a análise atual sugere que os buracos negros e as galáxias coexistiram e influenciaram o destino uns dos outros durante os primeiros 100 milhões de anos.  

Os pesquisadores argumentam que os fluxos dos buracos negros esmagaram nuvens de gás, transformando-as em estrelas e acelerando em muito o ritmo de formação estelar. Caso contrário, é muito difícil compreender de onde vieram estas galáxias brilhantes, porque são tipicamente menores no Universo primitivo. 

Por que razão estariam formando estrelas tão depressa? Os buracos negros são regiões no espaço onde a gravidade é tão forte que nada pode escapar à sua atração, nem mesmo a luz. Devido a esta força, geram campos magnéticos poderosos que provocam tempestades violentas, ejetando plasma turbulento e agindo como enormes aceleradores de partículas. Este processo é provavelmente a razão pela qual os detectores do telescópio Webb avistaram mais buracos negros e galáxias brilhantes do que os cientistas previam.

Não é possível ver estes ventos violentos ou jatos muito longínquos, mas devem estar presentes porque são observados muitos buracos negros no início do Universo. Estes ventos enormes provenientes dos buracos negros esmagam nuvens de gás próximas e transformam-nas em estrelas. Este é o elo que faltava para explicar porque é que estas primeiras galáxias são muito mais brilhantes do que era esperado. 

A equipe prevê que o Universo jovem teve duas fases. Durante a primeira fase, os fluxos altamente velozes dos buracos negros aceleraram a formação de estrelas, e depois, numa segunda fase, os fluxos abrandaram. Algumas centenas de milhões de anos após o Big Bang, as nuvens de gás entraram em colapso devido a tempestades magnéticas dos buracos negros supermassivos, e nasceram novas estrelas a um ritmo muito superior ao observado bilhões de anos mais tarde em galáxias normais. A criação de estrelas abrandou porque estes fluxos poderosos passaram para um estado de conservação de energia reduzindo o gás disponível para formar estrelas nas galáxias.

A equipe espera que as futuras observações do telescópio Webb, com contagens mais precisas de estrelas e buracos negros supermassivos no Universo primitivo, ajudem a confirmar os seus cálculos.

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal Letters. 

Fonte: Johns Hopkins University

O buraco negro da Via Láctea está pronto para bater o pênalti

Segundo um novo estudo que utiliza dados do observatório de raios X Chandra da NASA e do VLA (Karl G. Jansky Very Large Array), o buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea está girando tão depressa que está deformando o espaço-tempo à sua volta, dando-lhe uma forma que pode parecer uma bola de futebol americano.

© EHT (Sagittarius A)

Este buraco negro gigante é o Sagitário A* (Sgr A*), que se encontra a cerca de 26.000 anos-luz de distância da Terra, no centro da nossa Galáxia. 

Os buracos negros têm duas propriedades fundamentais: a sua massa e a sua rotação. A determinação de qualquer um destes dois valores diz muito sobre o comportamento de qualquer buraco negro. 

Pesquisadores aplicaram um novo método que utiliza dados de raios X e rádio para determinar a velocidade de rotação de Sgr A* com base na forma como o material flui em direção ao buraco negro e se afasta dele. Descobriram que Sgr A* está girando com uma velocidade angular que é cerca de 60% do valor máximo possível, um limite estabelecido pelo fato da matéria não poder viajar mais depressa do que a velocidade da luz.

No passado, astrônomos fizeram várias outras estimativas da velocidade de rotação de Sgr A* utilizando outras técnicas, com resultados que variaram entre não girar na totalidade e girar quase à velocidade máxima. 

Um buraco negro em rotação puxa o espaço-tempo e a matéria próxima à sua volta enquanto gira. O espaço-tempo ao redor do buraco negro em rotação é também esmagado. Olhando para um buraco negro de cima para baixo, ao longo de qualquer jato que produza, o espaço-tempo tem uma forma circular. No entanto, olhando para o buraco negro girando de lado, o espaço-tempo tem a forma de uma bola de futebol americano. Quanto mais rápida a rotação, mais achatada é a bola. 

A rotação de um buraco negro pode atuar como uma importante fonte de energia. Os buracos negros supermassivos em rotação podem produzir fluxos colimados, ou seja, feixes estreitos de matéria, como jatos, quando a sua energia rotacional é extraída, o que exige que exista pelo menos alguma matéria na vizinhança do buraco negro. Devido ao combustível limitado em torno de Sgr A*, este buraco negro tem estado relativamente calmo nos últimos milênios, com jatos relativamente fracos. No entanto, este trabalho mostra que isto pode mudar se a quantidade de matéria na vizinhança de Sgr A* aumentar. 

Isto significa que, no futuro, se as propriedades da matéria e a intensidade do campo magnético próximo do buraco negro se alterarem, parte da enorme energia rotacional do buraco negro poderá impulsionar fluxos mais fortes. Esta fonte de matéria pode vir do gás ou dos remanescentes de uma estrela despedaçada pela gravidade do buraco negro, caso esta estrela se aproxime demasiado de Sgr A*.

Os jatos alimentados e colimados pelo buraco negro central de uma galáxia podem afetar profundamente o fornecimento de gás a uma galáxia inteira, o que afeta a rapidez com que as estrelas se podem formar. 

As "bolhas de Fermi" observadas em raios X e raios gama em torno do buraco negro da Via Láctea mostram que Sgr A* esteve provavelmente ativo no passado. A medição da rotação do buraco negro é um teste importante deste cenário. Para determinar a rotação de Sgr A*, foi utilizado um método teórico empírico, referido como "método do fluxo", que detalha a relação entre a rotação do buraco negro e a sua massa, as propriedades da matéria perto do buraco negro e as propriedades do fluxo. O fluxo colimado produz as ondas de rádio, enquanto o disco de gás que rodeia o buraco negro é responsável pela emissão de raios X. Usando este método, os pesquisadores combinaram os dados do Chandra e do VLA com uma estimativa independente da massa do buraco negro, obtida por outros telescópios, para restringir a rotação de Sgr A*. 

Embora ele esteja calmo neste momento, no futuro, dará um chute incrivelmente poderoso na matéria circundante. Isto pode acontecer daqui a mil ou um milhão de anos, ou pode acontecer ainda durante a nossa vida.

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

Fonte: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics

Zoozve é uma quase lua de Vênus

O cientista pesquisador há quase 50 anos, Brian Skiff (Observatório Lowell), conhece bem a descoberta de novos pequenos corpos no Sistema Solar.

© A. Foster / L. Nasser (ZOOZVE)

Ele encontrou dezenas de asteroides e descobriu ou codescobriu mais de 40 cometas, dos quais cerca de uma dúzia levam seu nome. Então, quando ele encontrou outro asteroide em movimento rápido enquanto analisava imagens recentes no Lowell Observatory Near-Earth Object Search, numa noite de novembro de 2002, pareceu bastante rotineiro.

Este objeto estava girando cerca de quatro graus por dia, então era obviamente um objeto próximo, dado que os asteroides do cinturão principal andam cerca de um quarto de grau por dia. 

Como acontece com qualquer movimento rápido, Skiff interrompeu o plano regular de observação para voltar para observações de acompanhamento naquela noite, para que o objeto não se perdesse. Como sempre, ele relatou os dados ao Minor Planet Center. E então ele esqueceu tudo. 

Ele nem percebeu quando, um ano depois, dois outros astrônomos, Seppo Mikkola (Observatório de Tuerlo) e Paul Wiegert (Universidade de Ontário Ocidental), analisaram a órbita do objeto e descobriram que era o primeiro de seu tipo. O objeto, que recebeu a designação temporária 2002VE68, é uma quase-lua. Parece orbitar o planeta Vênus, mas na verdade não está gravitacionalmente ligado a ele, mas circunda tanto o planeta quanto o Sol em uma órbita complexa e, em última análise, instável. O 2002VE68 leva menos de 225 dias para orbitar o Sol, ou seja, seu “ano” é menor que o da Terra. Ele exibe comportamento ressonante com Mercúrio, Vênus e a Terra. Os cálculos mostram que ela deixará completamente a influência de Vênus dentro de cerca de 500 anos. 

© Dieva (animação de ZOOZVE em torno de Vênus)

Estas órbitas quase-lua foram previstas como uma possibilidade teórica em 1913, mas nenhuma delas havia sido vista antes. Esta descoberta representou toda uma nova classe de corpos menores no Sistema Solar. Desde então, pelo menos outros oito foram encontrados, um deles associado a Netuno e sete deles orbitando ao lado da Terra. A contagem da Terra inclui uma minilua, descoberta no ano passado, que parece ter a órbita quase-satélite mais estável até agora, com uma vida útil de cerca de 4.000 anos antes de se afastar da influência gravitacional da Terra. 

Skiff não tinha conhecimento de nenhum desse trabalho de acompanhamento até receber uma ligação no ano passado de Latif Nasser, co-apresentador do popular podcast científico Radiolab. Nasser estava tentando rastrear a origem de um nome estranho que vira em um pôster artístico do Sistema Solar pendurado na parede do quarto de seu filho de dois anos. O pôster parecia mostrar que Vênus tinha uma lua, cujo nome foi rotulado como 524522 ZOOZVE.

Nasser fez algumas ligações para astrônomos da NASA, que confirmaram sua suspeita de que não, Vênus não tem lua. Perplexo, ele continuou cavando para tentar descobrir de onde viera aquele objeto estranho com nome estranho. Ele finalmente localizou o criador do pôster, o artista Alex Foster, do Reino Unido, que também foi pego de surpresa pela pergunta. Eles finalmente descobriram o que havia acontecido: Foster encontrou o nome do asteroide, 2002VE, em uma lista de luas do Sistema Solar. Ao transferi-lo para seu pôster, ele interpretou mal sua própria caligrafia e, em vez disso, inseriu-a no pôster como ZOOZVE. Mistério resolvido. No dia 5 de fevereiro, a IAU (International Astronomical Union) incluiu o astro na sua lista mais recente de novos nomes de asteroides. 

Fonte: Sky & Telescope

Erupção extrema numa jovem estrela semelhante ao Sol

Os astrônomos detectaram uma erupção extrema de uma jovem estrela que se tornou mais de cem vezes mais brilhante em apenas algumas horas.

© CfA / M. Weiss (ilustração da erupção da estrela jovem HD 283572)

Esta descoberta fornece uma nova perspectiva sobre a forma como as estrelas jovens semelhantes ao Sol se comportam no início das suas vidas e o seu impacto no desenvolvimento de qualquer um dos seus planetas recém-nascidos.

Os pesquisadores do SAO (Smithsonian Astrophysical Observatory), que faz parte do Centro para Astrofísica Harvard & Smithsonian (CfA), evidenciaram esta descoberta utilizando observações de HD 283572 pelo SMA (Submillimeter Array), uma estrela 40% mais massiva do que o Sol, localizada a cerca de 400 anos-luz de distância. O SMA é um conjunto de radiotelescópios em Mauna Kea, no Havaí, concebido especificamente para detectar luz nos comprimentos de ondas milimétricos. Com menos de 3 milhões de anos, HD 283572 é mais de mil vezes mais jovem do que o Sol, estando na idade em que os planetas semelhantes à Terra se começam a formar à volta das estrelas. 

Os astrônomos estavam usando o SMA para procurar o material poeirento produzido na formação de planetas jovens, material este que tem um brilho fraco, mas detectável nos comprimentos de onda milimétricos, ou rádio. No entanto, encontraram algo completamente diferente. Ocorreu uma erupção extraordinariamente brilhante de uma estrela jovem e incomum. As erupções são raras nestes comprimentos de onda e não era esperado ser visto nada para além do brilho tênue da poeira formadora de planetas.

As erupções estelares podem aumentar o brilho de uma estrela dezenas ou centenas de vezes em diferentes comprimentos de onda. À medida que as estrelas giram, os seus campos magnéticos podem enrolar-se e desenvolver regiões de maior energia magnética. Tal como uma mola demasiado apertada, esta energia magnética armazenada tem de ser eventualmente liberada. No caso das estrelas, isto produz acelerações intensas das suas partículas carregadas, que atravessam as superfícies. 

Um desafio para a observação de tais erupções é o fato de nunca se saber exatamente quando é que uma estrela poderá desencadear uma erupção, e a sua observação pode ser particularmente difícil em comprimentos de onda milimétricos. 

A equipe mediu a energia da erupção de HD 283572 e descobriu que, ao longo de um período de 9 horas, liberou cerca de um milhão de vezes mais energia do que qualquer erupção milimétrica observada nas vizinhas estelares mais próximas do Sol. Esta é uma das mais poderosas erupções de que há registo. Este foi um evento gigantesco, equivalente a gastar todo o arsenal nuclear da Terra em cerca de um milissegundo, repetidamente, durante quase meio dia!

Interações com estrelas companheiras ou planetas invisíveis, ou atividade periódica de manchas estelares são alguns mecanismos possíveis, mas o que permanece sem dúvida é o quão poderoso foi este evento. Quaisquer potenciais planetas em desenvolvimento neste sistema teriam sido fustigados pelo imenso poder desta erupção. A idade jovem da estrela e a sua natureza semelhante à do Sol fornecem pistas importantes sobre os ambientes típicos que planetas jovens e em desenvolvimento, como a Terra, podem encontrar.

Poderosas erupções podem limitar o crescimento das atmosferas planetárias ou danificar gravemente as atmosferas já desenvolvidas. Estão em curso observações adicionais para compreender a frequência com que HD 283572 tem este gênero de atividade e se as erupções em torno deste tipo de estrelas jovens inibem o crescimento das atmosferas planetárias.

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal Letters. 

Fonte: Harvard–Smithsonian Center for Astrophysics

As galáxias com antenas em formato de coração

Essas duas galáxias estão realmente atraídas uma pela outra?

© Kent E. Biggs (Galáxias Antenas)

Sim, gravitacionalmente, e o resultado aparece como um enorme coração icônico; pelo menos por enquanto. 

Na imagem está o par de galáxias catalogadas como NGC 4038 e NGC 4039, conhecidas como Galáxias Antenas. Por estarem a apenas 60 milhões de anos-luz de distância, próximos pelos padrões intergalácticos, o par é uma das galáxias em interação mais bem estudadas no céu noturno. 

A sua forte atração começou há cerca de um bilhão de anos, quando passaram anormalmente próximas uma do outra. À medida que as duas galáxias interagem, as suas estrelas raramente colidem, mas novas estrelas são formadas quando os seus gases interestelares colidem.

Algumas novas estrelas já se formaram, por exemplo, nas longas antenas que se estendem pelas laterais da dupla oscilante. Quando a fusão das galáxias estiver completa, provavelmente daqui a um bilhão de anos, bilhões de novas estrelas poderão ter-se formado.

Fonte: NASA

"Pesando" um buraco negro no Universo primordial

Com o atualizado instrumento GRAVITY do VLTI (Very Large Telescope Interferometer) do ESO, uma equipe de astrônomos liderada pelo Instituto Max Planck de Física Extraterrestre determinou a massa de um buraco negro numa galáxia apenas 2 bilhões de anos após o Big Bang.

© Cosmonovas (ilustração de um buraco negro)

Com 300 milhões de massas solares, o buraco negro é pouco massivo em comparação com a massa da sua galáxia hospedeira. 

No Universo mais local, os astrônomos observaram relações íntimas entre as propriedades das galáxias e a massa dos buracos negros supermassivos que residem nos seus centros, sugerindo que as galáxias e os buracos negros coevoluem. Um teste crucial seria sondar esta relação nos primeiros tempos do cosmos, mas para estas galáxias longínquas os tradicionais métodos diretos de medição da massa do buraco negro são impossíveis ou extremamente difíceis. 

Apesar destas galáxias brilharem frequentemente com muita intensidade, denominadas quasares quando descobertas na década de 1950, estão tão distantes que não podem ser detectadas pela maioria dos telescópios.

Em 2018, foram efetuadas as primeiras medições inovadoras da massa de um buraco negro de um quasar com o GRAVITY. No entanto, este quasar estava muito próximo. Agora, foi atingido um desvio para o vermelho de 2,3, o que corresponde a observar 11 bilhões de anos para trás no tempo. O GRAVITY+ abre agora um caminho novo e preciso para estudar o crescimento dos buracos negros nesta época crítica, frequentemente designada por "meio-dia cósmico", quando tanto os buracos negros como as galáxias estavam crescendo rapidamente. 

Atulamente é possível obter imagens de buracos negros no Universo inicial, 40 vezes mais nítidas do que é obtido com o telescópio espacial James Webb. O GRAVITY combina interferometricamente os quatro telescópios de 8 metros do VLT do ESO, criando essencialmente um telescópio virtual gigante com um diâmetro de 130 metros. 

A equipa foi capaz de resolver espacialmente o movimento das nuvens de gás em torno do buraco negro central da galáxia SDSS J092034.17+065718.0, à medida que giram num disco espesso. Isto permite uma medição direta da massa do buraco negro. Com 320 milhões de massas solares, a massa do buraco negro é inferior à da galáxia que o acolhe, que tem uma massa de cerca de 600 bilhões de massas solares. Este fato sugere que a galáxia hospedeira cresceu mais depressa do que o buraco negro supermassivo, indicando, em alguns sistemas, um atraso entre o crescimento da galáxia e o do buraco negro.

O cenário provável para a evolução desta galáxia parece ser uma forte atividade de supernova, no qual estas explosões estelares expulsam o gás das regiões centrais antes que este possa atingir o buraco negro no centro galáctico. O buraco negro só pode começar a crescer rapidamente e a acompanhar o crescimento global da galáxia quando a galáxia se tiver tornado suficientemente massiva para reter um reservatório de gás nas suas regiões centrais, mesmo contra a atividade de supernova.

Para determinar se este cenário é também o modo dominante da coevolução de outras galáxias e dos seus buracos negros centrais, a equipe vai fazer um acompanhamento com mais medições altamente precisas da massa de buracos negros no Universo primitivo.

Um artigo foi publicado na revista Nature. 

Fonte: Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics

Uma imagem de raios X de metade do Universo

A astronomia de raios X tem uma história movimentada de 60 anos de exploração dos extremos do Universo: desde estrelas em explosão até núcleos galácticos ativos, que, com os seus buracos negros supermassivos, são indiscutivelmente as fontes de energia mais eficientes do cosmo.

© MPE (Catálogo eRosita All-Sky Survey)

A seção do céu do Catálogo eRosita All-Sky Survey (eRASS1) em duas representações diferentes. A imagem da esquerda mostra a emissão estendida de raios X, enquanto a imagem da direita mostra fontes pontuais de raios X.

Embora a maioria dos telescópios de raios X tenham sido construídos para observar estes fenômenos mais de perto, o eROSITA tem uma visão mais ampla. O eROSITA está a bordo do satélite Spektrum-RG. Estas incluem as maiores estruturas do Universo, filamentos de gás quente que ligam poderosos aglomerados de galáxias e podem conter as respostas às maiores questões: como é que o Universo evoluiu e porque está se expandindo? 

As observações do primeiro Catálogo eRosita All-Sky Survey (eRASS1) com o telescópio eROSITA foram realizadas de 12 de dezembro de 2019 a 11 de junho de 2020, onde os dados cobrem metade de todo o céu. Na faixa de energia mais sensível dos detectores eROSITA (0,2-2 keV), o telescópio detectou 170 milhões de fótons de raios X, um número recorde. Na astronomia de raios X, é possível medir partículas individuais de luz (fótons) com suas respectivas energias no espectro de raios X e seu tempo de chegada no detector. 

O catálogo foi então construído, após cuidadoso processamento e calibração, detectando concentrações de fótons no céu contra um fundo difuso, brilhante e em grande escala. Depois do eRASS1, o eRosita continuou a varrer o céu e acumulou vários levantamentos adicionais de todo o céu. Estes dados também serão divulgados ao mundo nos próximos anos.  As 900.000 fontes incluem cerca de 710.000 buracos negros supermassivos em galáxias distantes (núcleos galácticos ativos), 180.000 estrelas emissoras de raios X na Via Láctea, 12.000 aglomerados de galáxias, além de um pequeno número de outras classes exóticas de fontes de emissão de raios X, tais como: estrelas binárias, remanescentes de supernovas, pulsares e outros objetos. Com o eROSITA durante 6 meses foram detectadas mais fontes do que as grandes missões emblemáticas XMM-Newton e Chandra fizeram em quase 25 anos de operação.

Juntamente com os dados, o consórcio está publicando uma série de artigos científicos sobre novas descobertas que vão desde estudos de habitabilidade planetária até à descoberta das maiores estruturas cósmicas. Nos primeiros seis meses de observação, a eROSITA já descobriu mais fontes de raios X do que se conhecia nos 60 anos de história da astronomia de raios X. Os dados estão disponíveis para a comunidade científica global. 

A maioria dos novos artigos aparecem recentemente com descobertas selecionadas, incluindo: mais de 1.000 superaglomerados de galáxias, o filamento gigante de gás quente e puro que se estende entre dois aglomerados de galáxias e dois novos buracos negros com “erupção quase periódica”. Estudos adicionais sobre como a irradiação de raios X de uma estrela pode afetar a atmosfera e a retenção de água dos planetas em órbita, e análises estatísticas de buracos negros supermassivos tremeluzentes. 

Este primeiro lançamento de dados torna público não apenas o catálogo de fontes, mas também imagens do céu de raios X em múltiplas energias de raios X e até mesmo listas de fótons individuais com suas posições no céu, energias e tempos de chegada precisos. O software necessário para analisar os dados do eROSITA também está incluído no lançamento. Para muitas classes de fontes, dados suplementares de outras bandas de ondas também foram incorporados nos chamados catálogos de “valor agregado” que vão além da pura informação de raios X. 

Os resultados da cosmologia, baseados numa análise aprofundada dos aglomerados de galáxias, serão divulgados em aproximadamente duas semanas. Esta iniciativa propiciará a expansão das fronteiras da astronomia de raios X.

Fonte: Max-Planck Institute for Extraterrestrial Physics

Encontrado vapor de água na atmosfera de um exoplaneta pequeno

Recorrendo ao telescópio espacial Hubble, os astrônomos observaram o menor exoplaneta onde foi detectado vapor de água na atmosfera.

© STScI (ilustração do exoplaneta GJ 9827d)

Com apenas cerca de duas vezes o diâmetro da Terra, o GJ 9827d pode ser um exemplo de potenciais planetas com atmosferas ricas em água em outros locais da nossa Galáxia.  O exoplaneta GJ 9827d foi descoberto pelo telescópio espacial Kepler da NASA em 2017. Completa uma órbita em torno de uma estrela anã vermelha a cada 6,2 dias. A estrela, GJ 9827, situa-se a 97 anos-luz da Terra, na direção da constelação de Peixes.

No entanto, ainda é muito cedo para dizer se o Hubble mediu espectroscopicamente uma pequena quantidade de vapor de água numa atmosfera "inchada" rica em hidrogênio, ou se a atmosfera do planeta é majoritariamente feita de água, deixada para trás depois de uma atmosfera primitiva de hidrogênio e hélio se ter evaporado sob a radiação estelar.

A certa altura, à medida que planetas menores são estudados, deve haver uma transição em que deixa de haver hidrogênio nestes pequenos mundos e passam a ter atmosferas mais parecidas com a de Vênus, que é dominada pelo dióxido de carbono. Dado que o planeta é tão quente como Vênus, com cerca de 400º C, seria definitivamente um mundo inóspito e vaporoso se a atmosfera fosse predominantemente de vapor de água. 

Atualmente, a equipe tem dois cenários. Um deles é que o planeta ainda está agarrado a uma atmosfera rica em hidrogênio e com água, o que faz dele um mini-Netuno. Em alternativa, poderá ser uma versão mais quente da lua de Júpiter, Europa, que tem duas vezes mais água do que a Terra sob a sua crosta. 

O planeta GJ 9827d pode ser metade água, metade rocha. E haveria muito vapor de água em cima de um corpo rochoso mais pequeno. Se o planeta tiver uma atmosfera residual rica em água, então deve ter sido formado mais longe da sua estrela hospedeira, onde a temperatura é fria e há água disponível sob a forma de gelo, do que na sua localização atual. Neste cenário, o planeta teria então migrado para mais perto da estrela e recebido mais radiação. O hidrogênio foi aquecido e escapou, ou está ainda escapando, da fraca gravidade do planeta.

A teoria alternativa é que o planeta se formou perto da estrela quente, com traços de água na sua atmosfera. Com o telescópio espacial Hubble foi observado o planeta durante 11 trânsitos - eventos no qual o planeta passa em frente da sua estrela - que foram espaçados ao longo de três anos. Durante os trânsitos, a luz da estrela é filtrada através da atmosfera do planeta e tem a impressão digital espectral das moléculas de água. 

Esta descoberta do Hubble abre a porta ao futuro estudo deste tipo de planetas pelo telescópio espacial James Webb da NASA. Ele pode ver muito mais com observações adicionais no infravermelho, incluindo moléculas de carbono como o monóxido de carbono, o dióxido de carbono e o metano. Quando tivermos um inventário total dos elementos de um planeta, podemos compará-los com a estrela que orbita e compreender como se formou.

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal Letters. 

Fonte: Space Telescope Science Institute

Desvendando os mistérios da formação e evolução planetária

Um sistema solar recentemente descoberto, com seis exoplanetas confirmados e um possível sétimo, está melhorando o conhecimento sobre a formação e evolução planetária.

© UCI (ilustração da estrela anã TOI-1136)

Utilizando um arsenal de observatórios e instrumentos espalhados pelo mundo, uma equipe liderada por pesquisadores da Universidade da Califórnia em Irvine (UCI), compilou as medições mais precisas até à data das massas, propriedades orbitais e características atmosféricas dos exoplanetas.

Os resultados foram obtidos pelo TKS (TESS-Keck Survey), fornecendo uma descrição completa dos exoplanetas que orbitam TOI-1136, uma estrela anã a mais de 270 anos-luz da Terra. O estudo é um seguimento da observação inicial da estrela e dos exoplanetas feita pela equipe em 2019, utilizando dados do TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) da NASA. Este projeto forneceu a primeira estimativa das massas dos exoplanetas através do registo das variações do tempo de trânsito (VTT), uma medida da atração gravitacional que os planetas em órbita exercem uns sobre os outros. 

Para o estudo mais recente, os astrônomos juntaram os dados do VTT a uma análise da velocidade radial da estrela. Utilizando o telescópio APF (Automated Planet Finder) do Observatório Lick, no Monte Hamilton, no estado norte-americano da Califórnia, e o instrumento HIRES (High-Resolution Echelle Spectrometer) do Observatório W.M. Keck, no Mauna Kea, Havaí, conseguiram detectar ligeiras variações no movimento estelar através do desvio para o vermelho e para o azul do efeito Doppler, possibilitando determinar leituras da massa planetária com uma precisão sem precedentes.

Para obter informação tão exata sobre os planetas deste sistema, a equipe construiu modelos computacionais usando centenas de medições de velocidade radial sobrepostas a dados do  VTT. 

Quando se compara planetas em sistemas solares diferentes, há muitas variáveis que podem diferir com base nas propriedades distintas das estrelas e nas suas localizações em partes diferentes da Galáxia. A observação de exoplanetas no mesmo sistema permite o estudo de planetas que passaram por uma história semelhante. 

Pelos padrões estelares, a estrela TOI-1136 é jovem, com apenas 700 milhões de anos, outra característica que tem atraído caçadores de exoplanetas. O magnetismo, as manchas estelares e as erupções são mais prevalentes e intensas durante esta fase do desenvolvimento de uma estrela, e a radiação resultante impacta e molda os planetas, afetando as suas atmosferas. 

Os exoplanetas confirmados de TOI-1136, TOI-1136 b a TOI-1136 g, estão classificados como "sub-Netunos". O exoplaneta menor tem mais do dobro do raio da Terra, e os outros têm até quatro vezes o raio da Terra, comparáveis aos tamanhos de Urano e Netuno. Segundo o estudo, todos estes planetas orbitam TOI-1136 em menos do que os 88 dias que Mercúrio leva a dar a volta ao nosso Sol.

Outra componente estranha deste sistema solar é a possível presença, ainda não confirmada, de um sétimo planeta. Os pesquisadores detectaram alguns indícios de outra força ressonante no sistema. Quando os planetas estão orbitando perto uns dos outros, podem atrair-se gravitacionalmente uns aos outros.

Os períodos orbitais destes planetas são espaçados de forma semelhante. Quando os exoplanetas estão em ressonância, os puxões são sempre na mesma direção. Isto pode ter um efeito desestabilizador ou, em casos especiais, pode servir para tornar as órbitas mais estáveis. 

Será que vamos encontrar um mundo de rocha fundida, um mundo de água ou um mundo de gelo, todos no mesmo sistema solar? 

Um artigo foi publicado no periódico The Astronomical Journal. 

Fonte: University of California