1092: Um exoplaneta de gás com o dobro da densidade da Terra acabou de ser descoberto

CIÊNCIA // ASTRONOMIA // EXOPLANETAS // ASTROFÍSICA

Os planetas gigantes podem formar-se de duas formas possíveis, com ambas a ocorrem dentro de um disco protoplanetário de gás e do pó distribuído em torno de uma jovem estrela central.

ESO / L. Calçada

O tamanho de um planeta recentemente descoberto deixou os cientistas chocados. E a sua composição ainda mais. Depois de procederem a algumas medições, do tamanho de Júpiter muito jovem chamado HD-114082b, os cientistas descobriram que as suas propriedades não correspondem a nenhum dos dois modelos populares de formação de um planeta gigante a gás. Em termos simples, é demasiado pesado para a sua idade, escreve o Science Alert.

“Comparado com os modelos actualmente aceites, o HD-114082b é cerca de duas a três vezes mais denso para um jovem gigante a gás com apenas 15 milhões de anos de idade”, explica a astrofísica Olga Zakhozhay do Instituto Max Planck de Astronomia na Alemanha.

Orbitando uma estrela chamada HD-114082 a cerca de 300 anos-luz de distância, o exoplaneta tem sido objecto de uma intensa campanha de recolha de dados.

Com apenas 15 milhões de anos, o HD-114082b é um dos exoplanetas mais jovens alguma vez encontrados. Além disso, a compreensão das suas propriedades pode dar pistas sobre como os planetas se formam.

Segundo a mesma fonte, são necessários dois tipos de dados para uma caracterização abrangente de um planeta, isto a partir do efeito que ele tem sobre a sua estrela hospedeira.

Os dados de trânsito são um registo da forma como a luz de uma estrela escurece quando um exoplaneta em órbita passa à sua frente. Se soubermos quão brilhante é a estrela, essa fraca luminosidade pode revelar o tamanho do exoplaneta.

Os dados de velocidade radial, por outro lado, são um registo de quanto uma estrela vacila no lugar em resposta ao puxão gravitacional do exoplaneta. Se conhecermos a massa da estrela, então a amplitude da sua oscilação pode dar-nos a massa do planeta.

Durante quase quatro anos, os investigadores fizeram e registaram observações de velocidade radial do HD-114082. Utilizando os dados combinados de trânsito e velocidade radial, os investigadores determinaram que o HD-114082b tem o mesmo raio que Júpiter — mas é 8 vezes a massa de Júpiter.

Isto significa que o exoplaneta é aproximadamente o dobro da densidade da Terra, e quase 10 vezes a densidade de Júpiter.

O tamanho e massa deste jovem exoplaneta significa que é altamente improvável que seja um planeta rochoso super grande. De facto, o limite superior para estes é de cerca de 3 raios terrestres e 25 massas terrestres.

Há também uma gama de densidade muito pequena nos exoplanetas rochosos. Acima deste alcance, o corpo torna-se mais denso, e a gravidade do planeta começa a reter uma atmosfera significativa de hidrogénio e hélio.

O HD-114082b apresenta um grande excesso desses parâmetros, o que significa que é um gigante do gás. Mas os astrónomos simplesmente não sabem como é que ele ficou assim.

“Pensamos que os planetas gigantes podem formar-se de duas formas possíveis“, diz o astrónomo Ralf Launhardt do MPIA. “Ambos ocorrem dentro de um disco protoplanetário de gás e pó distribuído em torno de uma jovem estrela central”.

As duas formas são referidas como um ‘arranque a frio‘ ou um ‘arranque a quente‘. Num arranque a frio, pensa-se que o exoplaneta se forma, pedaço por pedaço, a partir de detritos no disco que orbita a estrela.

As propriedades do HD-114082b não se encaixam no modelo de arranque a quente, dizem os investigadores; o seu tamanho e massa são mais consistentes com o acreção do núcleo. Mas mesmo assim, continua a ser demasiado maciço para o seu tamanho. Ou tem um núcleo invulgarmente contundente, ou algo mais está a acontecer.

“É demasiado cedo para abandonar a possibilidade de um começo quente”, diz Launhardt. “Tudo o que podemos dizer é que ainda não compreendemos muito bem a formação de planetas gigantes”.

O exoplaneta é um dos três conhecidos que têm menos de 30 milhões de anos, para o qual os astrónomos obtiveram medições de raio e massa. Até agora, todos os três parecem inconsistentes com o modelo de instabilidade do disco. Obviamente, três é uma amostra muito pequena, mas três em três sugere que talvez o acreção do núcleo possa ser o mais comum dos dois.

“Embora sejam necessários mais planetas deste tipo para confirmar esta tendência, acreditamos que os teóricos devem começar a reavaliar os seus cálculos”, diz Zakhozhay.

“É entusiasmante a forma como os nossos resultados de observação se alimentam da teoria da formação de planetas”. Eles ajudam a melhorar o nosso conhecimento sobre como estes planetas gigantes crescem e dizem-nos onde residem as falhas da nossa compreensão”.

ZAP //
6 Dezembro, 2022



 

1062: Astrofísicos à caça do segundo buraco negro super-massivo mais próximo

CIÊNCIA // ASTROFÍSICA // BURACOS NEGROS

A ultra-fraca galáxia companheira da Via Láctea, Leo I, aparece como uma pequena mancha difusa para a direita da estrela brilhante, Régulo.
Crédito: Scott Anttila Anttler

Dois astrofísicos do Centro para Astrofísica | Harvard & Smithsonian sugeriram uma forma de observar o que poderá ser o segundo buraco negro super-massivo mais próximo da Terra: um gigante com 3 milhões de vezes a massa do Sol, hospedado na galáxia anã Leo I.

O buraco negro super-massivo, chamado Leo I*, foi proposto pela primeira vez por uma equipa independente de astrónomos no final de 2021. A equipa notou estrelas a ganhar velocidade ao aproximarem-se do centro da galáxia – evidências de um buraco negro – mas não foi possível a observação directa da emissão do buraco negro.

Agora, os astrofísicos Fabio Pacucci e Avi Loeb sugerem uma nova forma de verificar a existência do buraco negro super-massivo: o seu trabalho encontra-se descrito num estudo publicado na revista The Astrophysical Journal Letters.

“Os buracos negros são objectos muito elusivos e por vezes gostam de brincar às escondidas connosco”, diz Fabio Pacucci, autor principal do artigo científico.

“Os raios de luz não podem escapar aos seus horizontes de eventos, mas o ambiente à sua volta pode ser extremamente brilhante – caso material suficiente caia no seu poço gravitacional.

Mas se um buraco negro não estiver a acretar massa, pelo contrário, não emite luz e torna-se impossível de encontrar com os nossos telescópios”.

Este é o desafio com Leo I – uma galáxia anã tão desprovida de gás disponível para acretar que é muitas vezes descrita como um “fóssil”. Então, será que devemos renunciar qualquer esperança de o observar? Talvez não, dizem os astrónomos.

“No nosso estudo, sugerimos que uma pequena quantidade de massa perdida por estrelas a vaguear em torno do buraco negro pode fornecer o ritmo de acreção necessária para o observar”, explica Pacucci. “As estrelas antigas tornam-se muito grandes e avermelhadas – chamamos-lhes estrelas gigantes vermelhas.

As estrelas gigantes vermelhas têm tipicamente ventos fortes que transportam uma fracção da sua massa para o ambiente. O espaço à volta de Leo I* parece conter o suficiente destas estrelas antigas para o tornar observável”.

“A observação de Leo I* pode ser revolucionária”, diz Avi Loeb, o co-autor do estudo. “Seria o segundo buraco negro super-massivo mais próximo, depois daquele que se encontra no centro da nossa Galáxia, com uma massa muito semelhante, mas situado numa galáxia que é mil vezes menos massiva do que a Via Láctea.

Este facto desafia tudo o que sabemos sobre a forma como as galáxias e os seus buracos negros super-massivos centrais co-evoluem. Como é que um ‘bebé tão grande’ acabou por nascer de uma ‘mãe tão magra’?”

Décadas de estudos mostram que a maioria das galáxias massivas albergam um buraco negro super-massivo no seu centro, e a massa do buraco negro é um-décimo de um por cento da massa total do esferóide de estrelas que o rodeiam.

“No caso de Leo I”, continua Loeb, “esperaríamos um buraco negro muito mais pequeno. Em vez disso, Leo I parece conter um buraco negro com alguns milhões de vezes a massa do Sol, semelhante ao que é hospedado pela Via Láctea. Isto é excitante porque a ciência geralmente avança mais quando o inesperado acontece”.

Então, quando podemos esperar uma imagem do buraco negro?

“Ainda não estamos lá”, diz Pacucci.

A equipa obteve tempo de telescópio no Observatório de raios-X Chandra e no radiotelescópio VLA (Very Large Array), no estado norte-americano do Novo México, e está actualmente a analisar os novos dados.

Pacucci diz: “Leo I* está a jogar às escondidas, mas emite demasiada radiação para permanecer não detectado durante muito mais tempo”.

Astronomia On-line
2 de Dezembro de 2022



 

895: Determinada a forma do halo estelar da Via Láctea

CIÊNCIA/ASTRONOMIA/ASTROFÍSICA/VIA LÁCTEA

Impressão de artista do halo estelar inclinado e alongado da Via Láctea.
Crédito: Melissa Weiss/Centro para Astrofísica | Harvard & Smithsonian

Um novo estudo revelou a verdadeira forma da nuvem difusa de estrelas que rodeia o disco da nossa Galáxia. Durante décadas, os astrónomos pensaram que esta nuvem de estrelas – chamada halo estelar – era largamente esférica, como uma bola de praia.

Agora, um novo modelo baseado em observações modernas mostra que o halo estelar é oblongo e inclinado, muito semelhante a uma bola de râguebi.

As descobertas – publicadas este mês na revista The Astronomical Journal – fornecem uma visão sobre uma série de áreas temáticas astrofísicas. Os resultados, por exemplo, lançam luz sobre a história da nossa Galáxia e a evolução galáctica, ao mesmo tempo que fornecem pistas na contínua caça à substância misteriosa conhecida como matéria escura.

“A forma do halo estelar é um parâmetro muito fundamental que acabámos de medir com maior precisão do que era possível antes”, diz o autor principal do estudo Jiwon “Jesse” Han, estudante de doutoramento no Centro para Astrofísica | Harvard & Smithsonian. “Há muitas implicações importantes do halo estelar não ser esférico, mas sim com a forma de uma bola de râguebi ou de um zepelim – é só escolher!”

“Durante décadas, a suposição geral tem sido a de que o halo estelar é mais ou menos esférico e isotrópico, ou o mesmo em todas as direcções”, acrescenta o co-autor do estudo Charlie Conroy, orientador de Han e professor de astronomia na Universidade de Harvard e no Centro para Astrofísica. “Sabemos agora que a imagem dos nossos livros, da nossa Galáxia inserida num volume esférico de estrelas, tem de ser rejeitada”.

O halo estelar da Via Láctea é a porção visível do que é mais amplamente chamado halo galáctico. Este halo galáctico é dominado por matéria escura invisível, cuja presença só é mensurável graças à gravidade que exerce. Cada galáxia tem o seu próprio halo de matéria escura. Estes halos servem como uma espécie de andaime sobre o qual pende a matéria comum e visível.

Por sua vez, essa matéria visível forma estrelas e outras estruturas galácticas. Para melhor compreender como as galáxias se formam e interagem, bem como a natureza subjacente da matéria escura, os halos estelares são alvos astrofísicos valiosos.

“O halo estelar é um rastreador dinâmico do halo galáctico”, diz Han. “A fim de aprender mais sobre os halos galácticos em geral, e especialmente sobre o halo galáctico e a história da nossa própria Galáxia, o halo estelar é um óptimo lugar para começar”.

No entanto, a forma do halo estelar da Via Láctea há muito que desafia os astrónomos, pela simples razão de que estamos embutidos nela. O halo estelar estende-se por várias centenas de milhares de anos-luz acima e abaixo do plano repleto de estrelas da nossa Galáxia, onde o nosso Sistema Solar reside.

“Ao contrário das outras galáxias, onde apenas olhamos para elas e medimos os seus halos”, diz Han, “falta-nos o mesmo tipo de perspectiva aérea, exterior ao halo da nossa própria Galáxia”.

Complicando ainda mais as coisas, o halo estelar provou ser bastante difuso, contendo apenas cerca de um por cento da massa de todas as estrelas da Galáxia.

No entanto, com o tempo, os astrónomos conseguiram identificar muitos milhares de estrelas que povoam este halo, que se distinguem de outras estrelas da Via Láctea devido à sua composição química distinta (medida através de estudos da sua luz estelar), bem como pelas suas distâncias e movimentos através do céu. Através de tais estudos, os astrónomos aperceberam-se que as estrelas do halo não estão uniformemente distribuídas.

Desde então, o objectivo tem sido estudar os padrões de densidade excessiva das estrelas – aparecendo espacialmente como cachos e correntes – para classificar as origens finais do halo estelar.

O novo estudo dos investigadores e colegas do Centro para Astrofísica | Harvard & Smithsonian aproveita dois grandes conjuntos de dados recolhidos nos últimos anos, levantamentos estes que sondaram o halo estelar como nunca antes.

O primeiro conjunto é o do Gaia, uma nave espacial revolucionária lançada pela Agência Espacial Europeia em 2013. O Gaia tem vindo a compilar as medições mais precisas das posições, movimentos e distâncias de milhares de milhões de estrelas na Via Láctea, incluindo algumas estrelas próximas do halo estelar.

O segundo conjunto de dados é do H3 (Hectochelle in the Halo at High Resolution), um levantamento terrestre realizado com o MMT (Multiple Mirror Telescope), localizado no Observatório Fred Lawrence Whipple no estado norte-americano do Arizona, uma colaboração entre o Centro para Astrofísica e a Universidade do Arizona.

O H3 reuniu observações detalhadas de dezenas de milhares de estrelas do halo estelar, demasiado distantes para o Gaia avaliar.

A combinação destes dados num modelo flexível que permitiu que a forma do halo estelar surgisse de todas as observações produziu o halo decididamente não esférico – e a forma de bola de râguebi encaixa bem com outras descobertas até à data. A forma, por exemplo, concorda de forma independente e fortemente com uma teoria de ponta relativa à formação do halo estelar da Via Láctea.

De acordo com este quadro, o halo estelar formou-se quando uma galáxia anã solitária colidiu há 7-10 mil milhões de anos com a nossa muito maior Galáxia.

A galáxia anã é divertidamente conhecida como Gaia-Salsicha-Encélado (GSE), onde “Gaia” se refere à já mencionada nave espacial, “Salsicha” ao padrão que aparece ao traçar os dados do Gaia e “Encélado” é o gigante mitológico grego que foi enterrado debaixo de uma montanha – mais ou menos como a GSE foi enterrada na Via Láctea.

Como consequência deste evento de colisão galáctica, a galáxia anã foi dilacerada e as suas estrelas constituintes espalhadas num halo disperso. Tal história de origem explica a disparidade entre as estrelas do halo estelar e as estrelas nascidas e criadas na Via Láctea.

Os resultados do estudo detalham adicionalmente como a GSE e a Via Láctea interagiram há todos esses éones atrás. A forma de bola de râguebi – tecnicamente chamada elipsoide triaxial – reflecte as observações de dois amontoados de estrelas no halo estelar. Os amontoados formaram-se ostensivamente quando a GSE passou por duas órbitas da Via Láctea.

Durante estas órbitas, a GSE teria abrandado duas vezes no chamado apocentro, o ponto mais afastado da órbita da galáxia anã em torno do maior atractor gravitacional, a grande Via Láctea; estas “pausas” levaram à libertação adicional de estrelas por parte da GSE. Entretanto, a inclinação do halo estelar indica que a GSE se encontrou com a Via Láctea num ângulo incidente e não de frente.

“A inclinação e distribuição de estrelas no halo estelar fornecem uma confirmação dramática de que a nossa Galáxia colidiu com outra galáxia mais pequena há 7-10 mil milhões de anos”, diz Conroy.

Notavelmente, já passou tanto tempo desde a colisão da GSE com a Via Láctea que se esperava que as estrelas do halo estelar se instalassem dinamicamente na clássica forma esférica, há muito assumida.

A equipa diz que o facto de não o terem feito provavelmente tem a ver com o halo galáctico mais amplo. Esta estrutura dominada pela matéria escura está, ela própria, provavelmente inclinada e, através da sua gravidade, está igualmente a manter o halo estelar inclinado.

“O halo estelar inclinado sugere fortemente que o halo de matéria escura também está inclinado”, diz Conroy. “Uma inclinação no halo de matéria escura pode ter ramificações significativas para a nossa capacidade de detectar partículas de matéria escura em laboratórios cá na Terra”.

Este último ponto de Conroy alude às múltiplas experiências de detetores de matéria escura agora em curso e planeadas. Estes detectores podem aumentar as suas hipóteses de capturar uma interacção elusiva com a matéria escura se os astrofísicos puderem julgar onde a substância está mais fortemente concentrada, galacticamente falando.

À medida que a Terra se move pela Via Láctea, vai encontrar periodicamente estas mais densas e velozes regiões de partículas de matéria escura, aumentando as probabilidades de detecção.

A descoberta da configuração mais plausível do halo estelar é o que faz avançar muitas investigações astrofísicas enquanto se preenchem os detalhes básicos sobre o nosso lugar no Universo.

“Estas são perguntas tão intuitivamente interessantes de fazer sobre a nossa Galáxia: ‘Qual é o aspecto da nossa Galáxia?’ e ‘Qual é o aspecto do halo estelar?’,” diz Han. “Com esta linha de investigação e estudo em particular, estamos finalmente a responder a essas perguntas”.

Astronomia On-line
25 de Novembro de 2022



 

Os misteriosos filamentos da Via Láctea têm “primos mais velhos e distantes”

CIÊNCIA/ASTRONOMIA/VIA LÁCTEA/FÍSICA/ASTROFÍSICA

Os filamentos magnéticos em grande escala “derramam” para baixo a partir do jacto de um buraco negro, localizado numa galáxia membro de um distante enxame.
Crédito: Rudnick e colaboradores, 2022

O astrofísico Farhad Zadeh, da Universidade Northwestern, tem tido um grande interesse e fascínio por uma família de filamentos magnéticos em grande escala e altamente organizados, situados no centro da Via Láctea, desde que os descobriu no início da década de 1980.

Agora, quarenta anos depois, Zadeh permanece igualmente fascinado – mas talvez um pouco menos intrigado.

Com uma nova descoberta de filamentos semelhantes, mas situados noutras galáxias, Zadeh e seus colaboradores introduziram, pela primeira vez, duas explicações possíveis para as origens desconhecidas dos filamentos.

Num novo artigo científico, publicado no início deste mês na revista The Astrophysical Journal Letters, Zadeh e os seus co-autores propõem que os filamentos podem resultar de uma interacção entre vento e nuvens em grande escala ou podem surgir de turbulência dentro de um campo magnético fraco.

“Nós já sabemos muito sobre os filamentos no nosso próprio Centro Galáctico, e agora os filamentos nas outras galáxias começam a aparecer como uma nova população de filamentos extra-galácticos”, disse Zadeh. “Os mecanismos físicos subjacentes a ambas as populações de filamentos são semelhantes, apesar dos ambientes serem muito diferentes.

Os objectos fazem parte da mesma família, mas os filamentos fora da Via Láctea são primos mais velhos e distantes – primos mesmo muito distantes (no tempo e no espaço)”.

Perito em radioastronomia, Zadeh é professor de física e astronomia na Faculdade Weinberg de Artes e Ciências da Universidade Northwestern e membro do CIERA (Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics).

“Algo universal está a acontecer”

Os primeiros filamentos que Zadeh descobriu estendem-se até 150 anos-luz de comprimento, elevando-se perto do buraco negro central da Via Láctea. No início deste ano, Zadeh adicionou mais quase 1000 filamentos à sua colecção de observações.

Nesse lote, os filamentos uni-dimensionais aparecem aos pares e agrupados, muitas vezes empilhados e igualmente espaçados, lado a lado como cordas numa harpa ou de lado como ondulações individuais numa cascata.

Usando observações de radiotelescópios, Zadeh descobriu que os filamentos mistificantes são constituídos por electrões de raios cósmicos que giram ao longo de um campo magnético a uma velocidade próxima da velocidade da luz.

Embora Zadeh esteja a montar o puzzle da sua composição, ainda se perguntava de onde vinham. Quando os astrónomos descobriram uma nova população para lá da nossa própria Galáxia, isso forneceu novas oportunidades para investigar os processos físicos no espaço que rodeia os filamentos.

Os filamentos recentemente descobertos residem dentro de um enxame de galáxias, um emaranhado concentrado de milhares de galáxias localizado a mil milhões de anos-luz da Terra.

Algumas das galáxias dentro do enxame são radio-galáxias activas, que parecem ser terreno fértil para a formação de filamentos magnéticos em grande escala. Quando Zadeh viu pela primeira vez estes filamentos recentemente descobertos, ficou espantado.

“Depois de estudar filamentos no nosso próprio Centro Galáctico durante todos estes anos, fiquei extremamente entusiasmado por ver estas estruturas tremendamente belas”, disse. “Como encontrámos estes filamentos noutras partes do Universo, isso indica que algo universal está a acontecer”.

Gigantes galácticos

Embora a nova população de filamentos pareça semelhante à da nossa Via Láctea, existem algumas diferenças fundamentais. Os filamentos fora da Via Láctea, por exemplo, são muito maiores – entre 100 a 10.000 vezes mais longos. São também muito mais antigos e os seus campos magnéticos são mais fracos.

A maioria deles estão curiosamente “pendurados” – num ângulo de 90º – começando nos jactos de um buraco negro no vasto nada do meio intra-enxame, ou no espaço entre as galáxias do enxame.

Mas a população recentemente descoberta tem a mesma relação comprimento/largura que os filamentos da Via Láctea. E ambas as populações parecem transportar energia através dos mesmos mecanismos. Mais perto do jacto, os electrões dos filamentos são mais energéticos, mas perdem energia à medida que se deslocam mais para baixo no filamento.

Embora o jacto do buraco negro possa fornecer as partículas essenciais necessárias para criar um filamento, algo desconhecido deve estar a acelerar estas partículas ao longo de espantosas distâncias.

“Alguns deles têm tamanhos incríveis, até 200 quiloparsecs”, disse Zadeh. “Isto é cerca de quatro ou cinco vezes o tamanho de toda a nossa Via Láctea. O notável é que os seus electrões permanecem juntos numa escala tão longa.

Se um electrão viajasse à velocidade da luz ao longo do comprimento do filamento, demoraria 700.000 anos. E eles não viajam à velocidade da luz”.

Possibilidades promissoras

No novo artigo científico, Zadeh e colaboradores teorizam que a origem dos filamentos poderá ser uma simples interacção entre o vento galáctico e um obstáculo, tal como uma nuvem. À medida que o vento envolve o obstáculo, cria uma cauda semelhante à de um cometa por trás dele.

“O vento vem do movimento da própria galáxia à medida que gira”, explicou Zadeh. “É como quando se coloca a janela fora de um carro em movimento. Não há vento lá fora, mas sente-se o ar a mover-se.

Quando a galáxia se move, cria vento que pode estar a empurrar através de locais onde as partículas dos raios cósmicos estão bastante soltas. Varre o material e cria uma estrutura filamentar”.

As simulações, contudo, fornecem outra possibilidade viável. Quando os investigadores simularam um meio activo e turbulento, materializaram-se longas estruturas filamentares. À medida que as radio-galáxias se movem, explicou Zadeh, a gravidade pode afectar o meio e agitá-lo.

O meio forma então turbilhões. Após o fraco campo magnético envolver estes turbilhões, pode ser esticado, dobrado e amplificado – eventualmente tornando-se filamentos alongados com um forte campo magnético.

Embora ainda permaneçam muitas questões por responder, Zadeh fica maravilhado com as novas descobertas.

“Todos estes filamentos para lá da nossa Galáxia são muito antigos. São quase de uma época diferente do nosso Universo e no entanto sinalizam aos habitantes da Via Láctea que existe uma origem comum para a formação dos filamentos. Penso que existe uma origem comum para a formação dos filamentos. Penso que isto é notável”, disse o astrofísico Farhad Zadeh.

Astronomia On-line
22 de Novembro de 2022



 

728: A morte de uma estrela revela um buraco negro de massa intermédia escondido numa galáxia anã

CIÊNCIA/ASTRONOMIA/ASTROFÍSICA

Os astrónomos descobriram uma estrela a ser dilacerada por um buraco negro na galáxia SDSS J152120.07+140410.5, a 850 milhões de anos-luz da Terra. Os investigadores apontaram o Telescópio Espacial Hubble da NASA para examinar o rescaldo, um evento a que chamaram AT 2020neh, visto no centro da imagem. A câmara ultravioleta do Hubble viu um anel de estrelas a formar-se em torno do núcleo da galáxia onde AT 2020neh está localizado.
Crédito: NASA, ESA, Ryan Foley/Universidade da Califórnia em Santa Cruz

Um buraco negro de massa intermédia, escondido numa galáxia anã, revelou-se aos astrónomos quando devorou uma estrela azarada que se aproximou demasiado.

A destruição da estrela, um evento de perturbação de marés, produziu um surto de radiação que brilhou, por breves instantes, mais do que a luz estelar combinada da galáxia anã hospedeira. O evento poderá ajudar os cientistas a compreender melhor as relações entre os buracos negros e as galáxias.

A erupção foi capturada por astrónomos com o YSE (Young Supernova Experiment), um levantamento concebido para detectar explosões cósmicas e eventos astrofísicos transientes.

Uma equipa internacional liderada por cientistas da Universidade da Califórnia em Santa Cruz, do Instituto Niels Bohr da Universidade de Copenhaga e da Universidade do Estado de Washington relatou a descoberta num artigo publicado no dia 10 de Novembro na revista Nature Astronomy.

“Esta descoberta criou uma excitação generalizada porque podemos usar eventos de perturbação de marés não só para encontrar mais buracos negros de massa intermédia em galáxias anãs silenciosas, mas também para medir as suas massas”, disse o co-autor Ryan Foley, professor assistente de astronomia e astrofísica na Universidade da Califórnia em Santa Cruz, que ajudou a planear o levantamento YSE.

A primeira autora, Charlotte Angus do Instituto Niels Bohr, disse que as conclusões da equipa fornecem uma base para futuros estudos de buracos negros de massa intermédia.

“O facto de termos conseguido capturar este buraco negro de massa intermédia enquanto devorava uma estrela forneceu-nos uma oportunidade notável de detectar o que de outra forma teria ficado escondido”, disse Angus.

“Além disso, podemos utilizar as propriedades do próprio surto para melhor compreender este grupo elusivo de buracos negros de massa intermédia, que podem constituir a maioria dos buracos negros nos centros das galáxias”.

Os buracos negros super-massivos podem ser encontrados nos centros de todas as galáxias massivas, incluindo a nossa própria Via Láctea. Os astrónomos especulam que estes enormes monstros, com milhões ou milhares de milhões de vezes a massa do Sol, podem ter crescido a partir de buracos negros mais pequenos, de “massa intermédia”, com milhares a centenas de milhares de massas solares.

Uma teoria para a formação destes monstruosos buracos negros diz que o Universo primordial estava repleto de galáxias anãs com buracos negros de massa intermédia.

Com o tempo, estas galáxias anãs ter-se-iam fundido ou sido devoradas por galáxias mais massivas, combinando cada vez mais os seus núcleos para assim acumular massa no centro da galáxia em crescimento. Este processo de fusão acabaria por criar os buracos negros super-massivos vistos hoje em dia.

“Se conseguirmos compreender a população de buracos negros de massa intermédia – quantos existem e onde estão localizados – podemos ajudar a determinar se as nossas teorias da formação de buracos negros super-massivos estão corretas”, disse o co-autor Enrico Ramirez-Ruiz, professor de astronomia e astrofísica na Universidade da Califórnia em Santa Cruz e professor do Instituto Neils Bohr na Universidade de Copenhaga.

Mas será que todas as galáxias anãs têm buracos negros de massa intermédia?

“Isso é difícil de afirmar, porque a detecção de buracos negros de massa intermédia é extremamente desafiante”, disse Ramirez-Ruiz.

As técnicas clássicas de caça aos buracos negros, que procuram buracos negros em alimentação activa, não são muitas vezes suficientemente sensíveis para descobrir buracos negros nos centros das galáxias anãs.

Como resultado, apenas uma fracção minúscula de galáxias anãs é conhecida por acolher buracos negros de massa intermédia.

A descoberta de mais buracos negros de tamanho médio, com eventos de perturbação de marés, poderá ajudar a resolver o debate sobre a maneira como os buracos negros super-massivos se formam.

“Uma das maiores questões em aberto na astronomia é actualmente a formação dos buracos negros super-massivos”, disse a co-autora Vivienne Baldassare, professora de física e astronomia na Universidade do Estado de Washington.

Dados do levantamento YSE permitiram à equipa detectar os primeiros sinais de luz, isto é, quando o buraco negro começou a devorar a estrela. A captura deste momento inicial foi fundamental para desbloquear o tamanho do buraco negro, porque a duração destes eventos pode ser usada para medir a massa do buraco negro central.

Este método, que até agora só tinha sido mostrado funcionar bem para os buracos negros super-massivos, foi proposto pela primeira vez por Ramirez-Ruiz e pela co-autora Brenna Mockler da Universidade da Califórnia em Santa Cruz.

“Esta erupção foi incrivelmente rápida, mas dado que os nossos dados YSE nos deram tanta informação tão cedo no evento, fomos realmente capazes de determinar a massa do buraco negro”, disse Angus.

Este estudo teve por base dados de observatórios de todo o mundo, incluindo o Observatório W. M. Keck no Hawaii, o NOT (Nordic Optical Telescope), o Observatório Lick da Universidade da Califórnia, o Telescópio Espacial Hubble da NASA, o Observatório Gemini, o Observatório Palomar e o levantamento Pan-STARRS no Observatório Haleakala.

Astronomia On-line
15 de Novembro de 2022



 

723: Teoria da relatividade geral de Einstein pode ter uma falha

CIÊNCIA/TEORIA DA RELATIVIDADE GERAL/EINSTEIN

Um novo estudo descobriu uma possível lacuna na teoria da relatividade geral de Albert Einstein, que precisaria de ajustes para explicar como é que a gravidade funciona em escala cósmica.

(pd) Arthur Sasse
Albert Einstein, Prémio Nobel da Física em 1921 (adaptação da foto de Arthur Sasse)

Esta não é a primeira vez que a teoria de Einstein é posta em causa. Pavel Kroupa, professor de astrofísica, disse recentemente que está na altura de actualizar a teoria – porque temos mais e melhores métodos de observação do que há um século.

De acordo com a teoria da relatividade geral, tanto a energia quanto a matéria fazem o “tecido” do espaço-tempo distorcer, e a curvatura gerada nessa interacção física resulta na força da gravidade.

Assim, segundo o cientista alemão, objectos com campos gravitacionais fortes são capazes de desviar a trajectória da luz.

A teoria tem sido notavelmente bem-sucedida ao descrever a gravidade de estrelas e planetas, mas não parece aplicar-se perfeitamente em todas as escalas.

Por exemplo, a teoria de Einstein demonstra lacunas quando aplicada a distâncias extremamente pequenas, onde operam as leis da mecânica quântica, ou quando tentamos descrever todo o Universo.

Foi neste último ponto que o novo estudo, publicado em Outubro na revista Nature Astronomy, se focou.

A teoria quântica prevê que o vazio está repleto de energia. No entanto, de acordo com Einstein, a energia do vácuo tem uma gravidade repulsiva – afasta o espaço vazio. Curiosamente, em 1998, descobriu-se que a expansão do Universo está de facto a acelerar.

Contudo, a quantidade de energia do vácuo, ou energia escura, como tem sido chamada, necessária para explicar a aceleração é várias ordens de magnitude menor do que a teoria quântica prevê.

Daí a grande questão, apelidada de “o velho problema da constante cosmológica”, é se a energia do vácuo realmente gravita – exercendo uma força gravitacional e alterando a expansão do Universo.

Se sim, então porque é que a sua gravidade é muito mais fraca do que o previsto? Se o vácuo não gravita, o que está a causar a aceleração cósmica?

Não sabemos o que é a energia escura, mas precisamos de supor que existe para explicar a expansão do Universo. Da mesma forma, também precisamos de supor que existe um tipo de presença de matéria invisível, apelidada de matéria escura, para explicar como as galáxias e os aglomerados evoluíram para ser como são hoje.

O facto de que a maior parte do Universo é composto de forças e substâncias escuras, assumindo valores estranhos que não fazem sentido, levou muitos físicos a questionarem-se se a teoria da gravidade de Einstein precisa de modificação para descrever todo o Universo.

Uma nova reviravolta apareceu há alguns anos, quando se tornou aparente que diferentes formas de medir a taxa de expansão cósmica, apelidada de constante de Hubble, dão respostas diferentes – um problema conhecido como tensão de Hubble.

A discordância, ou tensão, é entre dois valores da constante de Hubble. Um é o número previsto pelo modelo cosmológico LCDM, que foi desenvolvido para corresponder à luz que sobrou do Big Bang.

A outra é a taxa de expansão medida pela observação de estrelas explosivas, conhecidas como super-novas, em galáxias distantes.

Muitas ideias teóricas foram propostas para formas de modificar o LCDM para explicar a tensão de Hubble. Entre elas estão as teorias alternativas da gravidade.

À procura de respostas

Podemos projectar testes para verificar se o Universo obedece às regras da teoria de Einstein. Neste novo estudo, os autores testaram as leis básicas da relatividade geral.

Também exploraram se a modificação de teoria de Einstein poderia ajudar a resolver alguns dos problemas em aberto da cosmologia, como a tensão de Hubble.

Para descobrir se a relatividade geral está correta em grandes escalas, os cientistas propuseram-se, pela primeira vez, a investigar simultaneamente três aspectos dela. Estes foram a expansão do Universo, os efeitos da gravidade sobre a luz e os efeitos da gravidade sobre a matéria.

Usando um método estatístico conhecido como inferência Bayesiana, reconstruiram a gravidade do Universo através da história cósmica num modelo de computador baseado nesses três parâmetros. De seguida, compararam a sua reconstrução com a previsão do modelo LCDM (essencialmente o modelo de Einstein).

Os cientistas encontraram pistas interessantes de uma possível incompatibilidade com a previsão de Einstein, embora com significância estatística bastante baixa. Isso significa que, no entanto, existe a possibilidade de que a gravidade funcione de maneira diferente em grandes escalas e que a teoria da relatividade geral precise de ser ajustada.

O estudo também descobriu que é muito difícil resolver o problema da tensão de Hubble mudando apenas a teoria da gravidade. A solução completa provavelmente exigiria um novo ingrediente no modelo cosmológico, presente antes do momento em que protões e electrões combinaram-se pela primeira vez para formar hidrogénio logo após o Big Bang, como uma forma especial de matéria escura, um tipo primitivo de energia escura ou campos magnéticos primordiais. Ou, talvez, haja um erro sistemático ainda desconhecido nos dados.

Dito isto, o estudo demonstrou que é possível testar a validade da relatividade geral sobre distâncias cosmológicas usando dados observacionais. Embora ainda não se tenha resolvido o problema do Hubble, teremos muito mais dados de novas sondas daqui a alguns anos.

Isso significa que poderemos usar esses métodos estatísticos para continuar a aprimorar a relatividade geral, explorando os limites das modificações, para pavimentar o caminho para resolver alguns dos desafios abertos na cosmologia.

ZAP // The Conversation
15 Novembro, 2022



 

702: O estranho mistério dos “exoplanetas desaparecidos” pode estar resolvido

CIÊNCIA/ESPAÇO/ASTROFÍSICA

Hoje, o número de exoplanetas confirmados é de 5.197 em 3.888 sistemas planetários, com outros 8.992 candidatos aguardando confirmação.

NASA/JPL-Caltech
Impressão de artista de um sistema com cinco exoplanetas.

A maioria tem sido planetas particularmente massivos, variando de gigantes gasosos do tamanho de Júpiter e Neptuno, que têm raios cerca de 2,5 vezes os da Terra. Outra população estatisticamente significativa são os planetas rochosos que medem cerca de 1,4 raios terrestres (também conhecidos como “Super-Terras”).

Isto representa um mistério para os astrónomos, especialmente no que diz respeito aos exoplanetas descobertos pelo venerável Telescópio Espacial Kepler.

Dos mais de 2.600 planetas descobertos pelo Kepler, há uma aparente raridade de exoplanetas com um raio de cerca de 1,8 vezes o da Terra – que eles chamam de “raio do vale”.

Um segundo mistério, conhecido como “ervilhas numa vagem”, refere-se a planetas vizinhos de tamanho semelhante encontrados em centenas de sistemas planetários com órbitas harmoniosas.

Num estudo liderado pelo projeto Cycles of Life-Essential Volatile Elements in Rocky Planets (CLEVER) da Rice University, uma equipa internacional de astrofísicos fornece um novo modelo que explica a interacção de forças que actuam em planetas recém-nascidos que poderiam explicar estes dois mistérios.

Como eles descrevem no seu trabalho de pesquisa, que apareceu recentemente no Astrophysical Journal Letters, a equipa usou um supercomputador para executar um modelo de migração planetária que simulou os primeiros 50 milhões de anos de desenvolvimento do sistema planetário.

No seu modelo, os discos proto-planetários de gás e poeira também interagem com planetas em migração, puxando-os para mais perto das suas estrelas-mãe e prendendo-os em cadeias orbitais ressonantes.

Dentro de alguns milhões de anos, o disco proto-planetário desaparece, quebrando as cadeias e causando instabilidades orbitais que fazem com que dois ou mais planetas colidam.

Embora os modelos de migração planetária tenham sido usados ​​para estudar sistemas planetários que retiveram ressonâncias orbitais, estas descobertas representam a primeira vez para os astrónomos. Como disse Izidoro num comunicado da Rice University:

“Acredito que somos os primeiros a explicar o raio do vale usando um modelo de formação de planetas e evolução dinâmica que responde de forma consistente por várias restrições de observações.

Também somos capazes de mostrar que um modelo de formação de planetas incorporando impactos gigantes é consistente com a característica de exoplanetas de ervilhas em vagem.”

Este trabalho baseia-se em trabalhos anteriores de Izidoro e do projecto CLEVER Planets. No ano passado, usaram um modelo de migração para calcular a interrupção máxima do sistema de sete planetas do TRAPPIST-1.

Num artigo que apareceu em 21 de Novembro de 2021, na Nature Astronomy, usaram a simulação de N-corpos para mostrar como esse sistema de “ervilhas em uma vagem” poderia ter mantido a sua estrutura orbital harmoniosa, apesar das colisões causadas pela migração planetária. Isso permitiu que colocassem restrições no limite superior de colisões e na massa dos objectos envolvidos.

Os seus resultados indicam que as colisões no sistema TRAPPIST-1 foram comparáveis ​​ao impacto que criou o sistema Terra-Lua. Disse Izidoro:

“A migração de planetas jovens para as suas estrelas hospedeiras cria superlotação e frequentemente resulta em colisões cataclísmicas que tiram os planetas das suas atmosferas ricas em hidrogénio. Isto significa que impactos gigantes, como o que formou a nossa Lua, são provavelmente um resultado genérico da formação do planeta.”

Esta última pesquisa sugere que os planetas vêm em duas variantes, consistindo em planetas secos e rochosos que são 50% maiores que a Terra (super-Terras) e planetas ricos em gelo de água cerca de 2,5 vezes o tamanho da Terra (mini-Neptunos).

Além disso, sugerem que uma fracção de planetas com o dobro do tamanho da Terra manterá a sua atmosfera primordial rica em hidrogénio e será rica em água. Segundo Izidoro, estes resultados são consistentes com novas observações que sugerem que super-Terras e mini-Neptunos não são exclusivamente planetas secos e rochosos.

Essas descobertas apresentam oportunidades para investigadores de exoplanetas, que contarão com o Telescópio Espacial James Webb para realizar observações detalhadas de sistemas de exoplanetas.

ZAP // Universe Today
14 Novembro, 2022



 

542: Pode haver até quatro triliões de naves alienígenas a voar perto da Terra

CIÊNCIA/ASTRONOMIA/ASTROFÍSICA

ESA / M. Kornmesser / European Southern Observatory
Impressão de artista do primeiro asteróide interestelar: `Oumuamua.

O professor de Harvard Avi Loeb, conhecido por defender que a primeira rocha espacial interestelar observada no nosso sistema solar podia ser uma nave alienígena, acredita que pode haver até quatro triliões a voar perto da Terra.

Na altura, Loeb defendeu ainda que as outras hipóteses apresentadas não tinham em conta todas as características conhecidas do misterioso objecto e criticou a arrogância da comunidade científica.

Em Outubro de 2017, o astrónomo canadiano Robert Weryk descobriu, com o telescópio Pan-STARRS1, do Observatório Haleakala, no Havai, um objecto estranho, alongado e do tamanho de um campo de futebol a viajar pelo Sistema Solar a 315 mil quilómetros por hora, puxado por uma força invisível sem explicação.

O objecto foi mais tarde apelidado Oumuamua – “Mensageiro das Estrelas”, em havaiano – e os cientistas acreditam que pode ter sido o primeiro visitante de fora do Sistema Solar a ser observado directamente.

Agora, num novo estudo que ainda não foi revisto pelos pares, Loeb e Carson Ezell, também astrónomo de Harvard, previram quantos objectos semelhantes ao Oumuamua poderão viajar pelo Espaço, concluindo que podem ser 4.000.000.000.000.000.000.000 (ou quatro triliões) só no nosso Sistema Solar.

No artigo, citado pelo Interesting Engineering, os autores indicaram que é possível “utilizar taxas recentes de detecção de objectos interestelares e capacidades conhecidas para estimar a densidade de objectos semelhantes na vizinhança solar”.

Basearam os seus cálculos nos quatro objectos interestelares que até agora foram observados: o Oumuamua; dois meteoros interestelares denominados CNEOS 2014-01-08 e CNEOS 2017-03-09; e o cometa interestelar Borisov. Também tiveram em conta a nossa capacidade limitada de observar o Sistema Solar.

Loeb e Ezell chegaram a duas estimativas. A primeira calculou o número de objectos interestelares que provavelmente voam à volta do nosso Sistema Solar, fora do alcance dos nossos instrumentos. Eles estimaram que existem 40 mil sextiliões desses objectos.

A estimativa menor, de quatro triliões, refere-se ao número desses objectos que poderiam voar em direcção à “zona habitável” do nosso sistema solar, mais perto do  Sol – o que significa que os astrónomos têm uma maior probabilidade de os observar. Loeb e Ezell notaram que as dimensões destes objectos variam.

Há vários anos que Loeb tem defendido que os avistamentos de OVNIs devem ser investigados com o mesmo rigor científico que qualquer outro fenómeno relacionado com o espaço.

Em 2021, o professor de Harvard fundou o Projeto Galileo, que visa construir uma rede global de telescópios e câmaras com o objectivo de captar imagens de alta definição de um OVNI. Recentemente, Loeb afirmou que poderíamos ver tal imagem “dentro de dois anos”.

ZAP //
31 Outubro, 2022



 

482: Descoberta de “Terra” sem atmosfera muda tudo na procura de vida extraterrestre

CIÊNCIA/ASTRONOMIA/DESCOBERTAS/UNIVERSO

NASA
Planeta Sem Atmosfera

Cientistas consideram que a condição deste planeta possa ser um mau sinal para planetas ainda mais afastados deste tipo de estrela.

A descoberta de um planeta com características semelhantes à da Terra poderia mudar, à primeira vista, significativamente a forma como procuramos a vida noutros planetas.

Os astrónomos descobriram um planeta semelhante à Terra que orbita um anão M, os quais não têm qualquer atmosfera. Com um tamanho ligeiramente maior que a Terra, este planeta sem atmosfera – GJ 1252b- orbita as suas estrelas duas vezes por dia, acreditando-se, pela sua proximidade à estrela, que é intensamente quente e inóspito.

Este estudo implica que muitos planetas que orbitam estas estrelas podem igualmente carecer de atmosferas e, como consequência, é pouco provável que suportem vida porque as anãs-M são tão ubíquas. Michelle Hill, astrofísica da UC Riverside, e co-autora do estudo explicou: “A pressão da radiação da estrela é imensa, o suficiente para rebentar com a atmosfera de um planeta”.

Os astrónomos observaram o GJ 1252b durante um eclipse secundário e estudaram a radiação infravermelha do planeta para estabelecer que ela é desprovida de atmosfera. Este eclipse acontece quando um planeta passa à frente de uma estrela, bloqueando tanto a luz do planeta como a luz reflectida da estrela.

A radiação revelou as temperaturas diurnas sufocantes do planeta, que se pensa ultrapassarem os 2,242 graus Fahrenheit. Esta temperatura é tão elevada que derreteria materiais como ouro, prata e o cobre na superfície do planeta. Os astrónomos acreditavam não haver atmosfera devido ao calor e à alegada baixa pressão superficial.

Stephen Kane, astrofísico da UCR e co-autor do estudo disse: “Mesmo com uma enorme quantidade de dióxido de carbono, que aprisiona o calor, os investigadores concluíram que o GJ 1252b continuaria a ser incapaz de se agarrar a uma atmosfera.

O planeta poderia ter 700 vezes mais carbono do que a Terra tem, e ainda assim não teria uma atmosfera. Inicialmente, acumular-se-ia, mas depois afunilar-se-ia e corroeria“.

Hill explicou, citada pela Tech Explorist, que “é possível que a condição deste planeta possa ser um mau sinal para planetas ainda mais afastados deste tipo de estrela. Isto é algo que aprenderemos com o Telescópio Espacial James Webb, que estará a olhar para planetas como estes”.

  ZAP //
26 Outubro, 2022