1017: A detecção mais distante de um buraco negro a engolir uma estrela

CIÊNCIA / ASTRONOMIA / ESO

No início deste ano, o Very Large Telescope (VLT) do ESO recebeu um alerta após uma fonte de luz visível invulgar ter sido detectada por um telescópio de rastreio.

O VLT, juntamente com outros telescópios, foi rapidamente apontado na direcção desta fonte: um buraco negro super-massivo numa galáxia distante que tinha “devorado” uma estrela, expelindo os restos da “refeição” sob a forma de um jacto.

O VLT determinou que este era o exemplo mais distante de um tal evento observado até à data. Uma vez que o jacto aponta praticamente na nossa direcção, esta é também a primeira vez que foi descoberto no visível, demonstrando-se assim uma nova maneira de detectar estes eventos extremos.

As estrelas que se aproximam demasiado de um buraco negro são destruídas pelas enormes forças de maré deste objecto, num fenómeno a que se chama evento de disrupção de maré. Cerca de 1% destes eventos dão origem a jactos de plasma e radiação que são ejectados a partir dos pólos do buraco negro em rotação.

Em 1971, o pioneiro dos buracos negros, John Wheeler [1] definiu o conceito de disrupções de maré com jactos como “um tubo de pasta de dentes apertado no meio com toda a força,” fazendo com que o sistema “esguiche matéria pelas duas pontas”.

Até agora observámos apenas uma mão cheia deste tipo de eventos que permanecem, por isso, mal compreendidos e são bastante exóticos,” disse Nial Tanvir, da Universidade de Leicester no Reino Unido, que liderou as observações com o VLT para determinar a distância ao objecto.

Os astrónomos procuram constantemente estes eventos extremos para compreenderem melhor como é que os jactos realmente se formam e por que é que apenas uma percentagem tão pequena de disrupções de maré lhes dão origem.

É por esta razão que muitos telescópios, incluindo o ZTF (Zwicky Transient Facility) nos EUA, mapeiam constantemente o céu à procura de sinais de eventos de curta duração, frequentemente extremos, que possam seguidamente ser estudados com mais detalhe por grandes telescópios, como o VLT do ESO, no Chile.

Desenvolvemos um procedimento automático de código aberto que armazena e extrai informação importante do rastreio ZTF e nos alerta em tempo real para eventos invulgares,” explica Igor Andreoni, astrónomo na Universidade de Maryland, EUA, que co-liderou, juntamente com Michael Coughlin da Universidade de Minnesota, o artigo científico sobre este trabalho, publicado hoje na revista Nature.

Em Fevereiro deste ano, o ZTF detectou uma nova fonte de radiação visível. O evento, chamado AT2022cmc, fazia lembrar uma explosão de raios gama, a fonte de radiação mais potente do Universo.

Com o intuito de investigar este fenómeno raro, a equipa utilizou vários telescópios em todo o mundo para observar a misteriosa fonte com mais detalhe. Isto incluiu o VLT do ESO, que rapidamente observou este novo evento com o instrumento X-shooter.

Os dados do VLT colocaram a fonte a uma distância sem precedentes no que diz respeito a estes eventos: a luz produzida pelo AT2022cmc começou a sua viagem quando o Universo tinha apenas cerca de um terço da sua idade actual.

Uma grande variedade de radiação, desde raios gama de alta energia a ondas rádio de baixa energia, foi colectada por 21 telescópios em todo o mundo. A equipa comparou estes dados com diferentes tipos de eventos conhecidos, desde estrelas em colapso a quilonovas.

O único cenário que explicava os dados obtidos era um raro evento de disrupção de maré com um jacto a apontar na nossa direção. Giorgos Leloudas, astrónomo no DTU Space na Dinamarca e co-autor deste estudo, explica que “uma vez que o jacto relativista aponta na nossa direcção, o fenómeno torna-se muito mais brilhante e visível ao longo de um maior domínio de comprimentos de onda do espectro electromagnético.

As medições de distância executadas com o VLT mostraram que o AT2022cmc é o mais distante fenómeno de disrupção de maré alguma vez observado, mas este não é o único recorde que este objecto bate.

Até agora, o pequeno número destes eventos que se conheciam, tinham sido inicialmente detectados por telescópios de raios gama ou de raios X. Esta foi a primeira descoberta feita durante um rastreio no visível!” disse Daniel Perley, astrónomo na Universidade John Moores de Liverpool, Reino Unido, e co-autor do estudo.

Isto mostra-nos uma nova maneira de detectar disrupções de maré com jactos, permitindo-nos estudar melhor estes eventos raros e investigar os meios extremos que circundam os buracos negros.

Notas

[1] É também a John Archibald Wheeler que se atribui a cunhagem do termo “buraco negro” durante um discurso proferido para a NASA em 1967.

Informações adicionais

Este trabalho foi descrito num artigo científico intitulado “A very luminous jet from the disruption of a star by a massive black hole”, publicado na revista Nature (doi: 10.1038/s41586-022-05465-8).

A equipa é composta por Igor Andreoni (Joint Space-Science Institute, University of Maryland, EUA [JSI/UMD]; Department of Astronomy, University of Maryland, EUA [UMD]; Astrophysics Science Division, NASA Goddard Space Flight Center [NASA/GSFC], EUA), Michael W. Coughlin (School of Physics and Astronomy, University of Minnesota, EUA), Daniel A. Perley (Astrophysics Research Institute, Liverpool John Moores University, RU), Yuhan Yao (Division of Physics, Mathematics and Astronomy, California Institute of Technology, EUA [Caltech]), Wenbin Lu (Department of Astrophysical Sciences, Princeton University, EUA), S. Bradley Cenko (JSI/UMD; NASA/GSFC), Harsh Kumar (Instituto Indiano de Tecnologia de Bombaim, Índia [IIT/Bombaim]), Shreya Anand (Caltech), Anna Y. Q. Ho (Department of Astronomy, University of California, Berkeley, EUA [UCB]; Lawrence Berkeley National Laboratory, EUA [LBNL]; Miller Institute for Basic Research in Science, EUA), Mansi M. Kasliwal (Caltech), Antonio de Ugarte Postigo (Université Côte d’Azur, Observatoire de la Côte d’Azur, França), Ana Sagués-Carracedo (Centro Oskar Klein, Universidade de Estocolmo, Suécia [OKC]), Steve Schulze (OKC), D. Alexander Kann (Instituto de Astrofisica de Andalucia, Glorieta de la Astronomia, Espanha [IAA-CSIC]), S. R. Kulkarni (Caltech), Jesper Sollerman (OKC), Nial Tanvir (Department of Physics and Astronomy, University of Leicester, RU), Armin Rest (Space Telescope Science Institute, Baltimore, EUA [STScI]; Department of Physics and Astronomy, The Johns Hopkins University, EUA), Luca Izzo (DARK, Instituto Niels Bohr, Universidade de Copenhaga, Dinamarca), Jean J. Somalwar (Caltech), David L. Kaplan (Center for Gravitation, Cosmology and Astrophysics, Department of Physics, University of Wisconsin–Milwaukee, EUA), Tomás Ahumada (UMD), G. C. Anupama (Instituto Indiano de Astrofísica, Bangalore, Índia [IIA]), Katie Auchettl (School of Physics, University of Melbourne, Austrália; ARC Centre of Excellence for All Sky Astrophysics in 3 Dimensions; Department of Astronomy and Astrophysics, University of California, Santa Cruz, EUA), Sudhanshu Barway (IIA), Eric C. Bellm (DIRAC Institute, University of Washington, EUA), Varun Bhalerao (IIT/Bombaim), Joshua S. Bloom (LBNL; UCB), Michael Bremer (Institut de Radioastronomie Millimetrique, França [IRAM]), Mattia Bulla (OKC), Eric Burns (Department of Physics & Astronomy, Louisiana State University, EUA), Sergio Campana (INAF-Osservatorio Astronomico di Brera, Itália), Poonam Chandra (Centro Nacional de Astrofísica Rádio, Instituto Tata de Investigação Fundamental, Universidade de Pune, Índia), Panos Charalampopoulos (DTU Space, Instituto Nacional do Espaço, Universidade Técnica da Dinamarca, Dinamarca [DTU]), Jeff Cooke (Australian Research Council Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery, Swinburne University of Technology, Hawthorn, Austrália [OzGrav]; Centre for Astrophysics and Supercomputing, Swinburne University of Technology, Austrália [CAS]), Valerio D’Elia (Space Science Data Center – Agenzia Spaziale Italiana, Itália), Kaustav Kashyap Das (Caltech), Dougal Dobie (OzGrav; CAS), Jose Feliciano Agüí Fernández (IAA-CSIC), James Freeburn (OzGrav; CAS), Cristoffer Fremling (Caltech), Suvi Gezari (STScI), Matthew Graham (Caltech), Erica Hammerstein (UMD), Viraj R. Karambelkar (Caltech), Charles D. Kilpatrick (Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics, Northwestern University, EUA), Erik C. Kool (OKC), Melanie Krips (IRAM), Russ R. Laher (IPAC, California Institute of Technology, EUA [IPAC]), Giorgos Leloudas (DTU), Andrew Levan (Departamento de Astrofísica, Universidade Radboud, Países Baixos), Michael J. Lundquist (W. M. Keck Observatory, EUA), Ashish A. Mahabal (Caltech; Center for Data Driven Discovery, California Institute of Technology, EUA), Michael S. Medford (UCB; LBNL), M. Coleman Miller (JSI/UMD; UMD), Anais Möller (OzGrav; CAS), Kunal Mooley (Caltech), A. J. Nayana (Instituto Indiano de Astrofísica, Índia), Guy Nir (UCB), Peter T. H. Pang (Nikhef, Países Baixos; Institute de Física Gravitacional e Subatómica, Universidade de Utrecht, Países Baixos), Emmy Paraskeva (IAASARS, Observatório Nacional de Atenas, Grécia; Departamento de Astrofísica, Astronomia & Mecânica, Universidade de Atenas, Grécia; Nordic Optical Telescope, Espanha; Departamento de Física e Astronomia, Universidade de Aarhus, Dinamarca), Richard A. Perley (National Radio Astronomy Observatory, EUA), Glen Petitpas (Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, Cambridge, EUA), Miika Pursiainen (DTU), Vikram Ravi (Caltech), Ryan Ridden-Harper (School of Physical and Chemical Sciences — Te Kura Matu, University of Canterbury, Nova Zelândia), Reed Riddle (Caltech Optical Observatories, California Institute of Technology, EUA), Mickael Rigault (Université de Lyon, França), Antonio C. Rodriguez (Caltech), Ben Rusholme (IPAC), Yashvi Sharma (Caltech), I. A. Smith (Institute for Astronomy, University of Hawaii, EUA), Robert D. Stein (Caltech), Christina Thöne (Instituto Astronómico da Academia de Ciências Checa, República Checa), Aaron Tohuvavohu (Department of Astronomy and Astrophysics, University of Toronto, Canadá), Frank Valdes (National Optical Astronomy Observatory, EUA), Jan van Roestel (Caltech), Susanna D. Vergani (GEPI, Observatoire de Paris, PSL Research University, França; Institut d’Astrophysique de Paris, França), Qinan Wang (STScI), Jielai Zhang (OzGrav; CAS).

O Observatório Europeu do Sul (ESO) ajuda cientistas de todo o mundo a descobrir os segredos do Universo, o que, consequentemente, beneficia toda a sociedade. No ESO concebemos, construimos e operamos observatórios terrestres de vanguarda — os quais são usados pelos astrónomos para investigar as maiores questões astronómicas da nossa época e levar ao público o fascínio da astronomia — e promovemos colaborações internacionais em astronomia.

Estabelecido como uma organização intergovernamental em 1962, o ESO é hoje apoiado por 16 Estados Membros (Alemanha, Áustria, Bélgica, Dinamarca, Espanha, Finlândia, França, Irlanda, Itália, Países Baixos, Polónia, Portugal, Reino Unido, República Checa, Suécia e Suíça), para além do Chile, o país de acolhimento, e da Austrália como Parceiro Estratégico.

A Sede do ESO e o seu centro de visitantes e planetário, o Supernova do ESO, situam-se perto de Munique, na Alemanha, enquanto o deserto chileno do Atacama, um lugar extraordinário com condições únicas para a observação dos céus, acolhe os nossos telescópios.

O ESO mantém em funcionamento três observatórios: La Silla, Paranal e Chajnantor. No Paranal, o ESO opera o Very Large Telescope e o Interferómetro do Very Large Telescope, assim como telescópios de rastreio, tal como o VISTA.

Ainda no Paranal, o ESO acolherá e operará o Cherenkov Telescope Array South, o maior e mais sensível observatório de raios gama do mundo. Juntamente com parceiros internacionais, o ESO opera o APEX e o ALMA no Chajnantor, duas infraestruturas que observam o céu no domínio do milímetro e do submilímetro.

No Cerro Armazones, próximo do Paranal, estamos a construir “o maior olho do mundo voltado para o céu” — o Extremely Large Telescope do ESO. Dos nossos gabinetes em Santiago do Chile, apoiamos as nossas operações no país e trabalhamos com parceiros chilenos e com a sociedade chilena.

eso2216pt — Nota de Imprensa Científica
30 de Novembro de 2022



 

537: O ESO captura o fantasma de uma estrela gigante

CIÊNCIA/ASTRONOMIA/ESO

Uma teia de aranha fantasmagórica, dragões mágicos ou finos traços de fantasmas? O que é que estamos a ver nesta imagem do remanescente da super-nova da Vela? Esta bela tapeçaria de cores, que foi capturada com grande detalhe pelo VLT Survey Telescope, instalado no Observatório do Paranal do ESO, no Chile, mostra os restos fantasmagóricos de uma estrela gigantesca.

Esta fina estrutura de nuvens rosa e laranja é tudo o que resta de uma estrela massiva que terminou a sua vida numa enorme explosão há cerca de 11 mil anos atrás. Quando as estrelas mais massivas chegam ao fim das suas vidas, geralmente explodem violentamente num evento chamado super-nova.

Estas explosões provocam ondas de choque que se deslocam pelo gás circundante, comprimindo-o e criando intrincadas estruturas filamentares. A energia libertada aquece os tentáculos gasosos, fazendo-os brilhar intensamente, como podemos ver na imagem.

Nesta imagem de 554 milhões de pixeis, temos uma vista extremamente detalhada do remanescente da super-nova da Vela, assim designada pela sua localização na constelação austral da Vela.

Caberiam nove luas cheias nesta imagem e a nuvem completa é ainda maior. Situado a apenas 800 anos-luz de distância da Terra, este remanescente de super-nova é um dos mais próximos que conhecemos.

Quando explodiu, as camadas mais exteriores da estrela progenitora foram ejectadas no gás circundante, dando origem a estes filamentos. O que resta da estrela é apenas uma bola ultra densa onde protões e electrões são forçados a juntar-se em neutrões — uma estrela de neutrões.

A estrela de neutrões do remanescente da Vela, que se encontra ligeiramente fora da imagem no canto superior esquerdo, é uma pulsar que roda sobre o seu próprio eixo à incrível velocidade de mais de 10 vezes por segundo.

Esta imagem trata-se de um mosaico de observações obtidas com a câmara de grande campo OmegaCAM, montada no VLT Survey Telescope (VST), no Observatório do Paranal do ESO, no Chile.

A câmara de 268 milhões de pixeis pode obter imagens através de vários filtros que deixam passar luz de diferentes cores. Nesta imagem particular do remanescente da Vela foram usados quatro filtros diferentes, aqui representados por uma combinação de magenta, azul, verde e vermelho.

O VST pertence ao Instituto Nacional de Astrofísica italiano, INAF, e com o seu espelho de 2,6 metros é um dos maiores telescópios dedicados ao rastreio do céu nocturno no visível. Esta imagem é um exemplo de um tal rastreio: o VPHAS+ (VST Photometric Hα Survey of the Southern Galactic Plane and Bulge).

Durante cerca de sete anos, este rastreio mapeou uma área considerável da nossa Galáxia, permitindo aos astrónomos compreender melhor como é que as estrelas se formam, evoluem e eventualmente morrem.

Informações adicionais

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No Paranal, o ESO opera o Very Large Telescope e o Interferómetro do Very Large Telescope, assim como telescópios de rastreio, tal como o VISTA. Ainda no Paranal, o ESO acolherá e operará o Cherenkov Telescope Array South, o maior e mais sensível observatório de raios gama do mundo.

Juntamente com parceiros internacionais, o ESO opera o APEX e o ALMA no Chajnantor, duas infra-estruturas que observam o céu no domínio do milímetro e do submilímetro. No Cerro Armazones, próximo do Paranal, estamos a construir “o maior olho do mundo voltado para o céu” — o Extremely Large Telescope do ESO.

Dos nossos gabinetes em Santiago do Chile, apoiamos as nossas operações no país e trabalhamos com parceiros chilenos e com a sociedade chilena.

ESO-European South Observatory
eso2214pt — Foto de Imprensa
31 de Outubro de 2022



 

60: Telescópio do ESO observa dança cósmica

CIÊNCIA/ASTRONOMIA/ESO

O Very Large Telescope (VLT) do ESO observou o resultado de uma colisão cósmica — a galáxia NGC 7727. Esta gigante nasceu da fusão de duas galáxias, um evento que se iniciou há cerca de um milhar de milhões de anos. No seu centro encontramos o par de buracos negros mais próximo alguma vez descoberto, dois objectos destinados a coalescer num buraco negro ainda mais massivo.

Tal como podemos chocar com alguém numa rua movimentada, também as galáxias podem chocar umas contras as outras. Mas, enquanto as interacções galácticas são muito mais violentas que um choque na rua, as estrelas individuais não chocam geralmente entre si, já que, comparadas ao seu tamanho, as distâncias entre elas são muito grandes.

Em vez disso, as galáxias “dançam” em torno uma da outra, com a gravidade a criar forças de maré que mudam drasticamente a forma dos dois parceiros de dança. “Caudas” de estrelas, gás e poeira são tecidas em torno das galáxias à medida que elas formam eventualmente uma nova galáxia, dando origem a uma bonita e desordenada forma assimétrica como a que vemos aqui na NGC 7727.

As consequências deste choque cósmico são muito evidentes nesta imagem da galáxia, obtida com o instrumento FORS2 (FOcal Reducer and low dispersion Spectrograph 2) montado no VLT do ESO. Apesar desta galáxia ter já sido previamente observada com outro telescópio do ESO, esta nova imagem mostra detalhes mais intrincados, tanto no corpo principal da galáxia como nas ténues caudas que a rodeiam.

Nesta imagem do VLT do ESO podemos ver os trilhos emaranhados criados à medida que as duas galáxias vão coalescendo, arrancando estrelas e poeira uma à outra para formar os longos braços que envolvem a NGC 7727. Partes destes braços encontram-se salpicadas de estrelas, as quais aparecem como pontos brilhantes azul-lilás na imagem.

Também visíveis na imagem estão dois pontos brilhantes no centro da galáxia, outro sinal do seu passado dramático. O núcleo da NGC 7727 é ainda composto pelos dois núcleos galácticos originais, cada um com um buraco negro super-massivo. Situados a cerca de 89 milhões de anos-luz de distância da Terra, na constelação do Aquário, trata-se do par de buracos negros super-massivos mais próximo de nós.

Os buracos negros da NGC 7727 observam-se a uma distância entre si no céu de apenas 1600 anos-luz, esperando-se que coalesçam dentro de 250 milhões de anos, um piscar de olhos à escala astronómica. Quando os buracos negros se fundirem completamente teremos um buraco negro ainda mais massivo.

Prevê-se que a procura de pares de buracos negros super-massivos escondidos, como este, dê um grande passo em frente com o futuro Extremely Large Telescope (ELT) do ESO, que está previsto começar a operar mais para o final desta década, no deserto chileno do Atacama. Com o ELT, esperamos descobrir muitos mais destes objectos no centro das galáxias.

A nossa Galáxia, a Via Láctea, que também alberga um buraco negro super-massivo no seu centro, vai acabar por coalescer com a nossa vizinha próxima, a galáxia de Andrómeda, daqui a milhares de milhões de anos. Talvez a galáxia resultante se pareça com a dança cósmica que vemos na NGC 7727, por isso esta imagem até nos pode estar a dar um vislumbre do futuro.

Informações adicionais

Esta imagem foi criada no âmbito do programa Jóias Cósmicas do ESO, uma iniciativa que visa obter imagens de objectos interessantes, intrigantes ou visualmente atractivos, utilizando os telescópios do ESO, para efeitos de educação e divulgação científica. O programa utiliza tempo de telescópio que não pode ser usado em observações científicas. Todos os dados obtidos podem ter igualmente interesse científico e são por isso postos à disposição dos astrónomos através do arquivo científico do ESO.

O Observatório Europeu do Sul (ESO) ajuda cientistas de todo o mundo a descobrir os segredos do Universo, o que, consequentemente, beneficia toda a sociedade. No ESO concebemos, construimos e operamos observatórios terrestres de vanguarda — os quais são usados pelos astrónomos para investigar as maiores questões astronómicas da nossa época e levar ao público o fascínio da astronomia — e promovemos colaborações internacionais em astronomia.

Estabelecido como uma organização intergovernamental em 1962, o ESO é hoje apoiado por 16 Estados Membros (Alemanha, Áustria, Bélgica, Dinamarca, Espanha, Finlândia, França, Irlanda, Itália, Países Baixos, Polónia, Portugal, Reino Unido, República Checa, Suécia e Suíça), para além do Chile, o país de acolhimento, e da Austrália como Parceiro Estratégico.

A Sede do ESO e o seu centro de visitantes e planetário, o Supernova do ESO, situam-se perto de Munique, na Alemanha, enquanto o deserto chileno do Atacama, um lugar extraordinário com condições únicas para a observação dos céus, acolhe os nossos telescópios. O ESO mantém em funcionamento três observatórios: La Silla, Paranal e Chajnantor.

No Paranal, o ESO opera o Very Large Telescope e o Interferómetro do Very Large Telescope, assim como dois telescópios de rastreio: o VISTA, que trabalha no infravermelho, e o VLT Survey Telescope, concebido para mapear o céu no visível. Ainda no Paranal, o ESO acolherá e operará o Cherenkov Telescope Array South, o maior e mais sensível observatório de raios gama do mundo.

Juntamente com parceiros internacionais, o ESO opera o APEX e o ALMA no Chajnantor, duas infra-estruturas que observam o céu no domínio do milímetro e do submilímetro. No Cerro Armazones, próximo do Paranal, estamos a construir “o maior olho do mundo voltado para o céu” — o Extremely Large Telescope do ESO. Dos nossos gabinetes em Santiago do Chile, apoiamos as nossas operações no país e trabalhamos com parceiros chilenos e com a sociedade chilena.

ESO – European South Observatory
eso2211pt — Foto de Imprensa
16 de Agosto de 2022