5381: Medidos pela primeira vez em Júpiter ventos estratosféricos muito fortes

CIÊNCIA/ASTRONOMIA/JÚPITER

Esta imagem mostra uma representação artística dos ventos na estratosfera de Júpiter perto do pólo sul do planeta, com as linhas azuis a representarem as velocidades dos ventos. Estas linhas estão sobrepostas a uma imagem real de Júpiter, obtida pela câmara JunoCam instalada a bordo da sonda espacial Juno da NASA.
As famosas bandas de nuvens de Júpiter estão situadas na atmosfera inferior, onde já se tinham anteriormente medido ventos. No entanto, detectar ventos logo por cima desta camada atmosférica, na estratosfera, é muito mais difícil porque não existem nuvens nesta zona. Ao analisar os resultados da colisão de um cometa em 1994 e com o auxílio do ALMA, do qual o ESO é um parceiro, os investigadores conseguiram detectar ventos estratosféricos extremamente fortes, com velocidades de até 1450 km/hora, perto dos pólos de Júpiter.
Crédito: ESO/L. Calçada & NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS

Com o auxílio do ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), do qual o Observatório Europeu do Sul (ESO) é um parceiro, uma equipa de astrónomos mediu directamente e pela primeira vez ventos na atmosfera intermédia de Júpiter. Ao analisar o resultado da colisão de um cometa em 1994, os investigadores descobriram ventos muito fortes, com velocidades de até 1450 km/hora, perto dos pólos de Júpiter, o que pode apontar para o que a equipa descreveu como um “monstro meteorológico único no nosso Sistema Solar”.

Júpiter é famoso pelas suas distintas bandas vermelhas e brancas: nuvens serpenteantes de gás em movimento que os astrónomos usam tradicionalmente para seguir os ventos na baixa atmosfera de Júpiter. Os cientistas observam também brilhos intensos, as chamadas auroras, perto dos pólos do planeta gigante, que parecem estar associadas a ventos fortes na atmosfera superior. No entanto, e até agora, os investigadores nunca tinham medido de forma directa padrões de vento entre estas duas camadas atmosféricas, i.e., na estratosfera.

Medir velocidades do vento na estratosfera de Júpiter usando as técnicas normais de seguimento das nuvens é impossível devido à ausência de nuvens nesta parte da atmosfera. No entanto, e com a ajuda do cometa Shoemaker-Levy 9, que colidiu com o gigante gasoso de forma espectacular em 1994, os astrónomos tiveram a oportunidade de fazer estas medições utilizando uma técnica alternativa. O impacto deste cometa no planeta deu origem a novas moléculas na estratosfera de Júpiter, as quais se têm estado a movimentar com os ventos desde essa altura.

Uma equipa de astrónomos, liderada por Thibault Cavalié do Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux em França, seguiu uma dessas moléculas — cianeto de hidrogénio (HCN) — para medir directamente “jactos” estratosféricos em Júpiter. Os cientistas usam a palavra “jacto” para se referirem a bandas estreitas de ventos na atmosfera, tal como as correntes de jacto na Terra.

“O resultado mais espectacular que obtivemos foi a detecção de jactos muito fortes, com velocidades de até 400 metros por segundo, localizados por baixo das auroras, perto dos pólos,” diz Cavalié. Estas velocidades dos ventos, equivalentes a cerca de 1450 km/hora, correspondem a mais do dobro das velocidades das tempestades mais fortes observadas na Grande Mancha Vermelha de Júpiter e a mais do triplo das velocidades dos ventos medidas nos tornados mais extremos da Terra.

“Esta nossa detecção indica que estes jactos se podem comportar como um vórtice gigante com um diâmetro de até quatro vezes o tamanho da Terra e com cerca de 900 km de altura,” explica o co-autor do trabalho Bilal Benmahi, também do Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux. “Um vórtice deste tamanho pode bem ser um ‘monstro meteorológico’ único no nosso Sistema Solar,” acrescenta Cavalié.

Os astrónomos já sabiam da existência de ventos fortes perto dos pólos de Júpiter, mas situados muito mais alto na atmosfera, a centenas de quilómetros por cima da área de foco deste novo estudo, o qual foi publicado a semana passada na revista da especialidade Astronomy & Astrophysics. Estudos anteriores previam que estes ventos na atmosfera superior diminuiriam em velocidade e desapareceriam muito antes de chegar às profundidades correspondentes à estratosfera. No entanto, “os novos dados ALMA dizem-nos o contrário,” refere Cavalié, acrescentando que o facto de descobrir estes ventos estratosféricos fortes perto dos pólos de Júpiter constituiu uma “verdadeira surpresa”.

A equipa utilizou 42 das 66 antenas de alta precisão do ALMA, localizadas no deserto do Atacama no norte do Chile, para analisar as moléculas de cianeto de hidrogénio que se têm estado a deslocar na estratosfera de Júpiter desde o impacto do cometa Shoemaker-Levy 9. Os dados ALMA permitiram medir o desvio de Doppler — variações minúsculas na frequência da radiação emitida pelas moléculas — causado pelos ventos nesta região do planeta. “Ao medir estas variações, pudemos determinar a velocidade dos ventos, um pouco como podemos determinar a velocidade de um comboio a passar pela variação na frequência do apito do comboio,” explica o coautor do estudo Vincent Hue, um cientista planetário do SwRI (Southwest Research Institute) nos EUA.

Para além dos surpreendentes ventos polares, a equipa usou também o ALMA para confirmar a existência de ventos estratosféricos fortes em torno do equador do planeta ao medir directamente, e também pela primeira vez, as suas velocidades. Os jactos descobertos nesta região do planeta têm velocidades médias de cerca de 600 km por hora.

As observações ALMA necessárias para seguir os ventos estratosféricos nos pólos e no equador de Júpiter necessitaram de menos de 30 minutos em termos de tempo de telescópio. “Os altos níveis de detalhe que conseguimos atingir em tão pouco tempo demonstram bem o extraordinário poder do ALMA,” disse Thomas Greathouse, cientista no SwRI e co-autor do estudo. “Achei surpreendente obter a primeira medição directa destes ventos.”

“Estes resultados do ALMA abrem uma nova janela no estudo das regiões aurorais de Júpiter, algo inesperado a apenas alguns meses atrás,” disse Cavalié. “Esta descoberta preparou também o palco para as medições, semelhantes mas mais extensas, que serão levadas a cabo pela missão JUICE e o seu instrumento de ondas submilimétricas,” acrescenta Greathouse, referindo-se ao JUpiter ICy moons Explorer da ESA, que se espera que seja lançado no próximo ano.

O ELT (Extremely Large Telescope) do ESO, que deverá ver a sua primeira luz durante a segunda metade desta década, irá também explorar Júpiter. O telescópio será capaz de fazer observações extremamente detalhadas das auroras do planeta, fornecendo-nos assim mais informações sobre a atmosfera de Júpiter.

Astronomia On-line
23 de Março de 2021

(artigo relacionado: Medidos pela primeira vez em Júpiter ventos estratosféricos muito fortes )


4954: Descoberta de quasar estabelece novo recorde de distância

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Impressão de artista do quasar J0313-1806, visto apenas 670 milhões de anos após o Big Bang.
Crédito: NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva

Uma equipa internacional de astrónomos descobriu o quasar que é até à data o mais distante – um monstro cósmico a mais de 13 mil milhões de anos-luz da Terra alimentado por um buraco negro super-massivo mais de 1,6 mil milhões de vezes mais massivo do que o Sol e mais de 1000 vezes mais brilhante do que toda a nossa Via Láctea.

O quasar, chamado J0313–1806, é visto quando o Universo tinha apenas 670 milhões de anos e está a fornecer aos astrónomos informações valiosas sobre como as galáxias massivas – e os buracos negros super-massivos nos seus núcleos – se formaram no início do Universo. Os cientistas apresentaram os seus achados na reunião da Sociedade Astronómica Americana, realizada virtualmente, e num artigo científico aceite para publicação na revista The Astrophysical Journal Letters.

A nova descoberta bate o recorde anterior de distância para um quasar, estabelecido há três anos. As observações com o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) no Chile confirmaram a medição da distância com alta precisão.

Os quasares ocorrem quando a poderosa gravidade de um buraco negro super-massivo no núcleo de uma galáxia atrai o material circundante que forma um disco orbital de material super-aquecido em torno do buraco negro. O processo liberta uma quantidade enorme de energia, tornando o quasar extremamente brilhante, muitas vezes ofuscando o resto da galáxia.

O buraco negro no centro de J0313-1806 é duas vezes mais massivo do que o recordista anterior e esse facto fornece aos astrónomos uma pista valiosa sobre estes buracos negros e o seu efeito sobre as galáxias hospedeiras.

“Esta é a primeira evidência de como um buraco negro super-massivo está a afectar a galáxia em seu redor,” disse Feige Wang, do Observatório Steward da Universidade do Arizona e líder da equipa de investigação. “A partir de observações de galáxias menos distantes, sabemos que isto tem que acontecer, mas nunca vimos isto acontecer tão cedo no Universo.”

Os astrónomos disseram que a enorme massa do buraco negro de J0313-1806, num momento tão precoce na história do Universo, descarta dois modelos teóricos de como estes objectos se formaram. No primeiro destes dois modelos, as estrelas massivas individuais explodem como super-novas e colapsam em buracos negros que então coalescem em buracos negros maiores. No segundo, densos enxames de estrelas colapsam num enorme buraco negro. No entanto, em ambos os casos, o processo leva demasiado tempo para produzir um buraco negro tão massivo quanto o de J0313-1806 na altura a que o vemos.

“Isto indica que, não importa o que façamos, a ‘semente’ deste buraco negro deve ter sido formada por um mecanismo diferente,” disse Xiaohui Fan, também da Universidade do Arizona. “Neste caso, é um mecanismo que envolve grandes quantidades de gás hidrogénio frio e primordial que colapsa directamente para um buraco negro ‘semente’.”

As observações de J0313-1806 pelo ALMA forneceram detalhes tentadores sobre a galáxia hospedeira do quasar, que está a formar novas estrelas a um ritmo 200 vezes maior do que o da Via Láctea. “Esta é uma taxa de formação estelar relativamente alta em galáxias de idade semelhante, e indica que a galáxia hospedeira do quasar está a crescer muito depressa,” disse Jinyi Yang, segunda autora do artigo, também da Universidade do Arizona.

O brilho do quasar indica que o buraco negro está a engolir o equivalente a 25 sóis todos os anos. A energia libertada por essa alimentação rápida, disseram os astrónomos, provavelmente está a gerar um poderoso fluxo de gás ionizado que é visto a mover-se a cerca de 20% da velocidade da luz.

Pensa-se que tais fluxos sejam o que, em última análise, para a formação de estrelas na galáxia.

“Achamos que esses buracos negros super-massivos foram a razão pela qual muitas das grandes galáxias pararam de formar estrelas em algum ponto,” disse Fan. “Observamos esta ‘extinção’ em épocas posteriores mas, até agora, não sabíamos quão cedo este processo tinha começado na história do Universo. Este quasar é a primeira evidência de que a extinção pode ter acontecido em tempos muito antigos.”

Fan realçou que este processo também deixará o buraco negro sem nada para comer e interromperá o seu crescimento.

Além do ALMA, os astrónomos usaram o telescópio Magellan Baade de 6,5 metros, o telescópio Gemini Norte e o Observatório W. M. Keck, ambos no Hawaii, e o telescópio Gemini Sul no Chile.

Os astrónomos planeiam continuar a estudar J0313-1806 e outros quasares com telescópios terrestres e espaciais.

Astronomia On-line
15 de Janeiro de 2021


4935: O ALMA captura galáxia distante em colisão a morrer à medida que perde a capacidade de formar novas estrelas

CIÊNCIA/ASTRONOMIA/ESO

As galáxias começam a “morrer” quando param de formar estrelas, mas até agora os astrónomos nunca tinham observado claramente o início deste processo numa galáxia distante. Com o auxílio do Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), do qual o Observatório Europeu do Sul (ESO) é um parceiro, os astrónomos observaram uma galáxia a lançar para o exterior quase metade do seu gás, gás esse que deveria ser utilizado para formar estrelas. Esta ejecção de matéria está a ocorrer a uma taxa surpreendente, equivalente a 10 000 sóis por ano, o que significa que a galáxia está a perder muito rapidamente o “combustível” necessário à formação de novas estrelas. A equipa pensa que este evento terá sido despoletado pela colisão com outra galáxia, o que poderá levar os astrónomos a repensar o modo como as galáxias param de formar novas estrelas.

Esta é a primeira vez que observamos uma galáxia com formação estelar massiva típica no Universo distante prestes a ‘morrer’ devido a uma ejecção massiva de gás frio,” disse Annagrazia Puglisi, investigadora principal do novo estudo, da Universidade de Durham, Reino Unido, e do Centro de Investigação Nuclear de Saclay (CEA-Saclay), França. A galáxia, ID2299, está tão distante que a sua luz demora 9 mil milhões de anos a chegar até nós; vemo-la por isso quando o Universo tinha apenas 4,5 mil milhões de anos de idade.

A ejecção de gás está a ocorrer a uma taxa equivalente a 10 000 sóis por ano, removendo uns incríveis 46% do gás frio total existente na ID2299. A pista elusiva que alertou os cientistas para o que estava a acontecer nesta galáxia foi a associação do gás ejectado com uma “cauda de maré”. As caudas de maré são correntes alongadas de estrelas e gás que se estendem para o espaço interestelar e que são criadas quando duas galáxias se fundem, mas que são normalmente muito ténues para poderem ser observadas em galáxias distantes. No entanto, a equipa conseguiu observar esta estrutura relativamente brilhante mesmo na altura em que estava a ser lançada para o espaço, conseguindo identificá-la como uma cauda de maré.

A maioria dos astrónomos pensa que os ventos causados pela formação estelar e a actividade de buracos negros nos centros de galáxias massivas são responsáveis por lançar para o espaço material que, de outro modo, seria utilizado na formação estelar, terminando assim com a capacidade das galáxias de formar novas estrelas. Contudo, o novo estudo publicado hoje na Nature Astronomy sugere que as fusões galácticas podem também ser responsáveis por ejectar para o espaço este “combustível” de formação estelar.

O nosso estudo sugere que as ejecções de gás podem ter origem em fusões e que ventos e caudas de maré podem parecer muito semelhantes,” explica o co-autor do estudo Emanuele Daddi do CEA-Saclay. Por causa disso, algumas das equipas que anteriormente identificaram ventos lançados por galáxias distantes poderão de facto ter observado caudas de maré a ejectar gás dessas galáxias. “Este facto pode levar-nos a rever o que sabemos sobre como ‘morrem’ as galáxias distantes,” acrescenta Daddi.

Puglisi concorda com a importância da descoberta da equipa: “Fiquei muito entusiasmada ao descobrir uma galáxia tão excepcional! Estava ansiosa para aprender mais sobre este estranho objecto, pois convenci-me de que havia aqui uma lição importante sobre a evolução de galáxias distantes.

Esta descoberta surpreendente foi feita por acaso quando a equipa estava a analisar um rastreio de galáxias obtido pelo ALMA com o objectivo de estudar as propriedades do gás frio em mais de 100 galáxias distantes. A ID2299 foi observada pelo ALMA durante apenas alguns minutos, mas o poderoso observatório, localizado no norte do Chile, permitiu à equipa colectar dados suficientes para detectar a galáxia e a sua cauda de ejecção.

O ALMA lançou uma nova luz sobre os mecanismos que podem fazer parar a formação estelar em galáxias distantes. Testemunhar um tal evento de perturbação tão massivo permite-nos acrescentar uma peça importante ao complexo puzzle da evolução galáctica,” explica Chiara Circosta, uma investigadora na University College London, Reino Unido, que também contribuiu para este trabalho.

No futuro, a equipa poderá usar o ALMA para fazer observações com maior resolução e mais profundas desta galáxia, para tentar compreender melhor a dinâmica do gás ejectado. Observações com o futuro Extremely Large Telescope do ESO permitirão à equipa explorar as ligações entre as estrelas e o gás na ID2299, o que nos poderá dar novas pistas sobre a evolução das galáxias.

Informações adicionais

Este trabalho foi descrito num artigo científico intitulado “A titanic interstellar medium ejection from a massive starburst galaxy at z=1.4” que será publicado na revista especialidade Nature Astronomy (doi: 10.1038/s41550-020-01268-x).

A equipa é composta por A. Puglisi (Centre for Extragalactic Astronomy, Durham University, RU e CEA, IRFU, DAp, AIM, Université Paris-Saclay, Université Paris Diderot, Sorbonne Paris Cité, CNRS, França [CEA]), E. Daddi (CEA), M. Brusa (Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università di Bologna, Itália e INAF-Osservatorio Astronomico di Bologna, Itália), F. Bournaud (CEA), J. Fensch (Univ. Lyon, ENS de Lyon, Univ. Lyon 1, CNRS, Centre de Recherche Astrophysique de Lyon, França), D. Liu (Instituto Max Planck de Astronomia, Alemanha), I. Delvecchio (CEA), A. Calabrò (INAF-Osservatorio Astronomico di Roma, Itália), C. Circosta (Department of Physics & Astronomy, University College London, RU), F. Valentino (Centro Cosmic Dawn do Instituto Niels Bohr, Universidade de Copenhaga e DTU-Space, Universidade Técnica da Dinamarca, Dinamarca), M. Perna (Centro de Astrobiología (CAB, CSIC–INTA), Departamento de Astrofísica, Espanha e INAF-Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Itália), S. Jin (Instituto de Astrofísica de Canarias e Universidad de La Laguna, Dpto. Astrofísica, Espanha), A. Enia (Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università di Padova, Itália [Padova]), C. Mancini (Padova) e G. Rodighiero (Padova e INAF-Osservatorio Astronomico di Padova, Itália).

O ESO é a mais importante organização europeia intergovernamental para a investigação em astronomia e é de longe o observatório astronómico mais produtivo do mundo. O ESO tem 16 Estados Membros: Alemanha, Áustria, Bélgica, Dinamarca, Espanha, Finlândia, França, Holanda, Irlanda, Itália, Polónia, Portugal, Reino Unido, República Checa, Suécia e Suíça, para além do país de acolhimento, o Chile, e a Austrália, um parceiro estratégico. O ESO destaca-se por levar a cabo um programa de trabalhos ambicioso, focado na concepção, construção e operação de observatórios astronómicos terrestres de ponta, que possibilitam aos astrónomos importantes descobertas científicas. O ESO também tem um papel importante na promoção e organização de cooperação na investigação astronómica. O ESO mantém em funcionamento três observatórios de ponta no Chile: La Silla, Paranal e Chajnantor. No Paranal, o ESO opera  o Very Large Telescope e o Interferómetro do Very Large Telescope, o observatório astronómico óptico mais avançado do mundo, para além de dois telescópios de rastreio: o VISTA, que trabalha no infravermelho, e o VLT Survey Telescope, concebido exclusivamente para mapear os céus no visível. O ESO é também um parceiro principal em duas infra-estruturas situadas no Chajnantor, o APEX e o ALMA, o maior projecto astronómico que existe actualmente. E no Cerro Armazones, próximo do Paranal, o ESO está a construir o Extremely Large Telescope (ELT) de 39 metros, que será “o maior olho do mundo virado para o céu”.

O Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), uma infra-estrutura astronómica internacional, surge no âmbito de uma parceria entre o ESO, a Fundação Nacional de Ciências dos Estados Unidos (NSF) e os Institutos Nacionais de Ciências da Natureza (NINS) do Japão, em cooperação com a República do Chile. O ALMA é financiado pelo ESO em prol dos seus Estados Membros, pela NSF em cooperação com o Conselho de Investigação Nacional do Canadá (NRC) e do Conselho Nacional Científico da Taiwan (NSC) e pelo NINS em cooperação com a Academia Sinica (AS) da Taiwan e o Instituto de Astronomia e Ciências do Espaço da Coreia (KASI). A construção e operação do ALMA é coordenada pelo ESO, em prol dos seus Estados Membros; pelo Observatório Nacional de Rádio Astronomia dos Estados Unidos (NRAO), que é gerido pela Associação de Universidades, Inc. (AUI), em prol da América do Norte e pelo Observatório Astronómico Nacional do Japão (NAOJ), em prol do Leste Asiático. O Observatório Conjunto ALMA (JAO) fornece uma liderança e gestão unificadas na construção, comissionamento e operação do ALMA.

eso2101pt — Nota de Imprensa Científica
11 de Janeiro de 2021
Utilização de Imagens, Vídeos e Música do ESO

 

4760: Gás veloz fluindo para longe de cintura de asteróides de jovem estrela pode ser provocado pela vaporização de cometas gelados

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Impressão de artista do sistema NO Lup.
Crédito: Instituto de Astronomia da Universidade de Cambridge

Os astrónomos detectaram o gás monóxido de carbono em movimento rápido fluindo de uma estrela jovem de baixa massa: um estágio único na evolução planetária que pode fornecer uma visão sobre como o nosso próprio Sistema Solar evoluiu e sugere que a maneira como os sistemas se desenvolvem pode ser mais complicada do que se pensava.

Embora não esteja claro como o gás está a ser expelido tão depressa, uma equipa de investigadores, liderada pela Universidade de Cambridge, pensa que pode ser produzido a partir de cometas gelados sendo vaporizados na cintura de asteróides da estrela. Os resultados foram aceites para publicação na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society e serão apresentados na conferência virtual “Five Years After HL Tau”.

A detecção foi feita com o ALMA (Atacama Large Millimetre/submillimetre Array) no Chile, como parte de um levantamento de estrelas jovens de ‘classe III’, relatado num artigo científico anterior. Algumas destas estrelas de classe III estão rodeadas por discos de detritos, que se pensa serem formados por colisões contínuas de cometas, asteróides e outros objectos sólidos, conhecidos como planetesimais, nos confins de sistemas planetários recentemente formados. Os remanescentes de poeira e detritos destas colisões absorvem a luz das suas estrelas centrais e re-irradiam essa energia como um brilho fraco que pode ser estudado com o ALMA.

Nas regiões internas dos sistemas planetários, espera-se que os processos de formação planetária resultem na perda de toda a poeira mais quente, e as estrelas da classe III são aquelas que ficam com – no máximo – poeira ténue e fria. Estas ténues cinturas de poeira fria são semelhantes aos discos de detritos vistos em torno de outras estrelas, idênticos à Cintura de Kuiper do nosso próprio Sistema Solar, que é conhecida por hospedar asteróides muito maiores e cometas.

No levantamento, descobriu-se que a estrela em questão, NO Lup, que tem cerca de 70% da massa do nosso Sol, tem um disco empoeirado de baixa massa, mas é a única estrela da classe III onde foi detectado o gás monóxido de carbono, a primeira vez para este tipo de estrela jovem com o ALMA. Embora se saiba que muitas estrelas jovens ainda hospedam os discos formadores de planetas ricos em gás a partir dos quais nascem, o de NO Lup é mais evoluído, e seria de esperar que tivesse perdido este gás primordial após a formação dos seus planetas.

Embora a detecção do gás monóxido de carbono seja rara, o que tornou a observação única foi a escala e a velocidade do gás, o que levou a um estudo de acompanhamento para explorar o seu movimento e origens.

“Só a detecção do gás monóxido de carbono já foi empolgante, já que nenhuma outra jovem estrela deste tipo tinha sido previamente fotografada com o ALMA,” disse o autor principal Joshua Lovell, estudante de doutoramento do Instituto de Astronomia de Cambridge. “Mas quando olhámos mais atentamente, encontrámos algo ainda mais invulgar: dada a distância a que o gás estava da estrela, movia-se muito mais depressa do que o esperado. Isto intrigou-nos durante algum tempo.”

Grant Kennedy, da Universidade de Warwick, que liderou o trabalho de modelagem do estudo, apresentou uma solução para o quebra-cabeças. “Encontrámos uma maneira simples de o explicar: ao modelar um anel de gás, mas dando ao gás um impulso extra para fora,” disse. “Outros modelos foram usados para explicar os discos jovens com mecanismos semelhantes, mas este disco é mais como um disco de detritos onde não tínhamos testemunhado ventos antes. O nosso modelo mostrou que o gás é totalmente consistente com um cenário em que está sendo lançado para fora a cerca de 22 km/s, muito mais rápido do que qualquer velocidade orbital estável.”

Uma análise posterior também mostrou que o gás pode ser produzido durante as colisões entre asteróides, ou durante períodos de sublimação – a transição do estado sólido para o estado gasoso – à superfície dos cometas da estrela, que devem ser ricos em monóxido de carbono gelado.

Foram recolhidas recentemente evidências do mesmo processo no nosso próprio Sistema Solar com a missão New Horizons da NASA, quando observou o objecto Ultima Thule (ou Arrokoth) em 2019, da Cintura de Kuiper, e encontrou a evolução de sublimação à superfície do corpo gelado, que teve lugar há cerca de 4,5 mil milhões de anos. O mesmo evento que vaporizou cometas no nosso próprio Sistema Solar há milhares de milhões de anos pode, portanto, ter sido capturado pela primeira vez a mais de 400 anos-luz de distância, num processo que pode ser comum em torno de estrelas formadoras de planetas, e que pode ter implicações na evolução de todos os cometas, asteróides e planetas.

“Esta estrela fascinante está a lançar luz sobre os tipos de processos físicos que moldam os sistemas planetários logo após nascerem, logo depois de terem emergido de serem envoltos pelo seu disco protoplanetário,” disse o co-autor Professor Mark Wyatt, também do Instituto de Astronomia de Cambridge. “Embora tenhamos visto gás produzido por planetesimais em sistemas mais antigos, o ritmo de libertação no qual o gás está a ser produzido neste sistema e a sua natureza de fluxo são bastante notáveis, e apontam para uma fase de evolução do sistema planetário que estamos aqui a testemunhar pela primeira vez.”

Embora o puzzle ainda não esteja totalmente resolvido, e seja necessária uma modelagem mais detalhada para entender como o gás está a ser expelido tão rapidamente, o que é certo é que este sistema será alvo de medições de acompanhamento mais intensas.

“Esperamos que o ALMA esteja online novamente no próximo ano e faremos questão de observar este sistema novamente em mais detalhes,” disse Lovell. “Tendo em conta o que aprendemos sobre este estágio inicial da evolução dos sistemas planetários com apenas uma curta observação de 30 minutos, ainda há muito mais que este sistema nos pode dizer.”

Astronomia On-line
4 de Dezembro de 2020

 

 

4566: Galáxias no Universo jovem eram surpreendentemente maduras

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Impressão de artista de uma galáxia no início do Universo que é muito poeirenta e que mostra os primeiros sinais de um disco giratório. Na imagem, o vermelho representa gás, e o azul/castanho representa poeira vista no rádio com o ALMA. No plano de fundo são vistas muitas outras galáxias, com base em dados ópticos do VLT e do Subaru.
Crédito: B. Saxton NRAO/AUI/NSF, ESO, NASA/STScI; NAOJ/Subaru

As galáxias massivas já eram muito mais maduras no início do Universo do que o esperado. Isto foi mostrado por uma equipa internacional de astrónomos que estudou 118 galáxias distantes com o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array).

A maioria das galáxias formou-se quando o Universo ainda era muito jovem. A nossa própria Galáxia, por exemplo, provavelmente começou a formar-se há 13,6 mil milhões de anos, no nosso Universo com 13,8 mil milhões de anos. Quando o Universo tinha apenas 10% da sua idade actual (1-1,5 mil milhões de anos depois do Big Bang), a maioria das galáxias sofreu um “surto de crescimento”. Durante este tempo, fabricaram a maior parte da sua massa estelar e outras propriedades, como poeira, conteúdo de elementos pesados e formas de disco em espiral, que vemos nas galáxias de hoje. Portanto, se quisermos aprender como as galáxias como a nossa Via Láctea se formaram, é importante estudar esta época.

Num levantamento chamado ALPINE (ALMA Large Program to Investigate C+ at Early Times), uma equipa internacional de astrónomos estudou 118 galáxias que passaram por este “surto de crescimento” no início do Universo. “Para nossa surpresa, muitas delas eram mais maduras do que esperávamos,” disse Andreas Faisst, do IPAC (Infrared Processing and Analysis Center) no Caltech (Instituto de Tecnologia da Califórnia).

As galáxias são consideradas mais “maduras” do que “primordiais” quando contêm uma quantidade significativa de poeira e elementos pesados. “Não esperávamos ver tanta poeira e elementos pesados nestas galáxias distantes,” disse Faisst. A poeira e os elementos pesados (definidos pelos astrónomos como todos os elementos mais pesados do que o hidrogénio e hélio) são considerados um subproduto das estrelas moribundas. Mas as galáxias no início do Universo ainda não tiveram muito tempo para construir estrelas, de modo que os astrónomos não esperavam ver também lá muita poeira ou elementos pesados.

“A partir de estudos anteriores, entendemos que estas galáxias jovens são pobres em poeira,” disse Daniel Schaerer, da Universidade de Genebra, na Suíça. “No entanto, descobrimos que cerca de 20% das galáxias ‘montadas’ durante esta época inicial já tinham muita poeira e uma fracção significativa da luz ultravioleta de estrelas recém-nascidas já está oculta por esta poeira,” acrescentou.

Muitas das galáxias também foram consideradas relativamente adultas porque mostraram diversidade nas suas estruturas, incluindo os primeiros sinais de discos com suporte rotacional – o que pode mais tarde levar a galáxias com uma estrutura espiral, como é observado em galáxias como a nossa Via Láctea. Os astrónomos geralmente esperam que as galáxias no início do Universo se pareçam com “desastres” cósmicos porque colidem frequentemente. “Vemos muitas galáxias a colidir, mas também várias delas a girar de maneira ordeira, sem sinais de colisões,” disse John Silverman do Insituto Kavli para Física e Matemática do Universo no Japão.

O ALMA já avistou galáxias muito distantes, como MAMBO-9 (uma galáxia muito empoeirada) e Wolfe Disk (uma galáxia com um disco giratório). Mas era difícil dizer se estas descobertas eram únicas, ou se haviam mais galáxias como elas por aí. O ALPINE é o primeiro levantamento que permitiu aos astrónomos estudar um número significativo de galáxias no Universo primitivo e mostra que podem evoluir mais depressa do que o esperado. Mas os cientistas ainda não entendem como estas galáxias cresceram tão rapidamente e porque é que algumas delas já têm discos giratórios.

As observações do ALMA foram cruciais para esta investigação porque o radiotelescópio pode ver a formação estelar que está escondida pela poeira e rastrear o movimento do gás emitido pelas regiões de formação estelar. Os levantamentos de galáxias no início do Universo geralmente usam telescópios ópticos e infravermelhos. Estes permitem a medição da formação estelar não obstruída e das massas estelares. No entanto, estes telescópios têm dificuldade em medir regiões obscurecidas por poeira, onde as estrelas se formam, ou os movimentos do gás nestas galáxias. E por vezes nem vêm uma galáxia. “Com o ALMA descobrimos algumas galáxias distantes pela primeira vez. Chamamo-las de “Hubble-dark”, pois não puderam ser detectadas nem mesmo como o telescópio Hubble,” disse Lin Yan do Caltech.

Para aprender mais sobre galáxias distantes, os astrónomos querem apontar o ALMA para galáxias individuais por mais tempo. “Queremos ver exactamente onde está a poeira e como o gás se move. Também queremos comparar as galáxias empoeiradas com outras à mesma distância e descobrir se pode haver algo especial nos seus ambientes,” acrescentou Paolo Cassata, da Universidade de Pádua, na Itália, anteriormente na Universidade de Valparaíso no Chile.

O ALPINE é o primeiro e o maior levantamento galáctico em vários comprimentos de onda no início do Universo. Para uma grande amostra de galáxias, a equipa recolheu medições no óptico (incluindo com o Subaru, VISTA, Hubble, Keck e VLT), no infravermelho (Spitzer) e no rádio (ALMA). Os estudos em vários comprimentos de onda são necessários para obter uma imagem completa de como as galáxias são construídas. “Um levantamento tão grande e complexo só é possível graças à colaboração entre vários institutos de todo o mundo,” disse Matthieu Béthermin do Laboratório de Astrofísica de Marselha, na França.

Astronomia On-line
30 de Outubro de 2020

 

Descoberta molécula “estranha” na atmosfera de Titã

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Estas imagens infravermelhas da lua de Saturno, Titã, representam algumas das imagens globais mais claras da superfície da lua gelada. As vistas foram criadas usando 13 anos de dados obtidos pelo instrumento VIMS (Visual and Infrared Mapping Spectrometer) a bordo da sonda Cassini da NASA.
Crédito: NASA/JPL-Caltech/Universidade de Nantes/Universidade do Arizona

Cientistas da NASA identificaram uma molécula na atmosfera de Titã que nunca tinha sido detectada em qualquer outra atmosfera. Na verdade, muitos químicos provavelmente mal ouviram falar ou sabem como pronunciá-la: ciclopropenilideno, ou C3H2. Os cientistas dizem que esta molécula simples baseada em carbono pode ser um precursor de compostos mais complexos que poderiam formar ou alimentar uma possível forma de vida em Titã.

Os investigadores encontraram C3H2 usando um radiotelescópio no norte do Chile, conhecido como ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array). Notaram a molécula C3H2, que é feita de carbono e hidrogénio, enquanto examinavam um espectro de assinaturas de luz únicas recolhido pelo telescópio; estas revelaram a composição química da atmosfera de Titã pela energia que as suas moléculas emitiam ou absorviam.

“Quando percebi que estava a olhar para o ciclopropenilideno, o meu primeiro pensamento foi: ‘Bem, isto é realmente inesperado,'” disse Conor Nixon, cientista planetário do Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, no estado norte-americano de Maryland, que liderou a busca com o ALMA. Os achados da sua equipa foram publicados na edição de 15 de Outubro da revista The Astronomical Journal.

Embora os cientistas tenham encontrado C3H2 em regiões espalhadas pela Galáxia, encontrá-la numa atmosfera foi uma surpresa. Isto porque a molécula ciclopropenilideno pode reagir facilmente com outras moléculas com as quais entra em contacto e formar espécies diferentes. Os astrónomos até agora encontraram C3H2 apenas em nuvens de gás e poeira que flutuam entre sistemas estelares – por outras palavras, em regiões demasiado frias e difusas para facilitar muitas reacções químicas.

Mas atmosferas densas como a de Titã são “colmeias” de actividade química. Essa é uma das razões principais pelas quais os cientistas estão interessados nesta lua, que é o destino da futura missão Dragonfly da NASA. A equipa de Nixon foi capaz de identificar pequenas quantidades de C3H2 em Titã provavelmente porque estavam a observar as camadas superiores da atmosfera da lua, onde há menos gases para interagir com C3H2. Os cientistas ainda não sabem porque é que o composto químico ciclopropenilideno apareceria na atmosfera de Titã, mas em nenhuma outra atmosfera. “Titã é única no nosso Sistema Solar,” disse Nixon. “Provou ser um tesouro de novas moléculas.”

A maior das 62 luas de Saturno, Titã é um mundo intrigante que, de certa forma, é o mais semelhante à Terra que já encontrámos. Ao contrário de qualquer outra lua no Sistema Solar – existem mais de 200 – Titã tem uma atmosfera densa que é quatro vezes mais densa que a da Terra, além de nuvens, chuva, lagos e rios, e até mesmo um oceano subterrâneo de água salgada.

A atmosfera de Titã é composta principalmente por azoto, como a da Terra, com uma pitada de metano. Quando as moléculas de metano e azoto se separam sob o brilho do Sol, os seus átomos componentes desencadeiam uma complexa teia de química orgânica que cativou os cientistas e colocou esta lua no topo da lista dos alvos mais importantes na busca da NASA por vida passada ou presente no Sistema Solar.

“Estamos a tentar descobrir se Titã é habitável,” disse Rosaly Lopes, investigadora sénior e especialista em Titã no JPL da NASA em Pasadena, Califórnia. “De modo que queremos saber quais os elementos químicos da atmosfera que chegam à superfície e, aí, se esse material pode passar pela crosta de gelo até ao oceano por baixo, porque pensamos que é no oceano que estão as condições habitáveis.”

Os tipos de moléculas que podem estar à superfície de Titã podem ser os mesmos que formaram os blocos de construção da vida na Terra. No início da sua história, há 3,8-2,5 mil milhões de anos, quando o metano enchia o ar da Terra em vez de oxigénio, as condições aqui podiam ser semelhantes às de Titã hoje, suspeitam os cientistas.

“Pensamos em Titã como um laboratório da vida real, onde podemos ver uma química semelhante à da Terra primitiva, quando a vida estava o tomar o seu lugar de destaque,” disse Melissa Trainer, astro-bióloga de Goddard da NASA. Trainer é a investigadora principal adjunta da missão Dragonfly e líder de um instrumento no drone Dragonfly que irá analisar a composição da superfície de Titã.

“Estaremos à procura de moléculas maiores do que C3H2,” disse Trainer, “mas precisamos de saber o que está a ocorrer na atmosfera para entender as reacções químicas que levam moléculas orgânicas complexas a se formarem e a choverem para a superfície”.

A molécula ciclopropenilideno é a única outra molécula “cíclica”, ou de circuito fechado, além do benzeno, que foi encontrada na atmosfera de Titã até agora. Embora o composto C3H2 não seja conhecido pela sua utilização em reacções biológicas modernas, as moléculas de circuito fechado são importantes porque formam os anéis para as nucleobases do ADN, a estrutura química complexa que transporta o código genético da vida, e do ARN, outro composto crítico para as funções da vida. “A sua natureza cíclica abre este ramo extra da química que permite construir estas moléculas biologicamente importantes,” disse Alexander Thelen, astro-biólogo de Goddard que trabalhou com Nixon para encontrar C3H2.

Cientistas como Thelen e Nixon estão a usar telescópios terrestres, grandes e altamente sensíveis, para procurar as moléculas de carbono mais simples, relacionadas com a vida, que podem encontrar na atmosfera de Titã. O benzeno era considerado a unidade mais pequena de moléculas anulares e complexas de hidrocarbonetos encontrada em qualquer atmosfera planetária. Mas agora, o C3H2, com metade dos átomos de carbono do benzeno, parece ter tomado o seu lugar.

A equipa de Nixon usou o observatório ALMA para observar Titã em 2016. Ficaram surpresos ao encontrar uma impressão digital química estranha, que Nixon identificou como ciclopropenilideno pesquisando numa base de dados de todas as assinaturas moleculares de luz conhecidas.

Para verificar se os investigadores estavam realmente a ver esta substância invulgar, Nixon examinou artigos científicos publicados a partir de análises de dados da sonda Cassini da NASA, que fez 127 “flybys” por Titã entre 2004 e 2017. Ele queria ver se um instrumento na nave espacial que “farejou” os compostos químicos em torno de Saturno e Titã podia confirmar o seu novo resultado (o instrumento – um espectrómetro de massa – detectou indícios de muitas moléculas misteriosas em Titã que os cientistas ainda estão a tentar identificar). De facto, a Cassini avistou evidências de uma versão electricamente carregada da mesma molécula, C3H3+.

Tendo em conta que é um achado raro, os cientistas estão a tentar aprender mais sobre o ciclopropenilideno e como pode interagir com os gases na atmosfera de Titã.

“É uma pequena molécula muito estranha, de modo que não se aprende sobre ela na química do secundário ou até mesmo no ensino superior,” disse Michael Malaska, cientista planetário do JPL que trabalhou na indústria farmacêutica antes de se apaixonar por Titã e de mudar de carreira para a estudar. “Aqui na Terra, não é algo que se encontra.”

Mas, disse Malaska, encontrar moléculas como C3H2 é realmente importante para ter uma visão geral de Titã: “Cada peça e parte pequena que podemos descobrir ajuda a montar o enorme quebra-cabeças de todas as coisas que por lá acontecem.”

Astronomia On-line
30 de Outubro de 2020

 

4534: ALMA mostra actividade vulcânica na atmosfera de Io

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Composição que mostra a lua de Júpiter, Io, no rádio (ALMA), e no visível (Voyager 1 e Galileu). As imagens ALMA de Io mostram, pela primeira vez, plumas de dióxido de enxofre (a amarelo) a sair dos seus vulcões. Júpiter é visível no plano de fundo (Hubble).
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), I. de Pater et al.; NRAO/AUI NSF, S. Dagnello; NASA/ESA

Novas imagens rádio obtidas pelo ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) mostram pela primeira vez o efeito directo da actividade vulcânica na atmosfera da lua de Júpiter, Io.

Io é a lua mais vulcanicamente activa do nosso Sistema Solar. Abriga mais de 400 vulcões activos, expelindo gases de enxofre que dão a Io as suas cores amarelo-branco-laranja-vermelho quando congelam à sua superfície.

Embora seja extremamente fina – cerca de mil milhões de vezes mais fina do que a atmosfera da Terra – Io tem uma atmosfera que pode ensinar-nos mais sobre a actividade vulcânica de Io e fornecer-nos uma janela para o interior da exótica lua e para o que está a acontecer por baixo da sua crosta colorida.

Pesquisas anteriores mostraram que a atmosfera de Io é dominada pelo gás dióxido de enxofre, proveniente da actividade vulcânica. “No entanto, não se sabe que processo impulsiona a dinâmica na atmosfera de Io,” disse Imke de Pater da Universidade da Califórnia, Berkeley. “É actividade vulcânica, ou gás que sublima (transição do estado sólido para gasoso) da superfície gelada quando Io está sob a luz do Sol?”

Para distinguir entre os diferentes processos que dão origem à atmosfera de Io, uma equipa de astrónomos usou o ALMA para fazer instantâneos da lua quando entrava e saía da sombra de Júpiter (um eclipse de Io).

“Quando Io passa pela sombra de Júpiter, e está fora da luz solar directa, é demasiado frio para o gás dióxido de enxofre, e condensa-se na superfície de Io. Durante esse tempo, podemos ver apenas o dióxido de enxofre de origem vulcânica. Portanto, podemos ver exactamente quanto da atmosfera é impactada pela actividade vulcânica,” explicou Statia Luszcz-Cook da Universidade de Columbia, em Nova Iorque.

Graças à resolução e sensibilidade requintadas do ALMA, os astrónomos puderam, pela primeira vez, ver claramente as plumas de dióxido de enxofre (SO2) e monóxido de enxofre (SO) surgindo dos vulcões. Com base nos instantâneos, calcularam que os vulcões activos produzem directamente 30-50% da atmosfera de Io.

As imagens ALMA também mostraram um terceiro gás saindo dos vulcões: cloreto de potássio (KCl). “Vemos KCl em regiões vulcânicas onde não vemos SO2 ou SO,” disse Luszcz-Cook. “Esta é uma forte evidência de que os reservatórios de magma são diferentes em vulcões diferentes.”

Io é vulcanicamente ativo devido a um processo chamado aquecimento de maré. Io orbita Júpiter numa órbita que não é exactamente circular e, tal como a nossa Lua que está sempre com a mesma face virada para a Terra, o mesmo lado de Io está sempre voltado para Júpiter. A atracção gravitacional das outras luas de Júpiter, Europa e Ganimedes, provoca uma quantidade tremenda de fricção interna e calor, dando origem a vulcões como Loki Patera, que se estende por mais de 200 km de diâmetro. “Ao estudar a atmosfera e a actividade vulcânica de Io, aprendemos mais não apenas sobre os próprios vulcões, mas também sobre o processo de aquecimento de maré e sobre o interior de Io,” acrescentou Luszcz-Cook.

Uma grande incógnita continua a ser a temperatura na atmosfera interior de Io. Em investigações futuras, os astrónomos esperam medi-la com o ALMA. “Para medir a temperatura da atmosfera de Io, precisamos de obter observações com mais alta resolução, o que requer que observemos a lua por um maior período de tempo. Só podemos fazer isso quando Io está sob a luz do Sol, pois não passa muito tempo em eclipse”, disse de Pater. “Durante tal observação, Io irá girar dezenas de graus. Vamos precisar de aplicar um software que nos ajude a fazer imagens focadas. Já o fizemos anteriormente com imagens rádio de Júpiter obtidas com o ALMA e com o VLA (Very Large Array)”.

Astronomia On-line
23 de Outubro de 2020

 

4463: Estrelas e planetas crescem juntos como irmãos

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Os anéis e divisões no disco de poeira de IRS 63, em comparação com uma figura das órbitas do nosso próprio Sistema Solar à mesma escala e orientação do disco de IRS 63. As localizações dos anéis são idênticas às posições de objectos no nosso Sistema Solar, com o anel mais interior mais ou menos do tamanho da órbita de Neptuno e o anel exterior um pouco mais largo do que a órbita de Plutão.
Crédito: Instituto Max Planck Física Extraterrestre/D. Segura-Cox

Uma equipa internacional de cientistas liderada por Dominique Segura-Cox do Instituto Max Planck para Física Extraterrestre na Alemanha teve como alvo a proto-estrela IRS 63 com o radiotelescópio ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array). Este sistema está a 470 anos-luz da Terra e encontra-se nas profundezas da nuvem interestelar L1709, na direcção da constelação de Ofiúco. As proto-estrelas tão jovens quanto IRS 63 ainda estão envoltas num grande e massivo invólucro de gás e poeira, e a proto-estrela e o seu disco alimentam-se deste reservatório de material.

Foram previamente detectados anéis de poeira, em grande número, em sistemas com mais de 1 milhão de anos, depois das proto-estrelas terminarem de reunir a maior parte da sua massa. IRS 63 é diferente: com menos de 500.000 anos, tem menos de metade da idade de outras estrelas jovens com anéis de poeira e a proto-estrela ainda crescerá significativamente de massa. “Os anéis do disco em torno de IRS 63 são tão jovens,” enfatiza Segura-Cox. “Costumávamos pensar que as estrelas entravam primeiro na idade adulta e depois é que eram as mães dos planetas, planetas estes que surgiam mais tarde. Mas agora vemos que as proto-estrelas e os planetas crescem e evoluem juntos desde os primeiros tempos, como irmãos.”

Os planetas enfrentam alguns obstáculos sérios durante os seus estágios iniciais de formação. Eles precisam de crescer a partir de minúsculas partículas de poeira, mais pequenas que o típico pó das nossas casas aqui na Terra. “Os anéis no disco de IRS 63 são enormes amontoados de poeira, prontos para se combinarem em planetas,” observa a co-autora Anika Schmiedeke do mesmo instituto. No entanto, mesmo depois da poeira se aglomerar para formar um embrião planetário, o planeta ainda em formação pode desaparecer espiralando para dentro, sendo consumido pela proto-estrela central. Se os planetas começarem a formar-se muito cedo e a grandes distâncias da proto-estrela, podem melhor sobreviver a este processo.

A equipa de investigadores descobriu que existem cerca de 0,5 massas de Júpiter de poeira no jovem disco de IRS 63 a mais de 20 UA do seu centro (uma distância idêntica à órbita de Úrano no nosso Sistema Solar). Isto sem contar com a quantidade de gás, que pode totalizar até 100 vezes mais material. São necessárias pelo menos 0,03 massas de Júpiter de material sólido para formar um núcleo planetário que irá acretar gás de forma eficiente e crescer para formar um planeta gigante gasoso. Jaime Pineda, membro da equipa e também do Instituto Max Planck para Física Extraterrestre, acrescenta: “Estes resultados mostram que devemos concentrar-nos nos sistemas mais jovens para entender verdadeiramente a formação planetária”. Por exemplo, há cada vez mais evidências de que Júpiter pode realmente ter-se formado muito mais longe no Sistema Solar, para lá da órbita de Neptuno, e depois migrado para dentro até à sua posição actual. Da mesma forma, a poeira em torno de IRS 63 mostra que há material suficiente, longe da proto-estrela, e num estágio jovem o suficiente, para que este análogo do Sistema Solar forme planetas do mesmo modo que se suspeita que Júpiter se tenha formado.

“O tamanho do disco é muito semelhante ao do nosso próprio Sistema Solar”, explica Segura-Cox. “Até a massa da proto-estrela é um pouco menor que a do nosso Sol. O estudo destes discos jovens, formadores de planetas, em torno de proto-estrelas, pode dar-nos importantes informações sobre as nossas próprias origens.”

Astronomia On-line
9 de Outubro de 2020

 

 

4403: Par de estrelas bebés massivas envoltas em vapor de água salgada

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Composição ALMA do binário proto-estelar massivo IRAS 16547-4247. Diferentes cores mostram diferentes distribuições de partículas de poeira (amarelo), cianeto de metila (CH3CN, vermelho), sal (NaCl, verde) e vapor de água quente (H2O, azul). A poeira e o cianeto de metila estão distribuídos largamente em torno do binário, ao passo que o sal e o vapor de água concentram-se no disco em torno de cada proto-estrela. Os jactos de uma proto-estrela, visto como vários pontos na imagem, é visto a azul claro.
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Tanaka et al.

Usando o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), os astrónomos avistaram um par de enormes estrelas bebés crescendo numa sopa cósmica salgada. Cada estrela está envolta por um disco gasoso, que inclui moléculas de cloreto de sódio, normalmente conhecido como sal de cozinha, e vapor de água aquecido. Ao analisar as emissões de rádio do sal e da água, a equipa descobriu que os discos estão a girar em sentido contrário. Esta é a segunda detecção de sal em torno de estrelas jovens massivas, assinalando que o sal é um excelente marcador para explorar as redondezas imediatas de estrelas bebés gigantes.

Existem estrelas de muitas massas diferentes no Universo. As mais pequenas têm apenas um-décimo da massa do Sol, enquanto as maiores têm dez vezes ou mais a massa do Sol. Independentemente da massa, todas as estrelas formam-se em nuvens cósmicas de gás e poeira. Os astrónomos têm estudado avidamente a origem das estrelas; no entanto, o processo de formação estelar massiva permanece velado. Isto porque os locais de formação de estrelas massivas estão localizados mais longe da Terra, e nuvens enormes cercam estrelas bebés massivas com estruturas complicadas. Estes dois factos impedem os astrónomos de obter uma visão clara de grandes estrelas jovens e dos seus locais de formação.

Uma equipa de astrónomos liderados por Kei Tanaka do NAOJ (National Astronomical Observatory of Japan) utilizou o poder do ALMA para investigar o ambiente onde estrelas massivas estão a formar-se. Observaram o jovem binário massivo IRAS 16547-4247. A equipa detectou emissões de rádio de uma ampla variedade de moléculas. Particularmente, cloreto de sódio (NaCl) e água quente (H2O) estão associados perto de cada estrela, isto é, o disco circunstelar. Por outro lado, outras moléculas como cianeto de metila (CH3CN), que os astrónomos observaram frequentemente em estudos anteriores de estrelas jovens massivas, foram detectadas mais longe, mas não traçam estruturas nas proximidades das estrelas.

“O cloreto de sódio é conhecido como simples sal de cozinha, mas não é uma molécula comum no Universo,” diz Tanaka. “Esta foi apenas a segunda detecção de cloreto de sódio em torno de estrelas jovens massivas. O primeiro exemplo foi em torno de ‘Orion KL Source I’, mas essa é uma fonte tão peculiar que não tínhamos a certeza se o sal era adequado para ver discos de gás em torno de estrelas massivas. Os nossos resultados confirmaram que o sal é realmente um bom marcador. Como as estrelas bebés ganham massa por meio de discos, é importante estudar o movimento e as características dos discos para entender como as estrelas bebés crescem.”

Uma investigação mais aprofundada dos discos mostra uma pista interessante para a origem do par. “Encontrámos um sinal tentador de que os discos estão a girar em direcções opostas,” explica Yichen Zhang, investigador do RIKEN. Se as estrelas nascem como gémeas num grande disco gasoso comum, os discos giram naturalmente na mesma direcção. “A rotação contrária dos discos pode indicar que estas duas estrelas não são gémeas reais, mas um par de estranhas que se formaram em nuvens separadas e emparelhadas posteriormente.” As estrelas massivas quase sempre têm algumas companheiras e, portanto, é fundamental investigar a origem dos sistemas binários massivos. A equipa espera que observações e análises adicionais forneçam informações mais confiáveis sobre os segredos do seu nascimento.

A presença de vapor de água aquecido e cloreto de sódio, libertados pela destruição de partículas de poeira, sugere uma natureza quente e dinâmica dos discos em torno de estrelas bebés massivas. Curiosamente, as investigações de meteoritos indicam que o disco do Sistema proto-solar também sofreu altas temperaturas nas quais partículas de poeira evaporaram. Os astrónomos serão capazes de rastrear estas moléculas libertadas de partículas de poeira usando o VLA (Very Large Array) de próxima geração, actualmente em planeamento. A equipa prevê que pode até obter pistas para entender a origem do nosso Sistema Solar estudando discos quentes com cloreto de sódio e vapor de água quente.

As estrelas bebés IRAS 16547-4247 estão localizadas a 9500 anos-luz de distância, na direcção da constelação de Escorpião. A massa total das estrelas está estimada em 25 vezes a massa do Sol, rodeadas por uma nuvem gigantesca com uma massa de 10.000 sóis.

Astronomia On-line
29 de Setembro de 2020

 

 

4298: Novas observações mostram disco de formação planetária desfeito pelas suas três estrelas centrais

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Com o auxílio do ALMA, do qual o ESO é parceiro, e do instrumento SPHERE montado no VLT do ESO, foram obtidas imagens de GW Orionis, um sistema estelar triplo com uma região interna peculiar. As novas observações revelaram que este objecto possui um disco de formação planetária distorcido com um anel desalinhado. Em particular, a imagem obtida pelo SPHERE (à direita) permitiu aos astrónomos observar pela primeira vez a sombra que este anel lança sobre o resto do disco, o que ajudou a determinar a forma tridimensional do anel e do disco em geral. A imagem da esquerda mostra uma impressão artística da região interna do disco, incluindo o anel, baseada na forma tridimensional reconstruida pela equipa.
Crédito: ESO/L. Calçada, Exeter/Kraus et al.

Uma equipa de astrónomos encontrou a primeira evidência directa de que grupos de estrelas podem desfazer os seus discos de formação planetária, deixando-os distorcidos e com anéis inclinados. Este novo trabalho de investigação sugere que planetas exóticos, talvez parecidos a Tatooine do filme “Star Wars”, se podem formar em anéis inclinados em discos distorcidos em torno de estrelas múltiplas. Estes resultados foram obtidos graças a observações levadas a cabo com o VLT (Very Large Telescope) do ESO e com o ALMA (Atacama large Millimeter/submillimeter Array).

O nosso Sistema Solar é notavelmente plano, com os planetas a orbitar todos no mesmo plano. No entanto, este não é sempre o caso, especialmente em discos de formação planetária situados em torno de estrelas múltiplas, tal como acontece com o objecto deste novo estudo: GW Orionis. Este sistema, situado a cerca de 1300 anos-luz de distância da Terra na constelação de Orionte, tem três estrelas e um disco partido deformado que as circunda.

“As nossas imagens revelam um caso extremo onde o disco não é de modo nenhum plano, mas sim distorcido e com um anel desalinhado que se separou do disco,” explica Stefan Kraus, professor de astrofísica na Universidade de Exeter no Reino Unido, que liderou este trabalho de investigação publicado a semana passada na revista Science. O anel desalinhado situa-se na parte interna do disco, próximo das três estrelas.

Este trabalho revela também que o anel interior contém 30 massas terrestres de poeira, o que pode ser suficiente para formar planetas. “Qualquer planeta que se forme no seio do anel desalinhado irá orbitar as estrelas em órbitas muito oblíquas. Prevemos descobrir muitos planetas em órbitas oblíquas bastante separadas em futuras campanhas de obtenção de imagens de planetas, por exemplo com o ELT,” diz Alexander Kreplin, membro da equipa da Universidade de Exeter, referindo-se ao Extremely Large Telescope do ESO, previsto para começar a trabalhar em meados desta década. O facto de mais de metade das estrelas no céu nascer com uma ou mais companheiras, gera expectativas interessantes: a possível existência de uma população desconhecida de exoplanetas que orbitam as suas estrelas em órbitas muito inclinadas e distantes.

Para chegar a estas conclusões, a equipa observou GW Orionis durante 11 anos. A campanha começou em 2008 com o instrumento AMBER e posteriormente com o GRAVITY, ambos montados no Interferómetro do VLT do ESO, o qual combina a radiação recolhida por diferentes telescópios do VLT. Estes instrumentos foram utilizados para estudar a dança gravitacional das três estrelas do sistema e mapear as suas órbitas. “Descobrimos que as três estrelas não orbitam no mesmo plano, mas têm as suas órbitas desalinhadas relativamente umas às outras e relativamente ao disco,” explica Alison Young, também membro da equipa das Universidades de Exeter e Leicester.

Os cientistas observaram também este sistema com o instrumento SPHERE, montado no VLT, e com o ALMA, do qual o ESO é um parceiro, tendo conseguido obter imagens do anel interior, o que confirmou o seu desalinhamento. O SPHERE do ESO também lhes permitiu ver pela primeira vez a sombra que este anel lança no resto do disco, o que ajudou a determinar a forma tridimensional do anel e do disco em geral.

A equipa internacional, que inclui investigadores do Reino Unido, Bélgica, Chile, França e Estados Unidos, combinou seguidamente as suas observações exaustivas com simulações de computador para compreender o que tinha acontecido ao sistema. Pela primeira vez, foi possível fazer a ligação de forma inequívoca entre os desalinhamentos observados e o “efeito teórico de disco desfeito”, o que sugere que a atracção gravitacional conflituosa das estrelas nos diferentes planos pode efectivamente distorcer e partir os discos.

As simulações mostraram que o desalinhamento das órbitas das três estrelas pode fazer com que o disco que as rodeia se parta em anéis distintos, o que é exactamente o que vemos nestas observações. A forma observada do anel interior corresponde também às previsões de simulações numéricas de como o disco se parte nestas condições.

Curiosamente, outra equipa, que estudou o mesmo sistema com o auxílio do ALMA, pensa que é necessário outro ingrediente para explicar este sistema. “Pensamos que é necessária a presença de um planeta entre estes anéis para explicar porque é que o disco se partiu,” diz Jiaqing Bi da Universidade Victoria no Canadá, que liderou um estudo sobre GW Orionis publicado em maio deste ano na revista da especialidade The Astrophysical Journal. Esta equipa identificou três anéis de poeira nas observações ALMA, com o anel mais exterior a ser o maior alguma vez observado em discos de formação planetária.

Observações futuras com o ELT do ESO e outros telescópios poderão ajudar os astrónomos a desvendar completamente a natureza de GW Orionis e a revelar planetas jovens em formação em torno das suas três estrelas.

Astronomia On-line
8 de Setembro de 2020

 

 

4162: Há uma galáxia semelhante à Via Láctea no Universo primitivo. É uma “arca do tesouro”

CIÊNCIA/ASTROFÍSICA

ALMA / ESO

Uma equipa de astrónomos observou uma galáxia muito distante e, consequentemente, muito jovem, semelhante à Via Láctea. A galáxia está tão distante que a sua luz demorou mais de 12 mil milhões de anos a chegar até nós.

A galáxia SPT0418-47 foi encontrada por investigadores que usaram o rádio-observatório Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). A sua luz viajou durante mais de 12 mil milhões de anos para chegar até aos observadores.

A galáxia é muito jovem e desafia a compreensão dos astrónomos sobre o Universo primitivo. Segundo a Science Magazine, a galáxia já existia quando o cosmos tinha apenas 1,4 mil milhões de anos e, de acordo com as teorias mais aceites, as galáxias daquela época deveriam ser turbulentas e instáveis. Porém, está é relativamente calma.

A SPT0418-47 é pouco caótica e organizada, sendo bastante parecida com a Via Láctea. A galáxia já estava num estágio da sua formação bem avançado para a época. Não parece ter braços em espiral, mas possui pelo menos duas características semelhantes: um disco em rotação e um bojo – conjunto de estrelas encontrado no núcleo da maioria das galáxias espirais.

Esta é a primeira vez que um bojo é visto numa galáxia tão antiga. Naquela época, quando o universo tinha pouco mais de mil milhões de anos, as galáxias não tinham essa característica porque ainda estavam em formação.

Assim, a SPT0418-47 é a galáxia semelhante à Via Láctea mais distante e mais antiga observada até hoje.

Estudar esta galáxia e encontrar outras como ela é de importância vital para compreender melhor como o Universo que conhecemos se formou. Porém, há muitos obstáculos, como a própria distância das galáxias. Para observá-las com maior precisão, serão necessários telescópios ainda mais poderosos que os actuais.

A SPT0418-47 pode ser vista porque os cientistas usaram uma lente gravitacional – fenómeno no qual a luz de um objecto distante é distorcida pela gravidade de um objecto mais próximo, ampliando consideravelmente a luz de fundo. A equipa obteve uma imagem distorcida, mas bastante ampliada da SPT0418-47, e conseguiu criar uma reconstituição da sua verdadeira forma e do movimento do seu gás.

“Quando vi pela primeira vez a imagem reconstruida da SPT0418-47 quase que não podia acreditar: uma arca do tesouro estava a abrir-se”, disse Francesca Rizzo, estudante de doutorado no Instituto Max Planck de Astrofísica.

Apesar de certas semelhanças com a Via Láctea, os cientistas acreditam que a SPT0418-47 vai evoluir para algo bem diferente da Via Láctea e se tornar-se-á uma galáxia elíptica.

Esta nova galáxia poderá fornecer informações sobre o Universo primordial, o que levará a uma melhor compreensão sobre a formação das primeiras galáxias do cosmos – algo que ainda está envolto em muito mistério.

Este estudo foi publicado este mês na revista científica Nature.

ZAP //

Por ZAP
14 Agosto, 2020

 

 

4154: ALMA observa a galáxia mais distante parecida com a Via Láctea

CIÊNCIA/ESO/ASTRONOMIA

A galáxia está distorcida, aparecendo como um anel de luz no céu

Com o auxílio do Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) do qual o ESO é parceiro, os astrónomos observaram uma galáxia muito distante e consequentemente muito jovem, bastante parecida com a nossa Via Láctea. A galáxia encontra-se tão afastada que a sua luz demorou mais de 12 mil milhões de anos a chegar até nós. Estamos por isso a observá-la tal como era quando o Universo tinha apenas 1,4 mil milhões de anos. Surpreendentemente, esta galáxia mostra-se também pouco caótica, o que contradiz as teorias que apontam para que todas as galáxias no Universo primordial sejam turbulentas e instáveis. Esta descoberta inesperada desafia a nossa compreensão de como é que as galáxias se formam, dando-nos pistas sobre o passado do nosso Universo.

Este resultado constitui um enorme avanço na área da formação de galáxias, mostrando que as estruturas que observamos em galáxias espirais próximas e na nossa própria Via Láctea já existiam há 12 mil milhões de anos atrás,” disse Francesca Rizzo, estudante de doutoramento no Instituto Max Planck de Astrofísica, Alemanha, e líder deste trabalho de investigação publicado hoje na revista Nature. Apesar de não apresentar braços em espiral, a galáxia que os astrónomos estudaram (SPT0418-47) possui, no entanto e pelo menos, duas estruturas típicas da nossa Via Láctea: um disco em rotação e um bojo — um enorme grupo de estrelas aglomeradas de forma muito compacta em torno do centro galáctico. Trata-se da primeira vez que um bojo é visto tão cedo na história do Universo, fazendo da SPT0418-47 a galáxia semelhante à Via Láctea mais distante observada até à data.

A grande surpresa foi descobrir que esta galáxia é de facto muito semelhante a galáxias próximas, contrariamente a todas as expectativas baseadas em modelos e observações anteriores menos detalhadas,” diz o co-autor Fillippo Fraternali do Instituto Astronómico Kapteyn da Universidade de Groningen, Holanda. No Universo primordial, as galáxias jovens estão ainda no processo de formação, por isso os investigadores esperavam que se mostrassem caóticas e sem estruturas distintas típicas de galáxias mais maduras como a Via Láctea.

É fundamental estudar galáxias distantes como a SPT0418-47 para compreendermos como é que as galáxias se formam e evoluem. Esta galáxia encontra-se tão afastada de nós que a observamos quando o Universo tinha apenas 10% da sua idade actual, ou seja, a sua luz demorou 12 mil milhões de anos a chegar à Terra. Ao estudar este objecto, estamos a olhar para trás no tempo, para uma época em que estas galáxias bebés começavam a desenvolver-se.

Uma vez que estas galáxias se encontram tão distantes, obter observações detalhadas, mesmo com os telescópios mais potentes, é quase impossível já que nos aparecem muito pequenas e ténues. A equipa superou este obstáculo ao usar uma galáxia próxima como uma lente poderosa — um efeito conhecido por lente gravitacional — o que permitiu ao ALMA observar um passado distante com um detalhe sem precedentes. Neste efeito, a atracção gravitacional da galáxia próxima distorce e curva a luz da galáxia distante, fazendo com que esta nos apareça deformada mas bastante ampliada.

A galáxia longínqua gravitacionalmente distorcida e ampliada aparece-nos sob a forma de um anel de luz quase perfeito situado em torno da galáxia próxima, o que ocorre devido ao alinhamento quase exacto entre estes dois objectos. A equipa de investigadores reconstruiu a verdadeira forma da galáxia longínqua e o movimento do seu gás a partir dos dados ALMA, usando uma nova técnica de modelo de computador. “Quando vi pela primeira vez a imagem reconstruída da SPT0418-47 quase que não podia acreditar: era como uma arca do tesouro a abrir-se,” comenta Rizzo.

O que descobrimos era bastante intrigante; apesar de estar a formar estrelas a uma taxa elevada e, consequentemente, ser um local de processos altamente energéticos, a SPT0418-47 é a galáxia de disco mais bem ordenada que alguma vez observámos no Universo primordial,” explica a co-autora Simona Vegetti, também do Instituto Max Planck de Astrofísica. “Este resultado é bastante inesperado e tem implicações importantes na forma como pensamos que as galáxias evoluem.” Contudo, os astrónomos referem que, apesar da SPT0418-47 ter um disco e outras estruturas semelhantes às galáxias espirais que vemos actualmente, esta galáxia evoluirá muito provavelmente para uma galáxia muito diferente da Via Láctea, juntando-se à classe das galáxias elípticas, outro tipo de galáxias que, juntamente com as espirais, existe no Universo actual.

Esta descoberta inesperada sugere que o Universo primordial pode não ser tão caótico como se pensava, levantando muitas questões sobre como é que uma galáxia tão bem ordenada se pode ter formada tão cedo após o Big Bang. Esta descoberta do ALMA vem no seguimento de uma descoberta anterior anunciada em Maio de um disco massivo em rotação observado a uma distância semelhante. A SPT0418-47 observa-se, no entanto, com muito mais detalhe, graças ao efeito de lente gravitacional, e possui um bojo juntamente com o disco, o que a torna muito mais similar à nossa Via Láctea actual do que o objecto estudado anteriormente.

Estudos futuros, incluindo com o Extremely Large Telescope do ESO, tentarão descobrir quão típicas são estas galáxias de disco “bebés” e se são normalmente menos caóticas do que o previsto, o que abrirá novos caminhos que permitirão aos astrónomos descobrir como é que as galáxias evoluem.

Informações adicionais

Este trabalho foi descrito num artigo científico intitulado “A dynamically cold disk galaxy in the early Universe”, publicado na revista Nature (doi: 10.1038/s41586-020-2572-6).

A equipa é composta por: F. Rizzo (Instituto Max Planck de Astrofísica, Garching, Alemanha [MPA]), S. Vegetti (MPA), D. Powell (MPA), F. Fraternali (Instituto Astronómico Kapteyn, Universidade de Groningen, Holanda), J. P. McKean (Instituto Astronómico Kapteyn e ASTRON, Instituto de Rádio Astronomia da Holanda), H. R. Stacey (MPA, Instituto Astronómico Kapteyn e ASTRON, Instituto de Rádio Astronomia da Holanda) e S. D. M. White (MPA).

ESO
Utilização de Imagens, Vídeos e Música do ESO
12 de Agosto de 2020

 

 

Caça aos “ovos” estelares com o ALMA: rastreando a evolução de embrião a estrela bebé

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Representação de uma nuvem de gás com núcleos quentes observada com o ALMA.
Crédito: N. Lira – ALMA (NRAO/NAOJ/ESO)

Recorrendo ao ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), os astrónomos fizeram um censo de “ovos” estelares na constelação de Touro e revelaram o seu estado de evolução. Este censo ajuda os investigadores a entender como e quando um embrião estelar se transforma numa estrela bebé no interior de um casulo gasoso. Além disso, a equipa encontrou um fluxo bipolar, um par de correntes de gás, que podem ser evidências reveladoras de uma estrela verdadeiramente recém-nascida.

As estrelas formam-se devido à contracção gravitacional de nuvens de gás. As partes mais densas das nuvens, chamadas núcleos de nuvens moleculares, são os próprios locais de formação estelar e estão localizadas principalmente ao longo da Via Láctea. A Nuvem Molecular de Touro é uma das regiões de formação estelar activa e já foram apontados para lá muitos telescópios. Observações anteriores mostram que alguns núcleos são na verdade “ovos” estelares antes do nascimento das estrelas, mas outros já têm no seu interior estrelas infantis.

Uma equipa de investigadores liderada por Kazuki Tokuda, astrónomo da Universidade da Prefeitura de Osaka e do Observatório Astronómico Nacional do Japão, utilizou o poder do ALMA para investigar a estrutura interna dos ovos estelares. Observaram 32 núcleos sem estrelas e nove núcleos com proto-estrelas bebés. Detectaram ondas de rádio de todos os nove núcleos com estrelas, mas apenas 12 dos 32 núcleos mostraram um tal sinal. A equipa concluiu que esses 12 ovos desenvolveram estruturas internas, o que mostra que são mais evoluídos do que os 20 núcleos restantes.

“De um modo geral, os interferómetros de rádio que usam muitas antenas, como o ALMA, não são bons para observar objectos sem características como os ovos estelares,” diz Tokuda. “Mas nas nossas observações, usámos apenas propositadamente as antenas de 7 metros do ALMA. Esta rede compacta permite-nos ver objectos com uma estrutura suave, e obtivemos informações sobre a estrutura interna dos ovos estelares, exactamente como pretendíamos.”

O aumento do espaçamento entre as antenas melhora a resolução de um interferómetro de rádio, mas torna difícil a detecção de objectos estendidos. Por outro lado, uma rede compacta tem uma resolução mais baixa, mas permite ver objectos estendidos. É por isso que a equipa usou a rede compacta de antenas de 7 metros do ALMA, conhecida como Rede Morita, não a rede estendida de antenas de 12 metros.

Eles descobriram que há uma diferença entre os dois grupos na densidade do gás no centro dos núcleos densos. Assim que a densidade do centro de um núcleo denso excede um determinado limite, cerca de um milhão de moléculas de hidrogénio por centímetro cúbico, a auto-gravidade leva o ovo a transformar-se numa estrela.

Um censo também é útil para encontrar um objecto raro. A equipa percebeu que existe um fluxo bipolar fraco, mas claro, num ovo estelar. O tamanho do fluxo é bastante pequeno e nenhuma fonte infravermelha foi identificada no núcleo denso. Estas características combinam bem com as previsões teóricas de um “primeiro núcleo hidrostático”, um objeto de vida curta formado pouco antes do nascimento de uma estrela bebé. “Já foram identificados noutras regiões vários candidatos a primeiro núcleo hidrostático,” explica Kakeru Fujishiro, membro da equipa de investigação. “Esta é a primeira identificação na região de Touro. É um bom alvo para uma observação mais extensa no futuro.”

Kengo Tachihara, professor associado da Universidade de Nagoya, menciona o papel dos investigadores japoneses neste estudo. “Os astrónomos japoneses estudaram as estrelas bebés e os ovos estelares em Touro usando o radiotelescópio Nagoya de 4 metros e o radiotelescópio Nobeyama de 45 metros desde a década de 1990. E a rede de 7 metros do ALMA também foi desenvolvida pelo Japão. O resultado actual faz parte da culminação destes esforços.”

“Conseguimos ilustrar a história do crescimento dos óvulos estelares até ao nascimento e agora estabelecemos o método para a investigação,” sumariza Tokuda. “Esta é uma etapa importante a fim de obter uma compreensão abrangente da formação estelar.”

Astronomia On-line
11 de Agosto de 2020

 

 

ALMA captura “fábrica agitada” de planetas

Imagem do disco de formação planetária da jovem estrela RU Lup pelo ALMA. A inserção (disco avermelhado em baixo e à esquerda) mostra uma observação anterior (DSHARP) do disco de poeira com anéis e divisões que sugerem a presença de planetas em formação. A nova observação mostra uma grande estrutura espiral (a azul), feita de gás, que alcança muito mais longe do que o disco compacto de poeira.
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), J. Huang e S. Andrews; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello

Os ambientes de formação planetária podem ser muito mais complexos e caóticos do que o que se pensava. Isto é evidenciado por uma nova imagem da estrela RU Lup, feita com o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array).

Todos os planetas, incluindo os do nosso Sistema Solar, nascem em discos de gás e poeira em torno de estrelas, os chamados discos proto-planetários. Graças ao ALMA, temos imagens impressionantes de alta resolução de muitas destas “fábricas” planetárias, mostrando discos empoeirados com vários anéis e divisões que sugerem a presença de planetas emergentes. Os exemplos mais famosos são HL Tau e TW Hydrae.

Mas os discos não são necessariamente tão bem organizados quanto estas observações iniciais da poeira sugerem. Uma nova imagem de RU Lup pelo ALMA, uma jovem estrela variável na direcção da constelação de Lobo, revelou um gigantesco conjunto de braços em espiral feitos de gás, que se estendem muito além do bem conhecido disco de poeira. Esta estrutura espiral – semelhante a uma “mini-galáxia” – estende-se a quase 1000 UA (Unidades Astronómicas) da estrela, muito mais longe do que o disco compacto de poeira, que alcança cerca de 60 UA.

Observações anteriores de RU Lup com o ALMA, que faziam parte do DSHARP (Disk Substructures at High Angular Resolution Project), já revelavam sinais de formação contínua de planetas, sugeridos pelas lacunas no seu disco protoplanetário de poeira. “Mas também notámos algumas estruturas gasosas de monóxido de carbono (CO) que se estendiam para lá do disco. É por isso que decidimos observar novamente o disco em torno da estrela, desta vez focando no gás e não na poeira,” disse Jane Huang do Centro Harvard Smithsonian para Astrofísica, autora principal de um artigo científico publicado na revista The Astrophysical Journal.

Os discos proto-planetários contêm muito mais gás do que poeira. Enquanto a poeira é necessária para acumular os núcleos planetários, o gás cria as suas atmosferas.

Nos últimos anos, observações de alta resolução de estruturas de poeira revolucionaram a nossa compreensão da formação de planetas. No entanto, esta nova imagem do gás indica que a visão actual da formação planetária ainda é muito simplista e que pode ser muito mais caótica do que se deduziu anteriormente a partir das imagens conhecidas de discos com anéis ordenadamente concêntricos.

“O facto de observarmos esta estrutura espiral no gás após uma observação mais longa sugere que provavelmente não vimos toda a diversidade e complexidade dos ambientes de formação planetária. Podemos ter perdido muitas das estruturas de gás noutros discos,” acrescentou Huang.

Huang e a sua equipa sugerem vários cenários que podem possivelmente explicar a razão dos braços espirais aparecerem em torno de RU Lup. Talvez o disco esteja a colapsar sob a sua própria gravidade, devido à sua enorme massa. Ou talvez RU Lup esteja a interagir com outra estrela. Outra possibilidade é que o disco está a interagir com o seu ambiente, acumulando material interestelar ao longo dos braços espirais.

“Nenhum destes cenários explica completamente o que observámos,” disse o membro da equipa Sean Andrews. “Podem existir processos desconhecidos a ocorrer durante a formação planetária que ainda não contabilizámos nos nossos modelos. Só iremos aprender o que são se encontrarmos outros discos parecidos com o de RU Lup.”

Astronomia On-line
7 de Agosto de 2020

 

 

Já não basta ter de corrigir os textos para a lingua portuguesa, ainda tenho de converter as imagens para formato standard?

 

4085: ALMA encontra possível sinal de estrela de neutrões na Super-nova 1987A

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Esta impressão de artista da Super-nova 1987A mostra as regiões interiores poeirentas dos remanescentes da estrela explodida (vermelho), no qual uma estrela de neutrões pode estar escondida. Esta região interior é contrastada com a concha exterior (a azul), onde a energia da super-nova está a colidir (verde) com o invólucro de gás expelido pela estrela antes da sua poderosa detonação.
Crédito: NRAO/AUI/NSF, B. Saxton

Duas equipas de astrónomos têm um argumento convincente no que toca ao mistério de 33 anos que envolve a Super-nova 1987A. Com base em observações do ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) e num estudo teórico de acompanhamento, os cientistas fornecem novas informações para o caso de que uma estrela de neutrões está escondida nas profundezas do remanescente da estrela que explodiu. Esta seria a estrela de neutrões mais jovem conhecida até à data.

Desde que os astrónomos testemunharam uma das explosões mais brilhantes de uma estrela no céu nocturno, criando a Super-nova 1987A (SN 1987A), que procuram um objecto compacto que deveria ter-se formado nos detritos da explosão.

Dado que partículas conhecidas como neutrinos foram detectadas na Terra no dia da explosão (23 de Fevereiro de 1987), os astrónomos esperavam que uma estrela de neutrões se formasse no centro colapsado da estrela. Mas quando os cientistas não conseguiram encontrar nenhuma evidência dessa estrela, começaram a perguntar-se se posteriormente colapsou ao invés para um buraco negro. Durante décadas a comunidade científica tem aguardado ansiosamente um sinal deste objecto que se esconde por trás de uma nuvem muito espessa de poeira.

O “borrão”

Recentemente, observações do radiotelescópio ALMA forneceram o primeiro indício da estrela de neutrões desaparecida após a explosão. Imagens de resolução extremamente alta revelaram um “borrão” quente no núcleo empoeirado de SN 1987A, que é mais brilhante do que o ambiente e corresponde à localização suspeita da estrela de neutrões.

“Ficámos muito surpresos ao ver este borrão quente feito por uma nuvem espessa de poeira no remanescente de super-nova,” disse Mikako Matsuura da Universidade de Cardiff e membro da equipa que encontrou o borrão com o ALMA. “Tem que haver algo na nuvem que aqueça a poeira e que a faça brilhar. Por isso, sugerimos a existência de uma estrela de neutrões escondida dentro da nuvem de poeira.”

Embora Matsuura e a sua equipa estivessem empolgados com este resultado, perguntaram-se acerca do brilho do borrão. “Achámos que a estrela de neutrões podia ser demasiado brilhante para existir, mas então Dany Page e a sua equipa publicaram um estudo que indicava que a estrela de neutrões podia ser efectivamente assim tão brilhante devido à sua jovem idade,” explicou Matsuura.

Dany Page é astrofísico na Universidade Nacional Autónoma do México, que estuda SN 1987A desde o início. “Estava a meio do meu doutoramento quando a super-nova teve lugar,” disse, “foi um dos maiores eventos da minha vida que me fez mudar o curso da minha carreira para tentar resolver este mistério. Era como um santo Graal moderno.”

O estudo teórico de Page e da sua equipa, publicado ontem na revista the Astrophysical Journal, apoia fortemente a sugestão feita pela equipa do ALMA de que uma estrela de neutrões está a alimentar o borrão de poeira. “Apesar da complexidade suprema de uma explosão de super-nova e das condições extremas que reinam no interior de uma estrela de neutrões, a detecção de um ‘borrão’ quente de poeira é uma confirmação das várias previsões,” explicou Page.

Estas previsões foram a localização e a temperatura da estrela de neutrões. De acordo com os modelos de computador da super-nova, a explosão “chutou” a estrela de neutrões do seu local de nascimento com uma velocidade de centenas de quilómetros por segundo (dezenas de vezes mais depressa do que o foguetão mais veloz). O borrão está exactamente no lugar onde os astrónomos pensam que a estrela de neutrões estaria hoje. E a temperatura da estrela de neutrões, prevista em cerca de 5 milhões de graus Celsius, fornece energia suficiente para explicar o brilho do borrão.

Não é um pulsar nem um buraco negro

Ao contrário das expectativas comuns, a estrela de neutrões provavelmente não é um pulsar. “A potência de um pulsar depende da rapidez com que gira e da força do seu campo magnético, ambos os quais precisariam de ter valores muito ajustados para corresponder às observações,” disse Page, “enquanto a energia térmica emitida pela superfície quente da jovem estrela de neutrões encaixa naturalmente nos dados.”

“A estrela de neutrões comporta-se exactamente como esperávamos,” acrescentou James Lattimer da Universidade Stony Brook em Nova Iorque, membro da equipa de investigação de Page. Lattimer também acompanhou de perto SN 1987A, tendo publicado antes do evento SN 1987A previsões do sinal de neutrinos de uma super-nova que corresponderam posteriormente às observações. “Estes neutrinos sugeriram que um buraco negro nunca se formou e, além disso, parece difícil que um buraco negro explique o brilho observado do borrão. Comparámos todas as possibilidades e concluímos que uma estrela de neutrões quente é a explicação mais provável.”

Esta estrela de neutrões tem 25 km de diâmetro, uma bola extremamente quente de matéria ultra-densa. Uma colher de chá do seu material pesaria mais do que todos os edifícios da cidade de Nova Iorque juntos. Por ter apenas 33 anos, seria a estrela de neutrões mais jovem já descoberta. A segunda estrela de neutrões mais jovem que conhecemos está localizada no remanescente de super-nova Cassiopeia A e tem 330 anos.

Apenas uma imagem directa da estrela de neutrões daria provas definitivas da sua existência, mas para isso os astrónomos precisam de esperar mais algumas décadas até que a poeira e o gás no remanescente de super-nova se tornem mais transparentes.

Imagens detalhadas do ALMA

Embora muitos telescópios já tenham obtido imagens de SN 1987A, nenhum deles foi capaz de observar o seu núcleo com tanta precisão quando o ALMA. Observações anteriores (em 3D) com o ALMA já haviam mostrado os tipos de moléculas encontradas no remanescente de super-nova e confirmado que produziu grandes quantidades de poeira.

“Esta descoberta baseia-se em anos de observações com o ALMA, mostrando o núcleo da super-nova em cada vez mais detalhe, graças às melhorias contínuas no radiotelescópio e no processamento de dados,” disse Remy Indebetouw do NRAO (National Radio Astronomy Observatory) e da Universidade da Virgínia, que faz parte da equipa de imagem do ALMA.

Astronomia On-line
31 de Julho de 2020

 

 

3881: Atmosfera super-gigante de Antares revelada por radiotelescópios

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Impressão de artista da atmosfera de Antares. No visível (até à fotosfera), Antares tem mais ou menos 700 vezes o diâmetro do Sol, grande o suficiente para “preencher” o Sistema Solar até para lá da órbita de Marte (apresentada uma escala do Sistema Solar para efeitos de comparação). Mas o ALMA e o VLA mostraram que a sua atmosfera, incluindo a cromosfera inferior e superior e as zonas de vento, é 12 vezes maior.
Crédito: NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello

Uma equipa internacional de astrónomos criou o mapa mais detalhado até agora da atmosfera da super-gigante vermelha Antares. A sensibilidade e a resolução sem precedentes do ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) e do VLA (Karl G. Jansky Very Large Array) da NSF (National Science Foundation) revelaram o tamanho e a temperatura da atmosfera de Antares logo acima da superfície da estrela, em toda a sua cromosfera e até à região dos ventos.

As estrelas super-gigantes vermelhas, como Antares e a sua prima mais conhecida, Betelgeuse, são estrelas enormes e relativamente frias no final da sua vida. Estão a ficar sem combustível, para colapsar e se tornarem super-novas. Através dos seus vastos ventos estelares, lançam elementos pesados para o espaço, desempenhando assim um papel importante no fornecimento de elementos essenciais para a vida no Universo. Mas o modo como estes ventos enormes são lançados permanece um mistério. Um estudo detalhado da atmosfera de Antares, a estrela super-gigante mais próxima da Terra, fornece um passo crucial em direcção a uma resposta.

O mapa de Antares pelo ALMA e pelo VLA é o mapa de rádio mais detalhado alguma vez feito para qualquer estrela, à excepção do Sol. O ALMA observou Antares perto da sua superfície (a sua fotosfera óptica) em comprimentos de onda mais curtos, e os comprimentos de onda mais longos observados pelo VLA revelaram a atmosfera ainda mais distante da estrela. Vista no visível, o diâmetro de Antares é aproximadamente 700 vezes maior que o Sol. Mas quando o ALMA e o VLA revelaram a sua atmosfera no rádio, a super-gigante tornou-se ainda mais gigantesca.

“O tamanho de uma estrela pode variar drasticamente, dependendo do comprimento de onda da luz observada,” explicou Eamon O’Gorman do Instituto de Estudos Avançados da Dublin, na Irlanda, e autor principal do artigo publicado na edição de 16 de Junho da revista Astronomy & Astrophysics. “Os comprimentos de onda mais longos do VLA revelaram que a atmosfera da super-gigante tem quase 12 vezes o raio da estrela.”

Os radiotelescópios mediram a temperatura da maior parte do gás e do plasma na atmosfera de Antares. O mais notável foi a temperatura na cromosfera. Esta é a região acima da superfície da estrela que é aquecida por campos magnéticos e ondas de choque criadas pela vigorosa convecção à superfície estelar – parecida ao movimento de bolhas numa panela com água a ferver. Não se sabe muito sobre cromosferas e é a primeira vez que esta região é detectada no rádio.

Graças ao ALMA e ao VLA, os cientistas descobriram que a cromosfera da estrela se estende até 2,5 vezes o raio de Antares (a cromosfera do nosso Sol tem apenas 1/200 vezes o seu raio). Também descobriram que a temperatura da cromosfera é mais baixa do que as observações ópticas e ultravioletas anteriores sugeriram. A temperatura atinge um pico de 3500º C, após o qual diminui gradualmente. Como comparação, a cromosfera do Sol atinge temperaturas de quase 20.000 graus Celsius.

“Descobrimos que a cromosfera é ‘morna’ e não quente, em temperaturas estelares,” disse O’Gorman. “A diferença pode ser explicada porque as nossas medições de rádio são um termómetro sensível para a maior parte do gás e do plasma na atmosfera da estrela, enquanto observações ópticas e ultravioletas anteriores eram sensíveis apenas a gás e plasma muito quentes.”

“Pensamos que as estrelas super-gigantes vermelhas, como Antares e Betelgeuse, têm uma atmosfera não homogénea,” disse Keiichi Ohnaka, da Universidade Católica do Norte no Chile, que anteriormente observou a atmosfera de Antares no infravermelho. “Imagine que as suas atmosferas são pinturas feitas de muitos pontos de cores diferentes, representando temperaturas diferentes. A maior parte da pintura contém pontos de gás morno que os radiotelescópios podem ver, mas também existem pontos frios que só os telescópios infravermelhos podem observar, e pontos quentes que os telescópios ultravioletas veem. De momento, não podemos observar estes pontos individualmente, mas queremos tentar fazer isso em estudos futuros.”

Nos dados do ALMA e do VLA, os astrónomos viram pela primeira vez uma clara distinção entre a cromosfera e a região onde os ventos começam a formar-se. Na imagem do VLA, é visível um enorme vento, ejectado de Antares e iluminado pela sua estrela companheira mais pequena, porém mais quente, Antares B.

“Quando eu era estudante, sonhava em ter dados como estes,” disse o co-autor Graham Harper da Universidade do Colorado, em Boulder, EUA. “Conhecer os tamanhos e as temperaturas reais das zonas atmosféricas dá-nos uma pista de como estes enormes ventos começam a formar-se e quanta massa é ejectada.”

“A nossa compreensão inata do céu nocturno é que as estrelas são apenas pontos de luz. O facto de podermos mapear as atmosferas destas estrelas super-gigantes em detalhe é um verdadeiro testemunho dos avanços tecnológicos da interferometria. Estas potentes observações aproximam-nos do Universo,” disse Chris Carilli do NRAO (National Radio Astronomy Observatory), que esteve envolvido nas primeiras observações de Betelgeuse em vários comprimentos de onda de rádio com o VLA em 1998.

Astronomia On-line
19 de Junho de 2020

 

 

3831: Imagem revela proto-binário no processo de formação

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Ampliação da nuvem molecular de Ofíuco, realçando o sistema de formação estelar IRAS 16293-2422 com a proto-estrela B no canto superior direito e agora as claramente identificadas proto-estrelas A1 e A2 em baixo e à esquerda. O sistema binário também tem a sua própria ampliação.
Crédito: Instituto Max Planck; fundo – ESO/DSS2; Davide De Martin

Observações de alta resolução de um jovem sistema estelar ainda em formação revelam claramente um par de proto-estrelas nos seus estágios iniciais de evolução profundamente enraizados na fonte IRAS 16293-2422 na nuvem molecular de Ofíuco. A equipa, liderada pelo Instituto Max Planck para Física Extraterrestre, usou o interferómetro ALMA não apenas para determinar a configuração da fonte, mas também para medir a cinemática do gás e das estrelas, determinando a massa do jovem binário. As duas proto-estrelas são um pouco mais massivas do que se pensava anteriormente e giram em torno uma da outra mais ou menos a cada 400 anos.

O sistema chamado IRAS 16293-2422 é uma das regiões de formação estelar mais brilhantes da nossa vizinhança cósmica. Está localizado na nuvem molecular de Ofíuco, a uma distância de aproximadamente 460 anos-luz e tem sido amplamente estudada, também porque mostra uma forte emissão de várias moléculas orgânicas complexas, constituindo os blocos de construção de espécies pré-bióticas. No entanto, até agora a configuração detalhada da região não era bem clara, com observações em vários comprimentos de onda mostrando várias fontes compactas em localizações ligeiramente diferentes. Esta confusão ocorreu devido à grande quantidade de material em frente das proto-estrelas, como esperado nestes estágios iniciais de formação.

Uma equipa internacional de astrónomos liderada pelo Instituto Max Planck para Física Extraterrestre obteve agora observações rádio de alta resolução com o interferómetro ALMA, que revelam claramente duas fontes compactas A1 e A2 além da conhecida proto-estrela B. “As nossas observações confirmam a localização das duas proto-estrelas íntimas e revelam que cada uma é rodeada por um disco muito pequeno de poeira. Ambas, por sua vez, estão embebidas numa grande quantidade de material que mostra padrões complexos”, comenta Maria José Maureira, autora principal do estudo.

A fonte A1 tem uma massa um pouco inferior a 1 massa solar e está embutida num pequeno disco de poeira do tamanho da cintura de asteróides; a fonte A2 tem uma massa de aproximadamente 1,4 sóis e está embutida num disco um pouco maior. Curiosamente, este disco em torno de A2 também aparece em ângulo em comparação com a orientação geral da estrutura maior da nuvem, enquanto o disco em torno da fonte B – a uma distância muito maior – é visto de frente, indicando uma história de formação bastante caótica.

Além da observação directa da emissão de poeira, a equipa também obteve informações sobre o movimento do gás em torno das estrelas por meio de observações de linhas espectrais de moléculas orgânicas, que traçam bem a região de alta densidade em torno do sistema binário descoberto. Isto permitiu-lhes obter uma medição de massa independente e confirmar que A1 e A2 formam um par ligado.

Combinando as suas observações mais recentes com dados recolhidos nos últimos 30 anos, a equipa descobriu que as duas estrelas se orbitam uma à outra uma vez a cada 360 anos, a uma distância semelhante à órbita de Plutão, onde a órbita está inclinada cerca de 60º. “Esta é a primeira vez que conseguimos derivar os parâmetros orbitais completos de um sistema binário neste estágio tão inicial da sua formação,” realça Jaime Peneda, também do Instituto Max Planck para Física Extraterrestre, que contribuiu para a modelagem.

“Com estes resultados, finalmente somos capazes de mergulhar num dos sistemas proto-estelares mais jovens e incorporados, revelando a sua estrutura dinâmica e morfologia complexa, onde vemos claramente o material filamentar ligando os discos circunstelares à região circundante e, provavelmente, ao disco circum-binário. Os pequenos discos provavelmente ainda estão a ser alimentados e a crescer!” enfatiza Paola Caselli, directora do Instituto Max Planck para Física Extraterrestre e líder do Centro para Estudos Astro-químicos. “Isto só foi possível graças à grande sensibilidade do ALMA e às observações de moléculas que traçam essas regiões densas. As moléculas enviam-nos sinais em frequências muito específicas e, após as alterações dessas frequências por toda a região (devido a movimentos internos), é possível reconstruir a cinemática complexa do sistema. É este o poder da astroquímica.”

Astronomia On-line
12 de Junho de 2020

 

 

3772: ESO Astronomy

ESO #Flashback: The Milky Way stretches across the sky in this image of ALMA, the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array.

Image credit: ESO Astronomy / Sergio Otarola Photography

View larger image at: http://orlo.uk/1qlx8

ESO #Flashback: A Via Láctea estende-se através do céu nesta imagem de ALMA, o Atacama Grande Array de Milímetro / submilímetro.

Crédito da imagem: ESO Astronomy / Sergio Otarola Photography

Veja uma imagem maior em: http://orlo.uk/1qlx8

 

 

3747: ALMA avista coração cintilante da Via Láctea

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Impressão de artista do disco de gás em torno do buraco negro super-massivo. Manchas quentes que orbitam o objecto monstruoso podem produzir emissões milimétricas quase periódicas detectadas com o ALMA.
Crédito: Universidade Keio

Usando o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), astrónomos encontraram oscilações quase periódicas em ondas milimétricas do centro da Via Láctea, Sagitário (Sgr) A*. A equipa interpretou este piscar como devido à rotação de pontos de rádio, em torno do buraco negro super-massivo, com um raio orbital menor que o de Mercúrio. Esta é uma pista interessante para investigar o espaço-tempo com extrema gravidade.

“Sabe-se que Sgr A* às vezes brilha em comprimentos de onda milimétricos,” diz Yuhei Iwata, autor principal de um artigo científico publicado na revista The Astrophysical Journal Letters e estudante da Universidade Keio, Japão. “Desta vez, usando o ALMA obtivemos dados de alta qualidade da variação da intensidade de ondas de rádio de Sgr A* durante 10 dias, 70 minutos por dia. Em seguida, encontrámos duas tendências: variações quase periódicas com uma escala de tempo típica de 30 minutos e variações mais lentas de uma hora.”

Os astrónomos presumem que um buraco negro super-massivo com uma massa de 4 milhões de sóis esteja localizado no centro de Sgr A*. Foram observados surtos de brilho de Sgr A* não apenas em comprimentos de onda milimétrico, mas também no infravermelho e em raios-X. No entanto, as variações detectadas com o ALMA são muito mais pequenas do que as detectadas anteriormente, e é possível que estes níveis de pequenas variações ocorram sempre em Sgr A*.

O buraco negro, propriamente dito, não produz nenhum tipo de emissão. A fonte da emissão é o disco gasoso escaldante em torno do buraco negro. O gás que rodeia o buraco negro não entra directamente no poço gravitacional, mas gira em seu redor para formar um disco de acreção.

A equipa concentrou-se em pequenas variações na escala e descobriu que o período de variação de 30 minutos é comparável ao período orbital da orla mais interna do disco de acreção com um raio de 0,2 unidades astronómicas (1 unidade astronómica corresponde à distância entre a Terra e o Sol: 150 milhões de quilómetros). Para comparação, Mercúrio, o planeta mais interior do Sistema Solar, orbita o Sol a uma distância de 0,4 UA. Tendo em conta a massa colossal no centro do buraco negro, o seu efeito gravitacional sob o disco de acreção é também extremo.

“Esta emissão pode estar relacionada com alguns fenómenos exóticos que ocorrem nas proximidades do buraco negro super-massivo” diz Tomoharu Oka, professor da Universidade Keio.

O seu cenário é o seguinte: os pontos quentes são formados esporadicamente no disco e circulam em torno do buraco negro, emitindo fortes ondas milimétricas. Segundo a teoria especial da relatividade de Einstein, a emissão é largamente ampliada quando a fonte está a mover-se em direcção ao observador com uma velocidade comparável à da luz. A velocidade de rotação da orla interna do disco de acreção é bastante grande, de modo que surge este efeito extraordinário. Os astrónomos pensam que esta é a origem da variação de curto prazo da emissão milimétrica de Sgr A*.

A equipa supõe que a variação possa afectar o esforço de criar uma imagem do buraco negro super-massivo com o EHT (Event Horizon Telescope). “Em geral, quanto mais rápido o movimento, mais difícil é tirar uma foto do objecto,” diz Oka “Ao invés, a variação da emissão propriamente dita fornece informações convincentes do movimento do gás. Podemos testemunhar o momento exacto de absorção de gás pelo buraco negro com uma campanha de monitorização a longo prazo com o ALMA”. Os investigadores pretendem extrair informações independentes para entender o ambiente misterioso em redor do buraco negro super-massivo.

Astronomia On-line
26 de Maio de 2020

 

 

3746: ALMA descobre disco giratório e massivo no Universo jovem

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Impressão de artista de Wolfe Disk, uma galáxia massiva de disco giratório no Universo jovem e empoeirado. A galáxia foi inicialmente descoberta quando o ALMA examinou a luz de um quasar mais distante (topo esquerdo).
Crédito: NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello

No nosso Universo de 13,8 mil milhões de anos, a maioria das galáxias como a Via Láctea forma-se gradualmente, atingindo a sua grande massa relativamente tarde. Mas uma nova descoberta feita com o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), de uma galáxia massiva e de disco giratório, vista quando o Universo tinha apenas 10% da sua idade actual, desafia os modelos tradicionais de formação galáctica. Esta investigação foi publicada dia 20 de maio na revista Nature.

A galáxia DLA0817g, apelidada de “Wolfe Disk” em homenagem ao falecido astrónomo Arthur M. Wolfe, é a galáxia de disco giratório mais distante já observada. O poder incomparável do ALMA tornou possível ver esta galáxia a girar a 272 km/s, semelhante à nossa Via Láctea.

“Embora estudos anteriores tenham sugerido a existência destas galáxias precoces de disco, ricas em gás e giratórias, graças ao ALMA agora temos evidências inequívocas de que existiam apenas 1,5 mil milhões de anos após o Big Bang,” disse o autor principal Marcel Neeleman do Instituto Max Planck para Astronomia em Heidelberg, Alemanha.

Como é que “Wolfe Disk” se formou?

A descoberta de Wolfe Disk oferece um desafio para muitas simulações de formação de galáxias, que preveem que galáxias massivas, neste ponto da evolução do cosmos, cresceram através de muitas fusões de galáxias mais pequenas e aglomerados quentes de gás.

“A maioria das galáxias que encontramos no início do Universo parecem destroços de acidentes porque foram submetidas a uma fusão consistente e muitas ‘violenta’,” explicou Neeleman. “Estas fusões escaldantes dificultam a formação de discos giratórios frios e bem ordenados, como observamos no nosso Universo actual.”

Na maioria dos cenários de formação galáctica, as galáxias só começam a mostrar um disco bem formado cerca de 6 mil milhões de após o Big Bang. O facto dos astrónomos encontrarem uma galáxia deste tipo, quando o Universo tinha apenas 10% da sua idade actual, indica que outros processos de crescimento devem ter dominado.

“Pensamos que Wolfe Disk tenha crescido principalmente através de acreção constante de gás frio,” disse J. Xavier Prochaska, da Universidade da Califórnia em Santa Cruz, co-autor do artigo. “Ainda assim, uma das questões que resta é como montar uma massa tão grande de gás, mantendo um disco giratório relativamente estável.”

Formação estelar

A equipa também usou o VLA (Karl G. Jansky Very Large Array) da NSF (National Science Foundation) e o Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA para aprender mais sobre a formação estelar em Wolfe Disk. Nos comprimentos de onda do rádio, o ALMA analisou os movimentos e a massa de gás atómico e poeira enquanto o VLA media a quantidade de massa molecular – o combustível da formação estelar. No ultravioleta, o Hubble observou estrelas massivas. “O ritmo de formação estelar em Wolfe Disk é pelo menos dez vezes maior do que na nossa própria Galáxia,” explicou Prochaska. “Deve ser uma das galáxias de disco mais produtivas do Universo jovem.”

Uma galáxia “normal”

Wolfe Disk foi descoberta pelo ALMA em 2017. Neeleman e a sua equipa encontraram a galáxia quando examinaram a luz de um quasar mais distante. A luz do quasar foi absorvida ao passar por um enorme reservatório de hidrogénio gasoso em redor da galáxia – e foi assim que se revelou. Em vez de procurar luz directa de galáxias extremamente brilhantes, mas mais raras, os astrónomos usaram este método de “absorção” para encontrar galáxias mais fracas e mais “normais” no início do Universo.

“O facto de termos encontrado Wolfe Disk usando este método, diz-nos que pertence à população normal de galáxias presentes nos primeiros tempos,” disse Neeleman. “Quando as nossas mais recentes observações com o ALMA mostraram surpreendentemente que está a girar, percebemos que as galáxias de disco giratório precoces não são tão raras quanto pensávamos e que devem existir muitas mais por aí.”

“Esta observação resume como a nossa compreensão do Universo é aprimorada com a sensibilidade avançada que o ALMA traz à radioastronomia,” disse Joe Pesce, director do programa de astronomia da NSF, que financia o telescópio. “O ALMA permite-nos fazer descobertas novas e inesperadas em quase todas as observações.”

Astronomia On-line
26 de Maio de 2020

 

 

3734: Há uma galáxia fria e rebelde no Universo primitivo. É a mais antiga já encontrada

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

NRAO / AUI / NSF, S. Dagnello

Uma equipa de investigadores descobriu a galáxia de disco maciço rotativo mais distante já observada. Embora galáxias semelhantes à Via Láctea sejam comuns em todo o Universo, nunca tinha sido descoberta uma tão grande e tão antiga quanto esta.

Apelidado de Wolfe Disk, em homenagem ao falecido astrónomo Arthur M. Wolfe, a galáxia DLA0817g gira a 272 quilómetros por segundo e pesa 72 mil milhões de vezes a massa do Sol.

Esta é a galáxia de disco mais antiga alguma vez encontrada: formou-se quando o Universo tinha 10% da idade actual. As observações, conduzidas pelo Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), colidem com os modelos tradicionais que defendem que uma galáxia de disco maciço como esta se forme cerca de seis mil milhões de anos após o Big Bang, o que não é tão cedo.

“Embora estudos anteriores sugerissem a existência dessas galáxias em disco ricas em gás e rotativas, graças ao ALMA, agora temos evidências inequívocas de que ocorrem 1,5 mil milhões de anos após o Big Bang”, disse Marcel Neeleman, do Instituto de Astronomia Max Planck e autor principal do estudo, em comunicado.

De acordo com o New Scientist, isto pode significar que galáxias como a Via Láctea podem ter começado a formar-se muito mais cedo na História do universo do que pensávamos.

Acredita-se que as galáxias se formem através de muitas fusões de galáxias mais pequenas, bem como capturando aglomerados quentes de gás. O processo é caótico e leva a uma galáxia confusa que só se torna um objecto mais ordenado após milhares de milhões de anos.

Porém, será necessário outro mecanismo para explicar a formação desta estranha e rebelde galáxia. “Acreditamos que a Wolfe Disk tenha crescido principalmente através da acumulação constante de gás frio“, explicou o co-autor J. Xavier Prochaska, da Universidade da Califórnia. “Ainda assim, uma das questões que resta é como montar uma massa de gás tão grande, mantendo um disco rotativo relativamente estável”.

De acordo com o estudo publicado este mês na revista científica Nature, a galáxia está a formar estrelas a uma taxa 10 vezes maior do que a nossa própria galáxia. Este é uma das taxas mais altas durante aquela época do Universo, mas longe do mais alto de todos os tempos.

A galáxia foi descoberta pela primeira vez em 2017, enquanto a equipa estudava a luz de um quasar luminoso distante, um tipo específico de galáxia activa. A emissão do quasar foi alterada pela grande nuvem de hidrogénio ao redor da Wolfe Disk, permitindo a descoberta de uma galáxia muito mais fraca.

“O fato de termos encontrado a Wolfe Disk usando este método diz-nos que pertence à população normal de galáxias presentes nos primeiros tempos”, disse Neeleman. “Quando as nossas mais recentes observações do ALMA mostraram surpreendentemente que está a girar, percebemos que as galáxias em disco rotativo primitivo não são tão raras como pensávamos e que deve haver muitas mais por aí.”

ZAP //

Por ZAP
23 Maio, 2020

 

 

3590: ALMA revela composição invulgar do cometa interestelar 2I/Borisov

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Impressão de artista do cometa interestelar 2I/Borisov enquanto viaja através do nosso Sistema Solar. Este misterioso visitante, oriundo das profundezas do espaço, é o primeiro cometa de outra estrela identificado de forma conclusiva. O cometa consiste numa aglomeração frouxa de partículas de poeira e gelos, e provavelmente não tem mais do que 975 metros, aproximadamente o comprimento de nove campos de futebol. Gás é ejectado para fora do cometa quando se aproxima do Sol e é aquecido.
Crédito: NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello

No ano passado um visitante galáctico entrou no nosso Sistema Solar – o cometa interestelar 2I/Borisov. Quando os astrónomos apontaram o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) em direcção ao cometa nos dias 15 e 16 de Dezembro de 2019, observaram directamente e pela primeira vez as substâncias químicas armazenadas dentro de um objecto pertencente a outro sistema planetário que não o nosso. Esta investigação foi publicada dia 20 de Abril, online, na revista Nature Astronomy.

As observações ALMA de uma equipa internacional de cientistas liderada por Martin Cordiner e Stefanie Milam do Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, no estado norte-americano de Maryland, revelaram que o gás que saía do cometa continha quantidades invulgarmente altas de monóxido de carbono (CO). A concentração de CO é maior do que a já detectada em qualquer cometa até 2 UA (Unidades Astronómicas) do Sol, isto é, até 300 milhões de quilómetros. A concentração de CO de 2I/Borisov foi estimada entre nove e 26 vezes superior à de um cometa médio do Sistema Solar.

Os astrónomos estão interessados em aprender mais sobre os cometas, porque estes objectos passam a maior parte do tempo a grandes distâncias de qualquer estrela em ambientes muito frios. Ao contrário dos planetas, as suas composições interiores não mudaram significativamente desde que nasceram. Portanto, podiam revelar muito sobre os processos que ocorreram durante o seu nascimento em discos proto-planetários. “É a primeira vez que olhamos para o interior de um cometa não pertencente ao nosso Sistema Solar,” disse o astro-químico Martin Cordiner, “e é dramaticamente diferente da maioria dos outros cometas que já vimos antes.”

O ALMA detectou duas moléculas no gás ejectado pelo cometa: cianeto de hidrogénio (HCN) e monóxido de carbono (CO). Embora a equipa esperasse ver HCN, presente em 2I/Borisov em quantidades semelhantes às encontradas nos cometas do Sistema Solar, ficaram surpresos ao ver grandes quantidades de CO. “O cometa deve ter-se formado a partir de material muito rico em CO gelado, que está presente apenas nas temperaturas mais baixas encontradas no espaço, abaixo dos -250º C,” disse a cientista planetária Stefanie Milam.

“O ALMA foi fundamental para transformar a nossa compreensão da natureza do material cometário no nosso próprio Sistema Solar – e agora com este objecto único oriundo da nossa vizinhança estelar. É apenas graças à sensibilidade sem precedentes do ALMA nos comprimentos de onde sub-milimétricos que podemos caracterizar o gás que sai destes objectos tão únicos,” disse Anthony Remijan do NRAO (National Radio Astronomy Observatory) em Charlottesville, Virgínia, co-autor do estudo.

O monóxido de carbono é uma das moléculas mais comuns no espaço e é encontrado no interior da maioria dos cometas. No entanto, há uma enorme variação na concentração de CO nos cometas e ninguém sabe exactamente porquê. Parte da justificação pode estar relacionada com o local onde, no Sistema Solar, um cometa foi formado; outra parte pode ter a ver com a frequência com que a órbita de um cometa o aproxima do Sol e o leva a libertar os seus gelos mais facilmente evaporados.

“Se os gases que observámos refletem a composição do local de nascimento de 2I/Borisov, então mostram que pode ter sido formado de maneira diferente dos cometas do nosso Sistema Solar, numa região externa e extremamente fria de um sistema planetário distante,” acrescentou Cordiner. Esta região pode ser comparada à fria região de corpos gelados para lá de Neptuno, chamada Cintura de Kuiper.

A equipa só pode especular o tipo de estrela que hospedou o sistema planetário de 2I/Borisov. “A maioria dos discos proto-planetários observados com o ALMA encontra-se em torno de versões mais jovens de estrelas de baixa massa como o Sol,” disse Cordiner. “Muitos destes discos estendem-se bem para lá da região onde se pensa que os nossos próprios cometas se formaram e contêm grandes quantidades de gás e poeira extremamente frios. É possível que 2I/Borisov tenha vindo de um destes discos maiores.”

Devido à sua alta velocidade ao viajar pelo nosso Sistema Solar (33 km/s), os astrónomos suspeitam que 2I/Borisov foi expelido do seu sistema hospedeiro, provavelmente pela interacção com uma estrela passageira ou por um planeta gigante. Passou depois milhões ou milhares de milhões de anos numa viagem fria e solitária pelo espaço interestelar, antes de ser descoberta no dia 30 de Agosto de 2019 pelo astrónomo amador Gennady Borisov.

2I/Borisov é apenas o segundo objecto interestelar a ser detectado no nosso Sistema Solar. O primeiro – 1I/’Oumuamua – foi descoberto em Outubro de 2017, quando já estava na sua rota de saída, dificultando a revelação de detalhes sobre se era um cometa, asteroide ou outra coisa. A presença de uma cabeleira activa de gás e poeira em redor de 2I/Borisov tornou-o no primeiro cometa interestelar confirmado.

Até que outros cometas interestelares sejam observados, a composição invulgar de 2I/Borisov não pode ser facilmente explicada e levanta mais perguntas do que respostas. A sua composição é típica de cometas interestelares? Será que vamos ver mais cometas interestelares nos próximos anos com composições químicas peculiares? O que será que vão revelar sobre como os planetas se formam nos outros sistemas estelares?

“2I/Borisov deu-nos um primeiro vislumbre da química que moldou outro sistema planetário,” disse Milam. “Mas somente quando pudermos comparar o objecto com outros cometas interestelares, é que vamos descobrir se 2I/Borisov é um caso especial, ou se todos os objectos interestelares têm níveis invulgarmente altos de CO.”

Astronomia On-line
24 de Abril de 2020

 

 

3526: ALMA observa gás impactado por jactos jovens de buraco negro super-massivo

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Imagem reconstruida do aspecto de MG J0414+0534 caso os efeitos de lente gravitacional fossem “desligados”. As emissões da poeira e do gás ionizado em torno de um quasar podem ser vistas a vermelho. As emissões do gás monóxido de carbono são vistas a verde, que têm uma estrutura bipolar ao longo dos jatos.
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), K. T. Inoue et al.

Usando o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), os astrónomos obtiveram a primeira imagem de nuvens perturbadas de gás numa galáxia a 11 mil milhões de anos-luz de distância. A equipa descobriu que a perturbação é provocada por jactos jovens e poderosos libertados por um buraco negro super-massivo que reside no centro da galáxia hospedeira. Este resultado lançará luz sobre o mistério do processo evolutivo das galáxias no início do Universo.

É sabido que os buracos negros exercem uma forte atracção gravitacional na matéria circundante. No entanto, é menos conhecido que alguns buracos negros têm fluxos velozes de matéria ionizada, chamados jactos. Em algumas galáxias próximas, os jactos desenvolvidos expelem nuvens galácticas de gás, resultando na supressão de formação estelar. Portanto, para entender a evolução das galáxias, é crucial observar a interacção entre jactos de buracos negros e nuvens gasosas ao longo da história cósmica. No entanto, tem sido difícil obter evidências claras desta interacção, especialmente no início do Universo.

Para obter evidências tão claras, a equipa usou o ALMA para observar um objecto interessante conhecido como MG J0414+0534. Uma característica distintiva de MG J0414+0534 é que os caminhos que a sua luz percorre até à Terra são significativamente distorcidos pela gravidade de outra galáxia “lente” entre MG J0414+0534 e nós, provocando uma ampliação significativa.

“Esta distorção funciona como um ‘telescópio natural’ para permitir uma visão detalhada de objectos distantes,” diz Takeo Minezaki, professor da Universidade de Tóquio.

Outra característica é que MG J0414+0534 possui um buraco negro super-massivo com jactos bipolares no centro da galáxia hospedeira. A equipa conseguiu reconstruir a imagem “verdadeira” das nuvens gasosas, bem como dos jactos de MG J0414+0534, contabilidade cuidadosamente os efeitos gravitacionais exercidos pela galáxia “lente” interveniente.

“Combinando este telescópio cósmico e as observações de alta resolução do ALMA, obtivemos uma visão excepcionalmente nítida, que é 9000 vezes melhor do que a visão humana,” acrescenta Kouichiro Nakanishi, professor associado do projecto no NAOJ (National Astronomical Observatory of Japan)/SOKENDAI. “Com esta resolução extremamente alta, conseguimos obter a distribuição e o movimento nuvens gasosas em torno de jactos expelidos por um buraco negro super-massivo.”

Graças a uma resolução tão superior, a equipa descobriu que nuvens gasosas ao longo dos jactos têm movimentos violentos com velocidades de até 600 km/s, mostrando evidências claras de gás impactado. Além disso, descobriu-se que o tamanho das nuvens gasosas impactadas e dos jactos é muito menor do que o tamanho típico de uma galáxia com esta idade.

“Talvez estejamos a testemunhar a fase inicial da evolução dos jactos na galáxia,” diz Satoki Matsushita, investigador do Instituto de Astronomia e Astrofísica da Academia Sinica. “Pode ser tão cedo quanto algumas dezenas de milhares de anos após o lançamento dos jactos.”

“MG J0414+0534 é um exemplo excelente devido à jovem idade dos jatos,” sumariz Kaiki Inoue, professor na Universidade Kindai, Japão, e autor principal do artigo científico publicado na revista The Astrophysical Journal Letters. “Encontrámos evidências reveladoras da interacção significativa entre jatos e nuvens gasosas, mesmo na fase evolutiva inicial dos jactos. Acho que a nossa descoberta abrirá o caminho para uma melhor compreensão do processo evolutivo das galáxias no início do Universo.”

Astronomia On-line
31 de Março de 2020

 

 

As estranhas órbitas dos discos planetários tipo-“Tatooine”

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Dois exemplos de discos proto-planetários alinhados e desalinhados em torno de estrelas binárias (discos circum-binários), observados com o ALMA. As órbitas das estrelas binárias foram acrescentadas para efeitos de claridade. Esquerda: no sistema estelar HD 98800 B, o disco está desalinhado com as estrelas do binário. As estrelas orbitam-se uma à outra (nesta imagem, na nossa direcção e na direcção contrária) em 315 dias. Direita: no sistema estelar AK Sco, o disco está em linha com a órbita das suas estrelas binárias. As estrelas orbitam-se uma à outra a cada 13,6 dias.
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), I. Czekala e G. Kennedy; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello

Usando o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), os astrónomos descobriram geometrias orbitais impressionantes em discos proto-planetários que rodeiam estrelas binárias. Embora os discos que orbitem os sistemas estelares duplos mais compactos partilhem quase o mesmo plano, os discos em torno de binários largos têm planos orbitais muito inclinados. Estes sistemas podem ensinar-nos mais sobre a formação planetária em ambientes complexos.

Ao longo das últimas duas décadas têm sido encontrados milhares de planetas em órbita de outras estrelas além do Sol. Alguns destes planetas orbitam duas estrelas, tal como o lar de Luke Skywalker, Tatooine (da saga “Star Wars”). Os planetas nascem em discos proto-planetários – temos agora observações maravilhosas destes discos graças ao ALMA – mas a maioria dos discos estudados até agora encontram-se em estrelas singulares. Os exoplanetas tipo-“Tatooine” formam-se em discos que rodeiam estrelas duplas, os chamados discos circum-binários.

O estudo dos locais de nascimento dos planetas “Tatooine” fornece uma oportunidade única de aprender como os planetas se formam em ambientes diferentes. Os astrónomos já sabem que as órbitas das estrelas binárias podem distorcer e inclinar o disco em seu redor, resultando num disco circum-binário desalinhado em relação ao plano orbital das suas estrelas hospedeiras. Por exemplo, num estudo de 2019 liderado por Grant Kennedy da Universidade de Warwick, no Reino Unido, o ALMA encontrou um disco circum-binário impressionante numa configuração polar.

“Com o nosso estudo, queríamos aprender mais sobre as geometrias típicas dos discos circum-binários,” disse o astrónomo Ian Czekala da Universidade da Califórnia em Berkeley, EUA. Czekala e a sua equipa usaram dados do ALMA para determinar o grau de alinhamento de dezanove discos proto-planetários em torno de estrelas binárias. “Os dados de alta resolução do ALMA foram críticos para o estudo de alguns dos mais pequenos e ténues discos circum-binários vistos até à data,” disse Czekala.

Os astrónomos compararam os dados do ALMA dos discos circum-binários com a dúzia de planetas tipo-“Tatooine” encontrados pelo telescópio espacial Kepler. Para sua surpresa, a equipa descobriu que o grau de desalinhamento entre as estrelas duplas e os seus discos circum-binários dependem fortemente do período orbital das estrelas hospedeiras. Quanto menor o período orbital da estrela binária, maior a probabilidade de hospedar um disco alinhado com a sua órbita. No entanto, os binários com períodos superiores a um mês geralmente hospedam discos desalinhados.

“Nós vemos uma clara sobreposição entre os discos pequenos, em órbita de binários compactos, e os planetas circum-binários encontrados com a missão Kepler,” disse Czekala. Dado que a missão primária do Kepler durou 4 anos, os astrónomos conseguiram descobrir planetas em torno de estrelas duplas que se orbitam uma à outra em menos de 40 dias. E todos estes planetas estavam alinhados com as suas órbitas estelares. Um mistério persistente era se haveriam muito planetas desalinhados que o Kepler teria dificuldade em encontrar. “Com o nosso estudo, sabemos agora que provavelmente não há uma grande população de planetas desalinhados que o Kepler falhou em descobrir, uma vez que os discos circum-binários em torno de binários compactos estão tipicamente alinhados com os seus hospedeiros estelares,” acrescentou Czekala.

Ainda assim, com base nesta descoberta, os astrónomos concluem que devem existir por aí planetas desalinhados em torno de estrelas duplas e que será uma população excitante de procurar com outros métodos de caça exoplanetária, como imagem directa e micro-lente (a missão Kepler da NASA usou o método de trânsito, que é uma das maneiras de encontrar um planeta).

Czekala agora quer descobrir por que razão existe uma correlação tão forte entre o (des)alinhamento do disco e o período orbital da estrela dupla. “Queremos usar as instalações existentes e futuras, como o ALMA e o VLA (Very Large Array) de próxima geração para estudar estruturas de disco em níveis requintados de precisão,” disse, “e tentar entender como os discos deformados ou inclinados afectam o ambiente de formação planetária e como isto pode influenciar a população de planetas que se formam dentro destes discos.”

“Esta investigação é um óptimo exemplo de como novas descobertas se baseiam em observações anteriores,” disse Joe Pesce, oficial da NSF (National Science Foundation) para o NRAO (National Radio Astronomy Observatory) e para o ALMA. “O discernimento das tendências na população de discos circum-binários só foi possível com base nos programas observacionais de arquivo realizados pela comunidade do ALMA em ciclos anteriores.”

Astronomia On-line
24 de Março de 2020