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

 

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3490: ALMA avista estrela idosa e metamorfósica

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Imagem ALMA do velho sistema W43A. A alta velocidade dos jactos bipolares ejectados da estrela antiga central podem ser vistos a azul, os fluxos de baixa velocidade têm cor verde e as nuvens poeirentas incorporadas pelos jactos estão a laranja.
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Tafoya et al.

Usando o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), uma equipa internacional de astrónomos capturou o momento exacto em que uma estrela antiga começa a alterar o seu ambiente. A estrela ejectou jactos velozes e bipolares de gás que estão agora a colidir com o material circundante; a idade estimada do jacto observado corresponde a menos de 60 anos. Estas são características-chave para entender como são produzidas as formas complexas das nebulosas planetárias.

As estrelas parecidas com o Sol evoluem para gigantes vermelhas e inchadas na fase final das suas vidas. Aí, a estrela expele gás para formar um remanescente chamado nebulosa planetária. Existe uma grande variedade nas formas das nebulosas planetárias; algumas são esféricas, mas outras são bipolares ou apresentam estruturas complicadas. Os astrónomos estão interessados nas origens desta variedade, mas a poeira e o gás espesso expelidos por uma estrela velha obscura o sistema e dificultam a investigação do funcionamento interno do processo.

Para resolver este problema, uma equipa de astrónomos liderada por Daniel Tafoya da Universidade de Tecnologia de Chalmers, Suécia, apontou o ALMA para W43A, um antigo sistema estelar na direcção da constelação de Águia.

Graças à alta resolução do ALMA, a equipa obteve uma visão muito detalhada do espaço em torno de W43A. “As estruturas mais notáveis são os seus pequenos jactos bipolares,” diz Tafoya, autor principal do estudo publicado na revista The Astrophysical Journal Letters. A equipa descobriu que a velocidade dos jactos é tão alta quanto 175 km/s, o que é muito maior do que as estimativas anteriores. Com base nesta velocidade e no tamanho dos jactos, a equipa calculou a idade dos jactos como sendo inferior ao tempo de vida do ser humano.

“Considerando a juventude dos jactos em comparação com a vida útil de uma estrela, é seguro dizer que estamos a testemunhar o ‘momento exacto’ em que os jactos começaram a empurrar o gás circundante,” explica Tafoya. “Quando os jactos esculpem o material circundante em aproximadamente 60 anos, uma única pessoa pode observar o progresso durante a sua vida.”

De facto, a imagem ALMA mapeia claramente a distribuição de nuvens empoeiradas incorporadas pelos jactos, o que é uma evidência reveladora de que está a impactar o ambiente.

A equipa assume que esta incorporação é a chave para produzir uma nebulosa planetária de forma bipolar. No seu cenário, a estrela idosa originalmente ejecta gás esfericamente e o núcleo da estrela perde o seu invólucro. Se a estrela tiver uma companheira, o seu gás é “derramado” para o núcleo da estrela moribunda e uma porção deste novo gás forma os jactos. Portanto, ter ou não uma companheira é um factor importante para determinar a estrutura da nebulosa planetária resultante.

“W43A é um dos objectos peculiares de nome ‘fonte de água’,” diz Hiroshi Imai da Universidade de Kagoshima, Japão, membro da equipa. “Algumas estrelas antigas mostram emissões de rádio características das moléculas de água. Nós supomos que manchas destas emissões de água indicam a região da interface entre os jactos e o material circundante. Nós chamamos-lhe ‘fontes de água’ e pode ser um sinal de que a fonte central é um sistema binário que lança um novo jacto.”

“Existem apenas 15 objectos ‘fonte de água’ identificados até ao momento, apesar do facto de existirem mais de 100 mil milhões de estrelas na nossa Via Láctea,” explica José Francisco Goméz do Instituto de Astrofísica da Andaluzia, Espanha. “Isto porque provavelmente a vida útil dos jactos é bastante curta, de modo que temos muita sorte em observar objectos tão raros.”

Astronomia On-line
10 de Março de 2020

 

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3463: Como as estrelas recém-nascidas se preparam para o nascimento dos planetas

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

O ALMA e o VLA observaram mais de 300 proto-estrelas e seus jovens discos proto-planetários em Orionte. Esta imagem mostra um subconjunto de estrelas, incluindo alguns binários. Os dados do ALMA e do VLA complementam-se uns aos outros: o ALMA vê a estrutura do disco externo (a azul) e o VLA observa o disco interno e o núcleo estelar (laranja).
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), J. Tobin; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello

Uma equipa internacional de astrónomos usou dois dos radiotelescópios mais poderosos do mundo para criar mais de trezentas imagens de discos de formação planetária em torno de estrelas muito jovens nas Nuvens de Orionte. Estas imagens revelam novos detalhes sobre os locais de nascimento dos planetas e sobre os estágios iniciais da formação estelar.

A maioria das estrelas do Universo é acompanhada por planetas. Estes planetas nascem em anéis de poeira e gás, chamados discos proto-planetários. Mesmo estrelas muito jovens estão cercadas por estes discos. Os astrónomos querem saber exactamente quando estes discos começam a se formar e qual o seu aspecto. Mas as estrelas jovens são muito fracas e existem densas nuvens de poeira e gás em seu redor, nos berçários estelares. Somente complexos de radiotelescópios altamente sensíveis conseguem localizar os pequenos discos em redor destas estrelas infantis por entre o material densamente compacto nestas nuvens.

Nesta nova investigação, os astrónomos apontaram o VLA (Karl G. Jansky Very Large Array) da NSF (National Science Foundation) e o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) para uma região no espaço onde nascem muitas estrelas: as Nuvens Moleculares de Orionte. Este levantamento, de nome VANDAM (VLA/ALMA Nascent Disk and Multiplicity), é até à data o maior levantamento de estrelas jovens e dos seus discos.

As estrelas muito jovens, também chamadas proto-estrelas, formam-se em nuvens de gás e poeira no espaço. O primeiro passo na formação de uma estrela é o colapso destas nuvens densas devido à gravidade. À medida que a nuvem colapsa, começa a girar – formando um disco achatado em torno da proto-estrela. O material do disco continua a alimentar a estrela e a fazê-la crescer. Eventualmente, o material restante no disco deverá formar planetas.

Muitos aspectos destes primeiros estágios da formação estelar, e de como o disco se forma, ainda não são claros. Mas esta nova investigação fornece algumas pistas em falta, pois o VLA e o ALMA espiaram através das nuvens densas e observaram centenas de proto-estrelas e seus discos em vários estágios de formação.

Jovens discos de formação planetária

“Este levantamento revelou a massa e o tamanho médio destes discos proto-planetários muito jovens,” disse John Tobin, do NRAO (National Radio Astronomy Observatory) em Charlottesville, no estado norte-americano da Virgínia, e líder da equipa científica. “Agora podemos compará-los com discos mais antigos que também foram estudados intensivamente com o ALMA.”

O que Tobin e a sua equipa descobriram, é que discos muito jovens podem ter tamanho semelhante, mas são, em média, muito mais massivos do que os discos mais antigos. “Quando uma estrela cresce, consome cada vez mais material do disco. Isto significa que os discos mais jovens têm muito mais matéria-prima da qual os planetas podem formar-se. Possivelmente já começaram a ser formados, em torno de estrelas muito jovens, planetas maiores.”

Quatro proto-estrelas especiais

Entre as centenas de imagens deste levantamento, quatro proto-estrelas parecem diferentes das outras e chamaram a atenção dos cientistas. “Estas estrelas recém-nascidas pareciam muito irregulares e desajeitadas,” disse Nicole Karnath, membro da equipa e da Universidade de Toledo, Ohio (agora no Centro Científico do SOFIA). “Pensamos que estão num dos estágios mais iniciais da formação estelar e algumas talvez ainda nem se tenham transformado em proto-estrelas.”

A descoberta destes quatro objectos, pelos cientistas, é especial. “Raramente encontramos mais do que um objecto irregular numa observação,” acrescentou Karnath, que usou quatro destas estrelas infantis para propor um caminho esquemático para os estágios iniciais da formação estelar. “Não temos a certeza da sua idade, mas têm provavelmente menos de dez mil anos.”

Para serem definidas como uma típica proto-estrela (classe 0), as estrelas não devem apenas ter um disco giratório achatado em seu redor, mas também um fluxo – expelindo material em direcções opostas – que limpa a nuvem densa em torno das estrelas e as torna opticamente visíveis. Este fluxo é importante, porque impede que as estrelas descontrolem a sua rotação enquanto crescem. Mas exactamente quando é que estes fluxos começam, é uma questão em aberto na astronomia.

Uma das estrelas infantis neste estudo, chamada HOPS 404, possui um fluxo de apenas dois quilómetros por segundo (um típico fluxo proto-estelar tem 10-100 km/s). “É um grande sol inchado que ainda está a acumular muita massa e que apenas começou o seu fluxo para perder momento angular e assim continuar a crescer,” explicou Karnath. “Este é um dos fluxos mais pequenos que já vimos e apoia a nossa teoria do aspecto do primeiro passo na formação de uma proto-estrela.”

Combinando o ALMA e o VLA

A excelente resolução e sensibilidade desta investigação, fornecidas pelo ALMA e pelo VLA, foram cruciais para entender as regiões exteriores e interiores das proto-estrelas e dos seus discos. Embora o ALMA possa examinar em grande detalhe o material denso e empoeirado em torno de proto-estrelas, as imagens do VLA obtidas a maiores comprimentos de onda foram essenciais para entender as estruturas internas das proto-estrelas mais jovens a escalas mais pequenas do que o nosso Sistema Solar.

“A combinação do ALMA e do VLA deu-nos o melhor dos dois mundos,” disse Tobin. “Graças a estes telescópios, começamos a entender o início da formação planetária.”

Astronomia On-line
25 de Fevereiro de 2020

 

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3418: Esta é a imagem de uma guerra de estrelas

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

O rádio-observatório ALMA, situado no deserto chileno do Atacama, captou o resultado de uma “batalha estelar”. Um dos aspectos positivos duma batalha estelar é que ajuda os astrónomos a compreenderem melhor a evolução final de estrelas como o Sol.

© ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Olofsson et al. Acknowledgement: Robert Cumming

Com o auxílio do rádio-observatório Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), do qual o ESO (European Southern Observatory) é parceiro, os astrónomos descobriram uma nuvem de gás peculiar que resultou da confrontação entre duas estrelas. “Uma das estrelas cresceu tanto que engolfou a outra, a qual, por sua vez, espiralou em direcção à sua companheira levando-a a libertar as suas camadas mais exteriores”, lê-se na nota enviada às redacções.

O comunicado refere que, tal como os humanos, as estrelas também se modificam com a idade, acabando por morrer. No caso do Sol e doutras estrelas como a nossa, esta modificação passa por uma fase durante a qual, tendo já queimado todo o hidrogénio existente no seu centro, a estrela aumenta imenso de tamanho transformando-se numa estrela brilhante chamada gigante vermelha. “Eventualmente, a estrela moribunda perde as suas camadas mais exteriores, restando no final um núcleo quente e denso ao qual chamamos anã branca”, explica a nota.

“O sistema estelar HD101584 é especial no sentido em que o seu “processo de morte’ terminou prematuramente de forma dramática quando uma companheira de pequena massa bastante próxima se viu engolfada pela gigante vermelha,” explica Hans Olofsson da Universidade de Tecnologia Chalmers, na Suécia, que liderou um estudo recente sobre este objeto intrigante, publicado na revista da especialidade Astronomy & Astrophysics.

Graças às novas observações obtidas pelo ALMA e complementadas com dados do APEX (Atacama Pathfinder EXperiment), operado pelo ESO, Olofsson e a sua equipa sabem agora que o que aconteceu ao sistema estelar duplo HD101584 se assemelhou a uma batalha estelar.

Quando a estrela principal se transformou numa gigante vermelha, cresceu tanto que acabou por engolir a sua parceira de pequena massa. Como resultado, a estrela mais pequena espiralou em direcção ao núcleo da gigante e, apesar de não ter colidido com ele, a manobra fez com que a estrela maior explodisse, deixando as suas camadas de gás espalhadas e o seu núcleo exposto.

A equipa diz que a estrutura complexa do gás observada na nebulosa HD101584 se deve a uma estrela mais pequena a espiralar em direcção à gigante vermelha, assim como aos jactos que se formaram no processo. Tal como um golpe mortal desferido às camadas de gás já vencidas, estes jactos foram lançados através do material previamente ejectado, dando origem aos anéis de gás e às bolhas brilhantes azuladas e avermelhadas que vemos na nebulosa.

“Imagem extraordinária” só foi possível devido a resolução do ALMA

Um dos aspectos positivos duma batalha estelar é que ajuda os astrónomos a compreenderem melhor a evolução final de estrelas como o Sol. “Actualmente, conseguimos descrever os processos de morte comuns a muitas estrelas do tipo do Sol, mas não conseguimos explicar o seu porquê ou exactamente como é que acontecem. A HD101584 dá-nos pistas importantes para resolver este mistério, já que se encontra actualmente numa fase curta e transitória entre estádios evolucionários que conhecemos melhor. Com imagens detalhadas do meio que envolve a HD101584, podemos fazer a ligação entre a gigante vermelha que existia anteriormente e o resto estelar em que se transformará brevemente,” explica a co-autora do artigo científico Sofia Ramstedt da Universidade de Uppsala, na Suécia.

A co-autora Elizabeth Humphreys do ESO no Chile destaca que o ALMA e o APEX, localizados no deserto chileno do Atacama, foram cruciais para que a equipa pudesse investigar “tanto a física como a química que se encontram em acção” na nuvem de gás. Humphreys acrescenta: “Esta imagem extraordinária do meio circunstelar da HD101584 não teria sido possível sem a excelente sensibilidade e resolução angular do ALMA.”

Apesar dos telescópios actuais permitirem aos astrónomos estudar o gás que rodeia o binário, as duas estrelas no centro da complexa nebulosa encontram-se muito próximas uma da outra e demasiado afastadas de nós para poderem ser separadas.

O Extremely Large Telescope do ESO, actualmente em construção no deserto chileno do Atacama, “dar-nos-á informação sobre o “coração” do objecto, permitindo aos astrónomos observar mais de perto o par em luta”, conclui Olofsson.

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.

Diário de Notícias

DN

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3369: Sem ele não haveria vida na Terra. Cientistas traçam viagem cósmica do fósforo

CIÊNCIA

Forma-se nas correntes de gás que dão origem às estrelas e viaja à boleia de cometas. Foi assim que o fósforo, um dos constituintes da vida, chegou à Terra, há cerca de 4,5 mil milhões de anos. Astrónomos traçaram pela primeira vez o seu roteiro

Dizem os poetas que somos feitos do pó de estrelas, e não podiam estar mais certos, porque são as estrelas que forjam os elementos constituintes da vida. Toda ela: das bactérias e das plantas aos crustáceos ou aos vermes, dos linces, aos elefantes, e dos cachalotes aos seres humanos. Mas como surgiu, afinal, a vida na Terra, há cerca de quatro mil milhões de anos?

Esse processo é ainda hoje bastante misterioso, mas a ciência começa a ter algumas respostas, e uma delas tem a ver com o fósforo, um desses elementos essenciais à vida. Combinando dados de observações do telescópio ALMA, do ESO (European Southern Observatory), instalado no deserto de Atacama, no Chile, e da sonda Rosetta, da ESA, a agência espacial europeia, uma equipa de internacional de astrónomos traçou agora pela primeira vez o roteiro de viagem do fósforo, das estrelas, onde se forma, até à Terra, onde se juntou a outros elementos básicos para aqui fazer despontar a vida.

Os dados, publicados hoje na revista científica Monthly Notices of the Royal Astronomical Society mostram que o fósforo se constitui durante a própria formação de um certo tipo de estrelas, e que viaja depois através do cosmos à boleia de cometas, dispersando-se assim no espaço.

“A vida apareceu na Terra há cerca de 4 mil milhões de anos, mas ainda não sabemos bem que processos a tornaram possível”, afirma o principal autor do estudo, Víctor Rivilla, do Instituto Nacional de Astrofísica de Itália, sublinhando que os “dados combinados” do telescópio ALMA e do ROSINA, um dos instrumentos da sonda Rosetta, que estudou em detalhe o cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko, acabam por mostrar como se dá a sua génese, como se dispersa e como se tornou uma peça vital “no puzzle da origem da vida” na Terra.

Graças ao telescópio ALMA, os astrónomos observaram em grande detalhe uma região de formação de estrelas chamada AFGL 5142, e foi assim que conseguiram traçar o rasto ao fósforo. O que verificaram foi que as moléculas com fósforo, nomeadamente o monóxido de fósforo, se formam nas correntes de gás emitidas pelas estrelas massivas quando elas próprias estão a nascer.

É um processo complexo. As estrelas massivas em formação abrem grandes cavidades nas nuvens interestelares (as regiões nebulosas de gás e poeira que existem entre as estrelas) e é então nas paredes dessas cavidades que se formam as moléculas com fósforo, pela acção combinada da radiação e dos choques que são produzidos pela estrela bebé. Estava assim encontrada a sua origem. Mas o que aconteceria depois?

Das estrelas para o espaço

Para tentar responder à pergunta, os investigadores concentraram-se no cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko, do qual a missão europeia Rosetta traçou um dos mais detalhados retratos de um destes astros viajantes, e a ideia era tentar seguir o percurso das moléculas de fósforo, ou à base de fósforo, após a sua formação inicial. É que, após o colapso das tais cavidades nas nuvens interstelares, o fósforo ali criado agrega-se a poeiras que, por sua vez se agregam entre si, formando lentamente outros astros, como os cometas, que se tornam assim os seus veículos de transporte através do espaço.

Olhando para os dados do 67P/Churyumov-Gerasimenko, os astrónomos acabaram por encontrar o que procuravam: lá estava, sem margem para dúvida, a assinatura química do monóxido de fósforo.

O cometa 67P, fotografado pela sonda Rosetta
© ESA/Rosetta/NAVCAM

“A combinação de dados ALMA e ROSINA [o instrumento da sonda Rosetta que identificou os seus elementos] revelou uma espécie de linha condutora química durante todo o processo de formação estelar e onde o monóxido de fósforo desempenha um papel principal,” explica Victor Rivilla.

Kathrin Altwegg, investigadora principal de ROSINA e também autora do estudo acrescenta que “o monóxido de fósforo encontrado no cometa 67P poderá fortalecer [a tese] da ligação entre cometas e a vida na Terra”. O fósforo, diz, “é essencial à vida tal como a conhecemos” e, “muito provavelmente, os cometas transportaram enormes quantidades de compostos orgânicos para a Terra”.

Já Leonardo Testi, astrónomo do ESO e o gestor de operações do ALMA na Europa, sublinha a importância da “sinergia entre infra-estruturas líder mundiais no solo [o ALMA] e no espaço [a Rosetta], através da colaboração entre o ESO e a ESA”, para se chegar a esta “descoberta transformadora”, que permite ir mais além no conhecimento das “nossas origens cósmicas”.

Diário de Notícias

Filomena Naves

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3327: A vida turbulenta de dois buracos negros super-massivos apanhados numa colisão galáctica

CIÊNCIA/ESPAÇO

A galáxia NGC 6240, vista pelo ALMA (topo) e pelo Telescópio Espacial Hubble (baixo). Na imagem ALMA, o gás molecular é azul e os buracos negros são os pontos vermelhos. A imagem ALMA fornece a visão mais detalhada do gás molecular em torno dos buracos negros nesta galáxia em fusão.
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), E. Treister; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello; NASA/ESA Hubble

Uma equipa internacional de astrónomos usou o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) para criar a imagem mais detalhada de sempre do gás em redor de dois buracos negros super-massivos numa galáxia em fusão.

A 400 milhões de anos-luz da Terra, na direcção da constelação de Ofiúco, duas galáxias estão a colidir entre si e a formar uma galáxia conhecida como NGC 6240. Esta galáxia de forma peculiar já foi observada muitas vezes, pois está relativamente perto. Mas NGC 6240 é complexa e caótica. A colisão entre as duas galáxias ainda está em andamento, trazendo com elas dois buracos negros super-massivos em crescimento que provavelmente se vão fundir num buraco negro ainda maior.

Para compreender o que está a acontecer em NGC 6240, os astrónomos querem observar em detalhe a poeira e o gás em redor dos buracos negros, mas as imagens anteriores não eram nítidas o suficiente para tal. Novas observações do ALMA aumentaram a resolução das imagens por um factor de dez – mostrando pela primeira vez a estrutura do gás frio na galáxia, mesmo dentro da esfera de influência dos buracos negros.

“A chave para entender esta sistema galáctico é o gás molecular,” explicou Ezequiel Treister da Pontificia Universidad Católica em Santiago, Chile. “Este gás é o combustível necessário para formar estrelas, mas também alimenta os buracos negros super-massivos, o que lhes permite crescer.”

A maior parte do gás está localizado numa região entre os dois buracos negros. Observações menos detalhadas, feitas anteriormente, haviam sugerido que este gás podia ser um disco giratório. “Não encontramos nenhuma evidência para isso,” disse Treister. “Ao invés, vemos um fluxo caótico de gás com filamentos e bolhas entre os buracos negros. Parte deste gás é expelido para fora com velocidades de até 500 km/s. Ainda não sabemos o que provocou estes fluxos.”

Outra razão para observar o gás com tanto detalhe é que este ajuda a determinar a massa dos buracos negros. “Os modelos anteriores, com base em estrelas circundantes, indicaram que os buracos negros eram muito mais massivos do que esperávamos, cerca mil milhões de vezes mais massivos que o Sol,” disse Anne Medling da Universidade de Toledo no estado norte-americano do Ohio. “Mas estas novas imagens do ALMA mostram, pela primeira vez, a quantidade de gás capturado dentro da esfera de influência dos buracos negros. Esta massa é significativa e, portanto, estimamos agora que as massas dos buracos negros são mais pequenas: cerca de algumas centenas de milhões de vezes a massa do nosso Sol. Com base nisto, pensamos que a maioria das medições anteriores de buracos negros em sistemas como este podem estar erradas em 5-90%.”

O gás também está mais próximo dos buracos negros do que os astrónomos esperavam. “Está localizado num ambiente muito extremo,” explicou Medling. “Acreditamos que eventualmente cairá no buraco negro ou será ejectado a altas velocidades.”

Os astrónomos não encontram evidências de um terceiro buraco negro na galáxia, que outra equipa afirmou recentemente ter descoberto. “Não vemos gás molecular associado a este terceiro núcleo reivindicado,” disse Treister. “Podia ser um enxame estelar local em vez de um buraco negro, mas precisamos de estudá-lo muito mais para dizer algo concreto sobre o objecto.”

A alta sensibilidade e resolução do ALMA são cruciais para aprender mais sobre os buracos negros super-massivos e o papel do gás nas galáxias em interacção. “Esta galáxia é tão complexa que nunca poderíamos saber o que está a acontecer no seu interior sem estas imagens rádio detalhadas,” disse Loreto Barcos-Muñoz do NRAO (National Radio Astronomy Observatory) em Charlottesville, Virgínia, EUA. “Agora temos uma melhor ideia da estrutura 3D da galáxia, o que nos dá a oportunidade de entender como as galáxias evoluem durante os últimos estágios de uma fusão. Daqui a algumas centenas de milhões de anos, esta galáxia parecerá completamente diferente.”

Astronomia On-line
7 de Janeiro de 2020

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3261: ALMA identifica primeira poluição ambiental do Universo

CIÊNCIA

Imagem ALMA de uma jovem galáxia rodeada por um casulo gasoso de carbono. A cor vermelha mostra a distribuição do carbono gasoso, visto graças à combinação de dados do ALMA para 18 galáxias. A imagem tem 3,8×3,8 segundos de arco, o que corresponde a 70.000×70.000 anos-luz à distância de 12,8 mil milhões de anos-luz.
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA, Fujimoto et al.

Usando o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), investigadores descobriram nuvens gigantescas de carbono gasoso com um raio superior a 30.000 anos-luz em torno de galáxias jovens. Esta é a primeira confirmação de que os átomos de carbono, produzidos no interior das estrelas, no início do Universo, se espalharam além das galáxias. Nenhum estudo teórico previu grandes casulos de carbono em torno de galáxias em crescimento, o que levanta questões sobre a nossa compreensão actual da evolução cósmica.

“Examinámos cuidadosamente o Arquivo Científico ALMA e recolhemos todos os dados que contêm sinais de rádio de iões de carbono em galáxias do Universo jovem, apenas mil milhões de anos após o Big Bang,” diz Seiji Fujimoto, autor principal do artigo científico e astrónomo da Universidade de Copenhaga, ex-aluno de doutoramento da Universidade de Tóquio. “Ao combinar todos os dados, alcançámos uma sensibilidade sem precedentes. Obter um conjunto de dados da mesma qualidade com uma observação levaria 20 vezes mais do que as observações típicas do ALMA, o que é quase impossível de alcançar.”

Os elementos pesados como o carbono e o oxigénio não existiam no Universo na época do Big Bang. Foram formados mais tarde graças à fusão nuclear nas estrelas. No entanto, ainda não se sabe como estes elementos se espalharam pelo Universo. Os astrónomos encontraram elementos pesados dentro de galáxias bebé, mas não para lá dessas galáxias, devido à sensibilidade limitada dos seus telescópios. Esta equipa de investigação resumiu os sinais fracos armazenados no arquivo de dados e empurrou os limites.

“As nuvens gasosas de carbono são quase cinco vezes maiores do que a distribuição de estrelas nas galáxias, como observado pelo Telescópio Espacial Hubble,” explica Masami Ouchi, professor na Universidade de Tóquio e do Observatório Astronómico Nacional do Japão. “Vimos nuvens difusas, mas enormes, flutuando no Universo escuro como carvão.”

Então, como é que os casulos de carbono se formaram? “As explosões de super-nova na fase final da vida estelar expelem elementos pesados formados nas estrelas,” diz o professor Rob Ivinson, director de ciência do ESO. “Os jactos energéticos e a radiação dos buracos negros super-massivos nos centros das galáxias também podem ajudar a transportar carbono para fora das galáxias e, finalmente, para todo o Universo. Estamos a testemunhar esse processo de difusão em andamento, a primeira poluição ambiental do Universo.”

A equipa de investigação realça que, actualmente, os modelos teóricos são incapazes de explicar estas grandes nuvens de carbono em torno de galáxias jovens, provavelmente indicando que algum novo processo físico tem de ser incorporado nas simulações cosmológicas. “As galáxias jovens parecem ejectar uma quantidade de gás rico em carbono que excede em muito a nossa expectativa,” diz Andrea Ferrara, professor da Scuola Normale Superiore di Pisa.

A equipa está agora a usar o ALMA e outros telescópios por todo o planeta para explorar ainda mais as implicações da descoberta de fluxos galácticos e halos ricos em carbono em torno das galáxias.

Astronomia On-line
24 de Dezembro de 2019

 

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3187: ALMA descobre a galáxia empoeirada mais distante escondida à vista de todos

CIÊNCIA

Imagem rádio do ALMA que mostra a galáxia MAMBO-9. Consiste de duas partes e está no processo de fusão.
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), C.M. Casey et al.; NRAO/AUI/NSF, B. Saxton

Usando o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), astrónomos avistaram a luz de uma galáxia massiva apenas 970 milhões de anos após o Big Bang. Esta galáxia, de nome MAMBO-9, é a galáxia empoeirada mais distante já observada sem a ajuda de uma lente gravitacional.

As galáxias empoeiradas que formam estrelas são os viveiros estelares mais intensos do Universo. Formam estrelas a um ritmo de até alguns milhares de vezes a massa do Sol por ano (o ritmo de formação estelar da nossa Via Láctea é de apenas três massas solares por ano) e contêm grandes quantidades de gás e poeira. Não se espera que estas galáxias monstruosas se tenham formado no início da história do Universo, mas os astrónomos já descobriram várias quando o Universo tinha menos de mil milhões de anos. Uma delas é a galáxia SPT0311-58, que o ALMA observou em 2018.

Devido ao seu comportamento extremo, os astrónomos pensam que estas galáxias empoeiradas desempenham um papel importante na evolução do Universo. Mas descobri-las é uma tarefa complexa. “Estas galáxias tendem a esconder-se à vista de todos,” disse Caitlin Casey da Universidade do Texas em Austin e autora principal de um estudo publicado na revista The Astrophysical Journal. “Sabemos que existem por aí, mas não são fáceis de encontrar porque a luz das suas estrelas está escondida em nuvens de poeira.”

A luz de MAMBO-9 já tinha sido detectada há dez anos atrás pelo co-autor Manuel Aravena, usando o instrumento MAMBO (Max-Planck Millimeter BOlometer) acoplado ao telescópio IRAM de 30 metros na Espanha e o PdBI (Plateau de Bure Interferometer) na França. Mas estas observações não foram sensíveis o suficiente para revelar a distância da galáxia. “Estávamos na dúvida se era real, porque não conseguíamos encontrá-la com outros telescópios. Mas, a ser real, tinha que estar muito longe,” diz Aravena, que na altura era estudante de doutoramento na Alemanha e actualmente trabalha na Universidade Diego Portales no Chile.

Graças à sensibilidade do ALMA, Casey e a sua equipa foram agora capazes de determinar a distância de MAMBO-9. “Encontrámos a galáxia num novo levantamento ALMA projectado especificamente para identificar galáxias empoeiradas que formam estrelas no Universo primitivo,” disse Casey. “E o especial desta observação é que esta é a galáxia empoeirada mais distante que já vimos de maneira desobstruída.”

A luz de galáxias distantes é frequentemente obstruída por outras galáxias mais próximas de nós. Estas galáxias no plano da frente funcionam como lentes gravitacionais: dobram a luz da galáxia mais distante. Este efeito de lente facilita a identificação de objectos distantes por parte dos telescópios (é assim que o ALMA pôde ver a galáxia SPT0311-58). Mas também distorce a imagem do objecto, dificultando a identificação de detalhes.

Neste estudo, os astrónomos viram MAMBO-9 directamente, sem lente, e isso permitiu-lhes medir a sua massa. “A massa total de gás e poeira na galáxia é enorme: dez vezes mais do que todas as estrelas da Via Láctea. Isto significa que ainda vai construir a maioria das suas estrelas,” explicou Casey. A galáxia tem duas partes e está no processo de fusão.

Casey espera encontrar galáxias empoeiradas mais distantes no levantamento do ALMA, que fornecerá informações sobre quão comuns são, como estas galáxias massivas se formaram tão cedo no Universo e porque é que são tão empoeiradas. “Normalmente, a poeira é um subproduto da morte das estrelas,” disse. “Esperamos cem vezes mais estrelas do que poeira. Mas MAMBO-9 ainda não produziu tantas estrelas e queremos descobrir como a poeira se pode formar tão rapidamente após o Big Bang.”

“Observações com tecnologia nova e mais capaz podem produzir descobertas inesperadas como MAMBO-9,” disse Joe Pesce, executivo da NSF para o NRAO e para o ALMA. “Embora seja um desafio explicar uma galáxia tão grande, tão cedo na história do Universo, descobertas como esta permitem que os astrónomos desenvolvam uma compreensão melhorada e coloquem cada vez mais questões sobre o Universo.”

A luz de MAMBO-9 viajou cerca de 13 mil milhões de anos até alcançar as antenas do ALMA (o Universo tem aproximadamente 13,8 mil milhões de anos). Isto significa que podemos ver como a galáxia era no passado. Hoje, a galáxia provavelmente será ainda maior, contendo cem vezes mais estrelas que a Via Láctea, residindo num enorme enxame de galáxias.

Astronomia On-line
13 de Dezembro de 2019

spacenews

 

3113: Estrela de neutrões escondida há 32 anos foi finalmente descoberta

CIÊNCIA

Uma equipa de cientistas da Universidade de Cardiff conseguiu encontrar uma estrela de neutrões que os cientistas procuravam há mais de três décadas.

A busca que durou 32 anos conheceu o fim: a estrela de neutrões “desaparecida” foi finalmente avistada a espreitar dos destroços estelares, dando aos cientistas uma oportunidade única de estudar os primeiros momentos, e os últimos, do cataclismo de uma estrela.

Todos os detalhes foram captados pelo telescópio ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), localizado no Chile, que proporcionou detalhes de tirar o fôlego, revela o Scientific American.

A 23 de Fevereiro de 1987, os astrónomos assistiram entusiasmados à explosão de uma estrela numa galáxia próxima, o exemplo mais próximo conhecido de uma super-nova nos últimos 400 anos. A explosão lançou uma nuvem de poeira e detritos tão densa que a estrela de neutrões resultante não havia sido localizada até hoje.

A Super-nova 1987A foi registada a 23 de Fevereiro daquele ano por Ian Shelton, da Universidade de Toronto, usando o observatório Las Campanas, no Chile.

Este foi o primeiro evento deste género observado por um equipamento moderno. O brilho teve a intensidade de 100 milhões de sóis, adianta o Canal Tech, explicando, contudo, que o núcleo restante da explosão da super-gigante azul conhecida como Sanduleak -69º 202, a cerca de 160 mil anos-luz da Terra, permanecia escondido… até hoje.

Os astrónomos utilizaram o telescópio ALMA para localizar a estrela de neutrões que se escondia numa nuvem de poeira que continua dispersa na galáxia conhecida como Grande Nuvem de Magalhães, que fica muito perto da nossa Via Láctea. O artigo científico foi publicado no dia 19 de Novembro no The Astrophysical Journal.

“Podemos afirmar, pela primeira vez, que há uma estrela de neutrões dentro desta nuvem remanescente da super-nova”, declarou Phil Cigan, um dos autores do estudo. “A sua luz foi encoberta por uma densa nuvem de poeira, que bloqueou a luz directa da estrela de neutrões em vários comprimentos de onda, como se fosse neblina a cobrir um holofote.”

Mikako Matsuura, outro autor do estudo, explicou que o telescópio localizado no deserto do Atacama foi essencial para colocar um ponto final nesta busca que dura há mais de duas décadas.

“Apesar de a luz da estrela de neutrões ser absorvida pela nuvem de poeira que a rodeia, isso faz com que a nuvem brilhe sob luz sub-milimétrica, que agora podemos observar e identificar com o extremamente sensível telescópio ALMA”, explicou.

A Super-nova 1987A é uma das explosões mais próximas da Terra alguma vez registadas. A dificuldade em encontrar a estrela de neutrões resultante deste evento chegou a criar algumas dúvidas no seio científico, com muitos astrónomos a questionar se a ciência havia entendido o progresso da vida de uma estrela deste tipo.

O mais recente registo dos investigadores da Universidade de Cardiff é essencial para avanços futuros no estudo do Universo.

ZAP //

Por ZAP
29 Novembro, 2019

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Dois “pavões” cósmicos mostram história violenta das Nuvens de Magalhães

CIÊNCIA

Imagens ALMA das duas nuvens moleculares N159E-Nebulosa Papillon (esquerda) e N149W Sul (direita). O vermelho e verde mostram a distribuição do gás molecular com diferentes velocidades visto na emissão de 13CO. A região azul em N159E-Nebulosa Papillon mostra o hidrogénio gasoso ionizado observado com o Telescópio Espacial hubble. A parte azul em N159W Sul mostra a emissão das partículas de poeira obtida com o ALMA.
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Fukui et al./Tokuda et al./Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA

Duas nuvens de gás em forma de pavão foram reveladas na Grande Nuvem de Magalhães (GNM) por observações com o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array). Uma equipa de astrónomos descobriu várias estrelas bebés massivas nas complexas nuvens filamentares, o que está bem de acordo com simulações de computador de colisões gigantescas de nuvens de gás. Os investigadores interpretam isto como significando que os filamentos e as estrelas jovens são evidências reveladoras de interacções violentas entre a GNM e a Pequena Nuvem de Magalhães (PNM) há 200 milhões de anos atrás.

Os astrónomos sabem que as estrelas são formadas no colapso de nuvens no espaço. No entanto, os processos de formação das estrelas gigantes, 10 vezes ou mais massivas que o Sol, não são bem compreendidos porque é difícil empacotar uma quantidade tão grande de material numa pequena região. Alguns cientistas sugerem que as interacções entre galáxias fornecem um ambiente perfeito para a formação estelar massiva. Devido à gravidade colossal, as nuvens nas galáxias são agitadas, esticadas e colidem frequentemente umas com as outras. Uma enorme quantidade de gás é comprimida numa área invulgarmente pequena, o que pode formar as sementes de estrelas massivas.

Uma equipa de investigação usou o ALMA para estudar a estrutura do gás denso em N159, uma movimentada região de formação estelar na GNM. Graças à alta resolução do ALMA, a equipa obteve um mapa muito detalhado das nuvens em duas sub-regiões, N159E – Nebulosa Papillon e N159W Sul.

Curiosamente, as estruturas das nuvens nas duas regiões parecem muito semelhantes: filamentos de gás em forma de leque que se estendem para norte com pivôs nos pontos mais a sul. As observações do ALMA também encontraram várias estrelas bebés massivas nas duas regiões.

“Não é natural que em duas regiões separadas por 150 anos-luz, sejam formadas nuvens com formas semelhantes e que as idades das estrelas bebés sejam semelhantes,” diz Kazuki Tokuda, investigador da Universidade da Prefeitura de Osaka e do Observatório Astronómico Nacional do Japão. “Deve haver uma causa comum para estas características. A interacção entre a GNM e a PNM é um bom candidato.”

Em 2017, Yasuo Fukui, professor da Universidade de Nagoya e a sua equipa revelaram o movimento do hidrogénio gasoso na GNM e descobriram que um componente gasoso logo ao lado de N159 tinha uma velocidade diferente do resto das nuvens. Eles sugeriram a hipótese de que o surto de formação estelar foi provocado por um fluxo massivo de gás da PNM para a GNM, e que este fluxo teve origem num encontro próximo entre as duas galáxias há 200 milhões de anos atrás.

O par de nuvens em forma de pavão nas duas regiões reveladas pelo ALMA encaixa muito bem nesta hipótese. As simulações de computador mostram que muitas estruturas filamentares são formadas num curto espaço de tempo após uma colisão de duas nuvens, o que também apoia esta ideia.

“Pela primeira vez, descobrimos em grande detalhe a ligação entre a formação estelar massiva e as interacções galácticas,” diz Fukui, autor principal de um dos artigos científicos. “Este é um passo importante para entender o processo de formação de grandes enxames estelares nos quais as interacções entre galáxias têm um grande impacto.”

Astronomia On-line
26 de Novembro de 2019

 

2952: Português entre os premiados com 2,7 milhões por imagem de buraco negro

CIÊNCIA

A equipa de cientistas, que inclui o astrofísico português Hugo Messias, que obteve a primeira imagem de um buraco negro recebe este domingo um prémio de três milhões de dólares (2,7 milhões de euros) pelo trabalho inédito.

A NASA também tem estudado os buracos negros
© NASA NASA/Reuters

O Prémio Breakthrough, atribuído nos Estados Unidos, reconhece avanços científicos de excelência, tendo como patrocinadores Mark Zuckerberg, um dos fundadores do Facebook, e Sergey Brin, ex-presidente da Google.

A “fotografia” do buraco negro – localizado no centro da galáxia M87, a 55 milhões de anos-luz da Terra, e com uma massa 6,5 mil milhões de vezes superior à do Sol – foi apresentada em Abril e foi conseguida graças aos dados recolhidos das observações feitas, no comprimento de onda rádio, com uma rede de oito radiotelescópios espalhados pelo mundo, que funcionaram como um só e com uma resolução sem precedentes.

O “telescópio gigante” foi designado Event Horizon Telescope, tendo Hugo Messias participado nas observações com um dos radiotelescópios, o ALMA, no Chile.

A equipa internacional de 347 cientistas que obteve a primeira imagem de um buraco negro super-maciço, neste caso a sua silhueta formada por gás quente e luminoso a rodopiar em seu redor, foi premiada na categoria de Física Fundamental.

A imagem dos contornos do buraco negro – o buraco em si, um corpo denso e escuro de onde nem a luz escapa, não se vê – permitiu comprovar mais uma vez a Teoria da Relatividade Geral, de 1915, do físico Albert Einstein, que postula que a presença de buracos negros, os objectos cósmicos mais extremos do Universo, deforma o espaço-tempo e sobreaquece o material em seu redor.

De acordo com a equipa científica envolvida na observação, a sombra do buraco negro registada é o mais próximo da imagem do buraco negro em si, uma vez que este é totalmente escuro.

Diário de Notícias
Lusa
03 Novembro 2019 — 09:15

 

Um “Yeti” cósmico do alvorecer do Universo

CIÊNCIA

Impressão de artista do aspecto de uma galáxia massiva no Universo inicial. A galáxia está a passar por um surto de formação estelar, iluminando o gás em redor da galáxia. As espessas nuvens de poeira ocultam a maior parte da luz, fazendo com que a galáxia pareça mais ténue e desorganizada, muito diferente das galáxias que vemos hoje em dia.
Crédito: James Josephides/Christina Williams/Ivo Labbe

Os astrónomos descobriram acidentalmente as pegadas de uma monstruosa galáxia no Universo primitivo que nunca havia sido vista antes. Como um Yeti cósmico, a comunidade científica geralmente considerava estas galáxias como uma espécie de lenda, dada a falta de evidências da sua existência, mas astrónomos nos Estados Unidos e na Austrália conseguiram, pela primeira vez, obter uma imagem do monstro.

Publicada na revista The Astrophysical Journal, a descoberta fornece novas ideias sobre os primeiros passos crescentes de algumas das maiores galáxias do Universo.

A astrónoma Christina Williams, da Universidade do Arizona, autora principal do estudo, notou um leve borrão de luz em novas observações sensíveis do ALMA (Atacama Large Millimeter Array), uma colecção de 66 radiotelescópios no alto das montanhas chilenas. Estranhamente, o brilho parecia estar a surgir do nada, como uma pegada fantasmagórica num vasto deserto escuro.

“Foi muito misterioso porque a luz parecia não estar ligada a nenhuma galáxia conhecida,” disse Williams, pós-doutorada da NSF (National Science Foundation) no Observatório Steward. “Quando vi que esta galáxia era invisível em qualquer outro comprimento de onda, fiquei muito empolgada porque significava que provavelmente estava muito longe e escondida por nuvens de poeira.”

Os investigadores estimam que o sinal veio de tão longe que demorou 12,5 mil milhões de anos para chegar à Terra, dando-nos uma visão do Universo na sua infância. Eles pensam que a emissão observada é provocada pelo brilho quente das partículas de poeira aquecidas pelas estrelas que se formam no interior profundo de uma galáxia jovem. As nuvens gigantes de poeira escondem a luz das próprias estrelas, tornando a galáxia completamente invisível.

Ivo Labbe, co-autor do estudo, da Universidade de Tecnologia de Swinburne, em Melbourne, Austrália, disse: “Descobrimos que a galáxia é realmente enorme e massiva com tantas estrelas quanto a Via Láctea, mas repleta de actividade, formando novas estrelas a um ritmo 100 vezes superior à da nossa própria Galáxia.”

A descoberta pode resolver uma questão de longa data da astronomia, dizem os autores. Estudos recentes descobriram que algumas das maiores galáxias do Universo jovem cresceram e atingiram a maioridade rapidamente, resultado que não é compreendido teoricamente. As galáxias massivas e adultas só são vistas quando o Universo era apenas uma criança cósmica, a 10% da sua idade actual. Ainda mais intrigante, é que estas galáxias maduras parecem surgir do nada: os astrónomos nunca parecem avistá-las enquanto se formam.

As galáxias mais pequenas já foram vistas no Universo inicial com o Telescópio Espacial Hubble, mas estas “criaturas” não estão a crescer depressa o suficiente para resolver o enigma. Outras galáxias monstruosas também foram relatadas anteriormente, mas estes avistamentos têm sido raros demais para fornecer uma explicação satisfatória.

“A nossa galáxia monstruosa e oculta tem precisamente os ingredientes certos para ser o elo em falta,” explica Williams, “porque provavelmente são muito mais comuns.”

Uma questão em aberto é exactamente quantas existem por aí. As observações para o estudo actual foram feitas numa parte pequena do céu, menos de 1/100 do disco da Lua Cheia. Como o Abominável Homem das Neves, encontrar pegadas da criatura mítica numa pequena faixa de deserto cósmico seria um sinal de incrível sorte ou sinal de que os monstros estão literalmente à espreita em todos os lugares.

Williams disse que os cientistas aguardam ansiosamente o lançamento, programado para Março de 2021, do Telescópio Espacial James Webb da NASA, a fim de investigar estes objectos em mais detalhe.

“O JWST será capaz de observar através do véu de poeira para que possamos aprender quão grandes são realmente estas galáxias e quão depressa estão a crescer, com o objectivo de entender melhor porque é que os modelos falham em explicá-las.”

Mas, por enquanto, os monstros estão por aí, envoltos em muita poeira e mistério.

Astronomia On-line
25 de Outubro de 2019

 

2856: ALMA testemunha formação planetária em acção

CIÊNCIA

Impressão de artista do gás que flui como uma cascata para uma abertura num disco proto-planetário, provavelmente provocado por um planeta em formação.
Crédito: NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello

Pela primeira vez, os astrónomos que usam o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) testemunharam os movimentos 3D de gás num disco proto-planetário. Em três locais do disco em torno de uma jovem estrela chamada HD 163296, o gás flui como uma cascata para aberturas que são provavelmente provocadas por planetas em formação. Estes fluxos gasosos há muito que foram previstos e influenciam directamente a composição química das atmosferas dos planetas. Esta investigação foi publicada na edição mais recente da revista Nature.

Os locais de nascimento dos planetas são discos feitos de gás e poeira. Os astrónomos estudam estes chamados discos proto-planetários a fim de entender os processos de formação planetária. As incríveis imagens destes discos, obtidas com o ALMA, mostram lacunas distintas e características anulares na poeira, que podem ser provocadas por planetas bebés.

Para ter mais certeza de que os planetas provocam estas divisões, e para ter uma visão completa da formação planetária, os cientistas estudam o gás nos discos, além da poeira. Noventa e nove por cento da massa de um disco proto-planetário é gás, dos quais o monóxido de carbono (CO) é o componente mais brilhante, e o ALMA pode observá-lo.

No ano passado, duas equipas de astrónomos demonstraram uma nova técnica de caça planetária usando este gás. As equipas mediram a velocidade do gás monóxido de carbono que gira em redor da jovem estrela HD 163296. Distúrbios localizados nos movimentos do gás revelaram três padrões semelhantes a planetas no disco.

Neste novo estudo, o autor principal Richard Teague da Universidade do Michigan e a sua equipa usaram novos dados ALMA de alta resolução do projecto DSHARP (Disk Substructures at High Angular Resolution Project) para estudar em mais detalhe a velocidade do gás. “Com os dados de alta fidelidade deste programa, conseguimos medir a velocidade do gás em três direcções, em vez de apenas uma,” disse Teague. “Pela primeira vez, medimos o movimento do gás em todas as direcções possíveis. Girando, aproximando-se ou afastando-se da estrela, e para cima ou para baixo no disco.”

Teague e colegas viram o gás movendo-se das camadas superiores em direcção ao meio do disco em três locais diferentes. “O que provavelmente acontece é que um planeta em órbita em redor da estrela empurra o gás e a poeira para o lado, abrindo uma lacuna,” explicou Teague. “O gás acima da divisão entra em colapso como uma cascata, provocando um fluxo giratório de gás no disco.”

Esta é a melhor evidência, até à data, de que realmente existem planetas em formação em torno de HD 163296. Mas os astrónomos não podem dizer com 100% de certeza que os planetas provocam o fluxo de gás. Por exemplo, o campo magnético da estrela também pode provocar distúrbios no gás. “De momento, apenas a observação directa dos planetas podia descartar as outras opções. Mas os padrões deste gás são únicos e, muito provavelmente, apenas os planetas podem provocá-los,” disse o co-autor Jaehan Bae, do Instituto Carnegie para Ciência, que testou esta teoria com uma simulação de computador do disco.

As posições dos três planetas previstos neste estudo correspondem aos resultados do ano passado. Estão provavelmente localizados a 87, 140 e 237 UA (1 UA, ou unidade astronómica, é a distância média da Terra ao Sol). Calculou-se que o planeta mais próximo de HD 163296 tem metade da massa de Júpiter e o planeta mais distante tenha o dobro da massa de Júpiter.

Os fluxos de gás da superfície para o plano médio do disco proto-planetário foram previstos no final da década de 1990. Mas esta é a primeira vez que os astrónomos os observam. Além de serem úteis para detectar planetas bebés, estes fluxos também podem esculpir a nossa compreensão de como os planetas gigantes gasosos obtêm as suas atmosferas.

“Os planetas formam-se na camada intermédia do disco, no chamado plano médio. Este é um lugar frio, protegido da radiação estelar,” explicou Teague. “Nós pensamos que estas aberturas provocadas pelos planetas trazem gás mais quente das camadas externas e quimicamente mais activas do disco e que este gás irá formar a atmosfera do planeta.”

Teague e a sua equipa não esperavam poder ver este fenómeno. “O disco em torno de HD 163296 é o maior e o mais brilhante disco que podemos ver com o ALMA,” salientou Teague. “Mas foi uma grande surpresa ver estes fluxos de gás com tanta nitidez. Os discos parecem ser muito mais dinâmicos do que pensávamos.”

“Isto dá-nos uma imagem muito mais completa da formação dos planetas do que jamais sonhámos,” disse o co-autor Ted Bergin da Universidade de Michigan. “Ao caracterizar estes fluxos, podemos determinar como nascem os planetas como Júpiter e caracterizar a sua composição química durante o nascimento. Podemos ser capazes de usar isto para rastrear o local de nascimento destes planetas, pois podem mover-se durante a formação.”

Astronomia On-line
18 de Outubro de 2019

 

2855: ALMA observa fluxos contra-intuitivos em torno de buraco negro

CIÊNCIA

Impressão de artista do coração da galáxia NGC 1068, que alberga um buraco negro que se alimenta activamente, escondido por trás de uma nuvem de gás e poeira em forma de anel. O ALMA descobriu dois fluxos gasosos em contra-rotação em torno do buraco negro. As cores na imagem representam o movimento do gás: o azul é material que se move na nossa direcção, o vermelho é material que se afasta de nós.
Crédito: NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello

No centro de uma galáxia chamada NGC 1068, um buraco negro super-massivo esconde-se dentro uma espessa nuvem de poeira e gás em forma de anel. Quando os astrónomos usaram o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) para estudar esta nuvem em mais detalhe, fizeram uma descoberta inesperada que poderá explicar porque é que os buracos negros super-massivos cresceram tão depressa no início do Universo.

“Graças à espectacular resolução do ALMA, medimos o movimento do gás nas órbitas mais interiores em redor do buraco negro,” explica Violette Impellizzeri do NRAO (National Radio Astronomy Observatory), que trabalha com o ALMA no Chile e é a autora principal de um artigo publicado na revista The Astrophysical Journal. “Surpreendentemente, encontrámos dois discos de gás girando em direcções opostas.”

Os buracos negros super-massivos já existiam quando o Universo era jovem, apenas mil milhões de anos após o Big Bang. Mas exactamente como estes objectos extremos, cujas massas atingem milhares de milhões de vezes a massa do Sol, tiveram tempo para crescer tanto, é uma questão importante entre os astrónomos. Esta nova descoberta do ALMA pode fornecer uma pista. “Os fluxos de gás contra-giratórios são instáveis, o que significa que as nuvens caem no buraco negro mais depressa do que num disco com uma única direcção de rotação,” disse Impellizzeri. “Esta pode ser uma maneira pela qual um buraco negro cresce rapidamente.”

NGC 1068 (também conhecida como Messier 77) é uma galáxia espiral a aproximadamente 47 milhões de anos-luz da Terra na direcção da constelação de Baleia. No seu centro está um núcleo galáctico activo, um buraco negro super-massivo que se alimenta activamente de um disco giratório e fino de gás e poeira, também conhecido como disco de acreção.

Observações anteriores do ALMA revelaram que o buraco negro está a engolir material e a expelir gás a velocidades incrivelmente altas. Este gás expelido do disco de acreção provavelmente contribui para ocultar a região em redor do buraco negro dos telescópios ópticos.

Impellizzeri e a sua equipa usaram a incrível capacidade de ampliação do ALMA para observar o gás molecular em redor do buraco negro. Inesperadamente, encontraram dois discos de gás contra-giratórios. O disco interno mede 2-4 anos-luz e segue a rotação da galáxia, ao passo que o disco externo (também conhecido como toro) mede 4-22 anos-luz e gira na direcção oposta.

“Não esperávamos ver isto porque o gás que entra no buraco negro normalmente gira apenas numa direcção,” disse Impellizzeri. “Algo deve ter perturbado o fluxo, porque é impossível que uma parte do disco comece a girar para trás sozinha.”

A contra-rotação não é um fenómeno invulgar no espaço. “Vemos isto em galáxias, geralmente a milhares de anos-luz dos seus centros galácticos,” explicou o co-autor Jack Gallimore da Universidade Bucknell, em Lewisburg, no estado norte-americano da Pensilvânia. “A contra-rotação resulta sempre da colisão ou interacção entre duas galáxias. O que torna este resultado notável é que vemos contra-rotação a uma escala muito menor, a dezenas de anos-luz em vez de a milhares de anos-luz do buraco negro central.”

Os astrónomos pensam que o fluxo oposto em NGC 1068 pode ser provocado por nuvens de gás que caíram da galáxia hospedeira, ou por uma pequena galáxia, que passava numa órbita contrária, capturada no disco.

De momento, o disco externo parece estar numa órbita estável em redor do disco interno. “Isto vai mudar quando o disco externo começar a cair no disco interno, o que poderá ocorrer após algumas órbitas ou algumas centenas de milhares de anos. Os fluxos giratórios do gás vão colidir e tornar-se instáveis, e os discos vão provavelmente colapsar num evento luminoso quando o gás molecular cair no buraco negro. Infelizmente, não estaremos cá para testemunhar estes fogos-de-artifício,” concluiu Gallimore.

Astronomia On-line
18 de Outubro de 2019

 

2802: Uma rosquinha cósmica

CIÊNCIA

Com o auxílio do ALMA, os astrónomos obtiveram esta imagem sem precedentes de dois discos onde estrelas bebés estão a crescer, alimentadas por material do disco circundante onde nasceram. A complexa rede de estruturas de poeira distribuídas em formas espirais fazem lembrar os laços de uma rosquinha. Estas observações ajudam os astrónomos a compreender melhor as fases mais iniciais da vida das estrelas e a determinar as condições necessárias à formação de estrelas binárias.
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Alves et al.

Com o auxílio do ALMA, os astrónomos obtiveram uma imagem de resolução extremamente elevada de dois discos onde estrelas jovens estão a crescer, alimentadas por uma complexa rede de filamentos de gás e poeira em forma de rosquinha. A observação deste fenómeno notável ajuda os astrónomos a compreender melhor as fases mais iniciais da vida das estrelas e a determinar as condições necessárias à formação de estrelas binárias.

As duas estrelas bebés foram descobertas no sistema [BHB2007] 11 — o membro mais jovem de um pequeno enxame estelar na nebulosa escura Barnard 59, a qual faz parte das nuvens de poeira interestelar de nome Nebulosa do Cachimbo. Observações anteriores deste sistema binário mostraram a estrutura exterior. Agora, graças à elevada resolução do Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), uma equipa internacional de astrónomos liderada por cientistas do Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE), pôde ver a estrutura interna deste objecto.

“Vemos duas fontes compactas que interpretamos como discos circunstelares em torno de duas estrelas jovens,” explica Felipe Alves do MPE, que liderou o estudo. Um disco circunstelar é o anel de gás e poeira que rodeia uma estrela jovem. A estrela acreta matéria do anel e vai crescendo. “O tamanho de cada um destes discos é semelhante à cintura de asteróides do nosso Sistema Solar e a separação entre eles é 28 vezes maior que a distância entre a Terra e o Sol,” diz Alves.

Os dois discos circunstelares estão rodeados por um disco maior com uma massa total de cerca de 80 massas de Júpiter, apresentando uma rede complexa de estruturas de poeira distribuídas em formas espirais — os laços da rosquinha. “Trata-se de um resultado importante,” comenta Paola Caselli, directora administrativa do MPE, directora do Centro de Estudos Astro-químicos e co-autora deste trabalho. “Podemos finalmente obter imagens da estrutura complexa de estrelas binárias jovens com os seus filamentos de ‘alimentação’ ligados ao disco onde nasceram, o que impõe importantes limites aos actuais modelos de formação estelar.”

As estrelas bebés acretam massa do disco maior em duas fases. A primeira fase dá-se quando massa é transferida para os discos circunstelares individuais em belos laços rodopiantes, que é o que a nova imagem do ALMA nos mostra. A análise dos dados revelou ainda que o disco circunstelar mais brilhante mas de menor massa — o que vemos na parte inferior da imagem — acreta mais material. Numa segunda fase, as estrelas acretam massa dos seus discos circunstelares. “Pensamos que este processo de acreção em duas fases seja responsável pela dinâmica do sistema binário nesta fase de acreção de matéria,” acrescenta Alves. “Apesar do bom ajuste destas observações com a teoria ser já bastante promissor, precisamos ainda de estudar mais sistemas binários jovens com todo o detalhe para compreendermos melhor como é que estrelas múltiplas se formam.”

Astronomia On-line
8 de Outubro de 2019

 

2676: Algo está a matar galáxias no Universo (e não se sabe o que é)

CIÊNCIA

Hubble / NASA / ESA

Nas regiões mais extremas do Universo, galáxias estão a ser assassinadas. As suas formações estelares estão a ser desligadas e os astrónomos não sabem porquê.

O primeiro grande projecto liderado pelo Canadá em um dos principais telescópios do mundo quer descobrir. O novo programa – VERTICO – está a investigar, em detalhes brilhantes, a forma como as galáxias são mortas pelo meio ambiente.

Toby Brown é o principal investigador da VERTICO e lidera a equipa de 30 especialistas que usam o Atacama Large Millimeter Array (ALMA) para mapear o gás molecular de hidrogénio, o combustível do qual novas estrelas são produzidas, em alta resolução em 51 galáxias no nosso aglomerado de galáxias mais próximo, chamado Virgo Cluster.

Comissionado em 2013 a um custo de 1,27 mil milhões de euros, o ALMA é uma variedade de antenas de rádio conectadas a uma altitude de cinco mil metros no deserto de Atacama, no norte do Chile. É uma parceria internacional entre Europa, Estados Unidos, Canadá, Japão, Coreia do Sul, Taiwan e Chile.

O maior projecto astronómico terrestre existente, o ALMA é o telescópio milimétrico de comprimento de onda mais avançado já construído e ideal para estudar as nuvens de denso gás frio das quais se formam novas estrelas, que não podem ser vistas usando luz visível. Grandes programas de pesquisa do ALMA, como o VERTICO, são projectados para abordar questões científicas estratégicas que levarão a um grande avanço ou avanço no campo.

Os sítio onde as galáxias vivem no universo e como interagem com o ambiente (o meio intergaláctico que as cerca) e entre si são importantes influências na capacidade de formar estrelas. Mas precisamente como esse chamado ambiente dita a vida e a morte das galáxias permanece um mistério.

Os aglomerados de galáxias são os ambientes mais massivos e extremos do universo, contendo muitas centenas ou até milhares de galáxias. De acordo com o The Conversation, onde há massa, há gravidade e as enormes forças gravitacionais presentes nos aglomerados aceleram as galáxias a grandes velocidades, geralmente milhares de quilómetros por segundo, e super-aquecem o plasma entre as galáxias a temperaturas tão altas que brilham com raios-X luz

No interior denso e inóspito desses aglomerados, as galáxias interagem fortemente com o ambiente e entre si. São essas interacções que as podem matar ou extinguir a sua formação estelar. Compreender que mecanismos de extinção impedem a formação de estrelas e como o fazem é o foco principal da pesquisa da colaboração da VERTICO.

À medida que as galáxias caem através de aglomerados, o plasma intergaláctico pode remover rapidamente os seus gases num processo violento chamado extracção de pressão de carneiro. Quando se remove o combustível para a formação de estrelas, efectivamente mata-se a galáxia, transformando-a num objecto morto no qual não é formada nenhuma nova estrela.

Além disso, a alta temperatura dos aglomerados pode parar o arrefecimento de gás quente e a condensação nas galáxias. Nesse caso, o gás na galáxia não é removido activamente pelo meio ambiente, mas é consumido à medida que forma estrelas. Este processo leva a um desligamento lento e inexorável da formação estelar, conhecida, de maneira mórbida, como fome ou estrangulamento.

Embora estes processos variem consideravelmente, cada um deles deixa uma impressão única e identificável no gás formador de estrelas da galáxia. Reunir estas impressões para formar uma imagem de como os aglomerados geram mudanças nas galáxias é um dos principais focos da colaboração da VERTICO. Com base em décadas de trabalho para fornecer informações sobre como o ambiente impulsiona a evolução das galáxias, pretendemos adicionar uma nova peça crítica do quebra-cabeça.

O Cluster de Virgem é o local ideal para um estudo detalhado do meio ambiente. É o aglomerado de galáxias massivo mais próximo e está em processo de formação, o que significa que podemos obter um instantâneo de galáxias em diferentes estágios dos seus ciclos de vida. Isto permite-nos construir uma imagem detalhada de como a formação de estrelas é interrompida nos aglomerados de galáxias.

As galáxias no aglomerado de Virgem foram observadas em quase todos os comprimentos de onda no espectro electromagnético (por exemplo, rádio, luz óptica e ultravioleta), mas as observações do gás formador de estrela (feito em comprimentos de onda milimétricos) com a sensibilidade e resolução necessárias ainda não existe.

A VERTICO vai fornecer mapas de alta resolução de gás hidrogénio molecular – o combustível bruto para a formação de estrelas – para 51 galáxias. Com os dados do ALMA para essa grande amostra de galáxias, será possível revelar exactamente que mecanismos de extinção, redução da pressão do aríete ou inanição estão a matar galáxias em ambientes extremos.

Ao mapear o gás formador de estrelas nas galáxias, que são os exemplos de armas fumegantes de extinção por meio do ambiente, a VERTICO avançará a nossa compreensão actual sobre como as galáxias evoluem nas regiões mais densas do Universo.

ZAP //

Por ZAP
20 Setembro, 2019

 

2526: ALMA mostra o interior das tempestades de Júpiter

CIÊNCIA

Imagem rádio de Júpiter obtida com o ALMA. As bandas brilhantes indicam temperaturas altas e as bandas escuras temperaturas baixas. As bandas escuras correspondem a zonas em Júpiter normalmente brancas no visível. As bandas brilhantes correspondem às cinturas acastanhadas no planeta. Esta imagem contém mais de 10 horas de dados, de modo que os detalhes são difusos devido à rotação do planeta.
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), I. de Pater et al.; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello

Nuvens rodopiantes, grandes cinturas coloridas, tempestades gigantes. A atmosfera linda e incrivelmente turbulenta de Júpiter tem sido exibida muitas vezes. Mas o que está a acontecer por baixo das nuvens? O que provoca tantas tempestades e erupções que vemos à “superfície” do planeta? Para estudar isto, a luz visível não é suficiente. Precisamos de estudar Júpiter usando ondas de rádio.

Novas imagens feitas com o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) fornecem uma visão única da atmosfera de Júpiter até cinquenta quilómetros abaixo da camada visível de nuvens (de amónia) do planeta.

“O ALMA permitiu-nos fazer um mapa tridimensional da distribuição de amónia abaixo das nuvens. E, pela primeira vez, fomos capazes de estudar a atmosfera por baixo das camadas de nuvens de amónia depois de uma erupção energética em Júpiter,” disse Imke de Pater da Universidade da Califórnia, em Berkeley, EUA.

A atmosfera do planeta gigante Júpiter é composta principalmente de hidrogénio e hélio, juntamente com os gases residuais metano, amónia, hidrossulfeto e água. A camada mais alta de nuvens é composta por amónia gelada. Por baixo, há uma camada de partículas sólidas de hidrossulfeto de amónia e, ainda mais profundamente, a cerca de 80 quilómetros por baixo do topo das nuvens, existe provavelmente uma camada de água líquida. As nuvens superiores formam as distintivas zonas acastanhadas e brancas vistas da Terra.

Muitas das tempestades em Júpiter ocorrem dentro destas cinturas. Podem ser comparadas a tempestades na Terra e são frequentemente associadas com eventos de relâmpagos. As tempestades revelam-se no visível como pequenas nuvens brilhantes, chamadas de plumas. Estas erupções de plumas podem provocar uma grande perturbação na cintura, que pode permanecer visível durante meses ou anos.

As imagens do ALMA foram obtidas alguns dias depois dos astrónomos amadores terem observado uma erupção na Cintura Equatorial Sul de Júpiter em Janeiro de 2017. Ao início foi vista uma pequena pluma brilhante, e depois uma rutura em grande escala na cintura que durou semanas após a erupção.

De Pater e colegas usaram o ALMA para estudar a atmosfera por baixo da pluma e a cintura perturbada no rádio e compararam estas imagens com imagens no UV-visível e no infravermelho, obtidas com outros telescópios aproximadamente ao mesmo tempo.

“As nossas observações do ALMA são as primeiras a mostrar que altas concentrações de amónia sobem pela atmosfera durante uma erupção energética, disse de Pater. “A combinação de observações simultâneas em vários comprimentos de onda diferentes permitiu-nos examinar a erupção em detalhes. O que nos levou a confirmar a teoria actual de que as plumas energéticas são desencadeadas pela convecção húmida na base das nuvens de água, localizadas no fundo da atmosfera. As plumas trazem o gás amónia das profundezas da atmosfera até grandes altitudes, bem acima da camada principal superior de amónia,” acrescentou.

“Estes mapas ALMA, em comprimentos de onda milimétricos, complementam os mapas feitos com o VLA (Very Large Array) da NSF nos comprimentos de onda centimétricos,” disse Bryan Butler, do NRAO (National Radio Astronomy Observatory). “Ambos os mapas sondam abaixo do topo das nuvens vistas em comprimentos de onda visíveis e mostram gases ricos em amónia a subir para e a formar camadas superiores (zonas), e o ar pobre em amónia a descer (cinturas).”

“Os resultados actuais mostram soberbamente o que pode ser alcançado na ciência planetária quando um objecto é estudado com vários observatórios e em vários comprimentos de onda,” explica Eric Villard, astrónomo do ALMA e parte da equipa de investigação. “O ALMA, com a sua sensibilidade sem precedentes e resolução espectral no rádio, trabalhou com sucesso em conjunto com outros observatórios em todo o mundo para fornecer os dados que permitiram uma melhor compreensão da atmosfera de Júpiter.”

Astronomia On-line
27 de Agosto de 2019

 

ALMA identificou antepassados “escuros” de galáxias elípticas gigantes

O ALMA identificou 39 galáxias ténues não identificadas na visão mais profunda do Universo do Telescópio Espacial Hubble, a 10 mil milhões de anos-luz de distância. Este exemplo mostra uma comparação das observações do Hubble e do ALMA. As imagens numeradas de 1 a 4 são as posições das galáxias ténues não observadas na imagem do Hubble.
Crédito: Universidade de Tóquio/CEA/NAOJ

Os astrónomos usaram o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) para identificar 39 galáxias ténues que não foram observadas na visão mais profunda do Universo do Telescópio Espacial Hubble, a 10 mil milhões de anos-luz de distância. São dez vezes mais numerosas do que galáxias igualmente massivas, mas visualmente brilhantes, detectadas com o Hubble. A equipa de investigação assume que estas galáxias fracas antecedem as galáxias elípticas massivas no Universo actual. No entanto, nenhuma teoria significativa para a evolução do Universo previu uma população tão abundante de galáxias massivas escuras e formadoras de estrelas. Os novos resultados do ALMA colocam em questão a nossa compreensão do Universo primitivo. Os resultados foram publicados na última edição da revista Nature.

“Estudos anteriores descobriram galáxias com formação estelar extrema no Universo primitivo, mas a população é bastante limitada,” disse Tao Wang, autor principal da investigação da Universidade de Tóquio, da Comissão Francesa de Energias Alternativas e Energia Atómica (CEA) e do NAOJ (National Astronomical Observatory of Japan) do Japão. “A formação estelar nas galáxias ténues que identificámos é menos intensa do que em galáxias extremamente activas, mas estas são 100 vezes mais abundantes. É importante estudar um componente tão importante da história do Universo para compreender a formação das galáxias.”

Wang e a sua equipa observaram três “janelas” ALMA do Universo profundo, abertas pelo Telescópio Espacial Hubble: os campos CANDELS. A equipa descobriu 63 objectos extremamente vermelhos nas imagens infravermelhas obtidas pelo Telescópio Espacial Spitzer da NASA: são demasiado vermelhas para serem detectadas com o Hubble. No entanto, a resolução espacial limitada do Spitzer impediu que os astrónomos identificassem a sua natureza.

O ALMA detectou emissão de ondas sub-milimétricas de 39 dos 63 objectos extremamente vermelhos. Graças à sua alta resolução e sensibilidade, o ALMA confirmou que são galáxias massivas com formação estelar e que estão a produzir estrelas 100 vezes de modo mais eficiente do que a Via Láctea. Estas galáxias são representativas da maioria das galáxias massivas do Universo de há 10 mil milhões de anos, a maioria das quais até agora não tinham sido discernidas por estudos anteriores.

“Ao manter este ritmo de formação estelar, as galáxias detectadas pelo ALMA provavelmente transformar-se-iam na primeira população de galáxias elípticas massivas formadas no início do Universo,” disse David Elbaz, astrónomo da CEA e co-autor do artigo. “Mas há um problema. São inesperadamente abundantes.” Os cientistas estimaram a sua densidade numérica como equivalente a 530 objectos por cada grau quadrado do céu. Esta densidade numérica excede em muito as previsões dos modelos teóricos actuais e das simulações de computador. Além disso, de acordo com o modelo amplamente aceite do Universo com um tipo particular de matéria escura, é um desafio construir um grande número de objectos massivos numa fase tão inicial do Universo. Como um todo, os resultados actuais do ALMA desafiam a nossa actual compreensão da evolução do Universo.

“Tal como a galáxia M87, da qual os astrónomos recentemente obtiveram a primeira imagem de um buraco negro, as galáxias elípticas massivas estão localizadas no coração de aglomerados de galáxias. Os cientistas pensam que estas galáxias formaram a maioria das suas estrelas no início do Universo,” explica Kotaro Kohno, professor da Universidade de Tóquio e membro da equipa de investigação. “No entanto, pesquisas anteriores pelas progenitoras destas galáxias massivas não tiveram sucesso porque foram baseadas apenas em galáxias que são facilmente detectáveis com o Hubble. A descoberta deste grande número de galáxias ténues e massivas, invisíveis ao Hubble, fornece evidências directas da montagem precoce de galáxias massivas durante os primeiros mil milhões de anos do Universo.” Observações de acompanhamento mais detalhadas, com o ALMA e com o futuro Telescópio Espacial James Webb da NASA, serão essenciais para fornecer informações adicionais sobre a natureza destas galáxias. Os novos estudos poderão construir um quadro completo da formação galáctica no Universo inicial.”

Astronomia On-line
13 de Agosto de 2019

 

ALMA mergulha na “esfera de influência” de buraco negro

O ALMA fez as medições mais precisas de gás frio girando em torno de um buraco negro super-massivo – o gigante cósmico no centro da gigantesca galáxia elíptica NGC 3258. A elipse multicolorida reflecte o movimento do gás que orbita o buraco negro, o azul indicando movimento na nossa direcção e o vermelho indicando movimento para longe de nós. A caixa inserida representa como a velocidade orbital muda com a distância ao buraco negro. Descobriu-se que o material gira mais depressa quanto mais perto os astrónomos observavam do buraco negro, permitindo-lhes calcular com precisão a sua massa: uns impressionantes 2,25 mil milhões de vezes a massa do nosso Sol.
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), B. Boizelle; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello; Telescópio Espacial Hubble (NASA/ESA); Carnegie-Irvine Galaxy Survey

O que acontece dentro de um buraco negro fica dentro de um buraco negro, mas o que acontece dentro da “esfera de influência” de um buraco negro – a região mais interna de uma galáxia onde a gravidade de um buraco negro é a força dominante – é de grande interesse para os astrónomos e pode ajudar a determinar a massa de um buraco negro bem como o seu impacto na sua vizinhança galáctica.

Novas observações com o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) fornecem uma visão sem precedentes de um disco rodopiante de gás interestelar frio em torno de um buraco negro super-massivo. Este disco está no centro de NGC 3258, uma enorme galáxia elíptica a cerca de 100 milhões de anos-luz da Terra. Com base nestas observações, uma equipa liderada por astrónomos da Universidades A&M do Texas e da Universidade da Califórnia, em Irvine, determinou que este buraco negro tem uma massa equivalente a 2,25 mil milhões de sóis, o buraco negro mais massivo medido, até agora, com o ALMA.

Embora os buracos negros super-massivos possam ter massas de milhões a milhares de milhões de vezes a massa do Sol, representam apenas uma pequena fracção da massa de uma galáxia inteira. Isolar a influência da gravidade de um buraco negro das estrelas, do gás interestelar e da matéria escura é um grande desafio e requer observações altamente sensíveis em escala fenomenalmente pequenas.

“A observação do movimento orbital o mais próximo possível de um buraco negro é de vital importância quando se determina com precisão a massa do buraco negro,” disse Benjamin Boizelle, investigador pós-doutorado da Universidade A&M do Texas e autor principal do estudo publicado na revista The Astrophysical Journal. “Estas novas observações de NGC 3258 demonstram o incrível poder do ALMA em mapear, com detalhes impressionantes, a rotação de discos gasosos em torno de buracos negros super-massivos.”

Os astrónomos usam uma variedade de métodos para medir as massas dos buracos negros. Em galáxias elípticas gigantes, a maioria das medições vem de observações do movimento orbital de estrelas em redor do buraco negro, captadas no visível ou no infravermelho. Outra técnica, usando masers naturais de água (lasers no rádio) em nuvens de gás que orbitam em torno de buracos negros, fornece uma maior precisão, mas estes masers são muito raros e estão associados quase exclusivamente a galáxias espirais com buracos negros mais pequenos.

Ao longo dos últimos anos, o ALMA desbravou caminho ao utilizar um novo método para estudar buracos negros em galáxias elípticas gigantes. Cerca de 10% das galáxias elípticas contêm discos giratórios de gás frio e denso nos seus centros. Estes discos contêm monóxido de carbono (CO) gasoso, que pode ser observado com radiotelescópios no comprimento de onda milimétrico.

Usando o efeito Doppler da emissão das moléculas de CO, os astrónomos podem medir as velocidades das nuvens de gás em órbita, e o ALMA possibilita a resolução dos próprios centros de galáxias onde as velocidades orbitais são mais altas.

“A nossa equipa investiga galáxias elípticas próximas com o ALMA há já vários anos com o objectivo de encontrar e estudar discos de gás molecular girando em torno de buracos negros gigantes,” acrescentou Aaron Barth da Universidade da Califórnia em Irvine, co-autor do estudo. “NGC 3258 é o melhor alvo que já encontrámos, porque podemos rastrear a rotação do disco para mais perto do buraco negro do que em qualquer outra galáxia.”

Tal como a Terra orbita o Sol mais depressa do que Plutão, pois é-lhe exercida uma maior força gravitacional, as regiões mais internas do disco de NGC 3258 orbitam mais depressa do que as partes mais externas devido à gravidade do buraco negro. Os dados do ALMA mostram que a velocidade de rotação do disco sobe de 1 milhão de quilómetros por hora na sua orla externa, a cerca de 500 anos-luz do buraco negro, para mais de 3 milhões de quilómetros por hora perto do centro do disco, a uma distância de apenas 65 anos-luz do buraco negro.

Os investigadores determinaram a massa do buraco negro modelando a rotação do disco, tendo em conta a massa adicional das estrelas na região central da galáxia e outros detalhes como a forma ligeiramente distorcida do disco gasoso. A detecção clara da rápida rotação permitiu que os cientistas determinassem a massa do buraco negro com uma precisão inferior a 1%, embora tenham estimado uma incerteza sistemática adicional de 12% na medição porque a distância até NGC 3258 não é conhecida com muita precisão. Mesmo considerando a incerteza na distância, esta é uma das medições mais precisas da massa de qualquer buraco negro para lá da nossa Galáxia.

“O próximo desafio é encontrar mais exemplos de discos giratórios quase perfeitos como este, para que possamos aplicar este método de medir massas de buracos negros numa amostra maior de galáxias,” concluiu Boizelle. “Observações adicionais do ALMA, que atingirem este nível de precisão, ajudar-nos-ão a entender melhor o crescimento das galáxias e dos buracos negros por todo o Universo.”

Astronomia On-line
9 de Agosto de 2019

 

2416: Descobertas galáxias que podem dar pistas sobre matéria escura do Universo

ESO
A matéria escura em torno de uma das galáxias do enxame de galáxias Abell 3827 não se move com esta, possivelmente implicando que estão a ocorrer interações de natureza desconhecida entre a matéria escura

Astrónomos identificaram 39 galáxias antigas e ‘super-massivas’, uma descoberta que pode dar novas pistas sobre a evolução dos buracos negros de grande massa e a distribuição da matéria escura no Universo, divulgou hoje a Universidade de Tóquio, no Japão.

Os astrónomos da Universidade de Tóquio, que usaram nas observações o radiotelescópio ALMA e o telescópio VLT, ambos no Chile, defendem que a abundância de tais galáxias desafia os modelos actuais do Universo.

As galáxias ter-se-ão formado nos primeiros dois mil milhões de anos do Universo (que terá 13,7 mil milhões de anos de acordo com a teoria do Big Bang). Os resultados foram publicados esta quarta-feira na revista Nature.

“Esta descoberta contraria os modelos actuais para aquele período da evolução cósmica e vai ajudar a acrescentar alguns detalhes que faltavam até agora“, afirmou o investigador Tao Wang, citado em comunicado pela Universidade de Tóquio.

De acordo com a investigação, a existência e a forma como evoluíram as galáxias ‘super-massivas’ antigas permite saber mais sobre a evolução dos buracos negros ‘super-massivos’ (regiões do Universo de grande massa de onde nem a luz escapa), uma vez que quanto mais massa tem uma galáxia mais massa tem o buraco negro no centro dessa galáxia.

Por outro lado, segundo os autores do estudo, as galáxias com maior massa estão ligadas à distribuição da matéria escura, a que não é visível e que constitui a maior parte do Universo.

“Tal [facto] desempenha um papel na modulação da estrutura e distribuição das galáxias. Os investigadores vão precisar de actualizar as suas teorias”, sustentou o astrónomo Kotaro Kohno.

Dada a distância a que se encontra este tipo de galáxias, a luz por elas emitida chega muito ténue à Terra, não sendo visível com telescópios ópticos.

A equipa de astrónomos japoneses espera aprofundar os seus estudos sobre as 39 galáxias, nomeadamente sobre a sua população de estrelas e a sua composição química, com o potente telescópio espacial James Webb, com lançamento previsto para 2021, após sucessivos adiamentos.

ZAP // Lusa

Por Lusa
7 Agosto, 2019

 

Descoberto um disco circum-planetário, “formador de luas”, em torno de jovem planeta

CIÊNCIA

Imagem ALMA da poeira em PDS 70, um sistema localizado a aproximadamente 370 anos-luz da Terra. Duas manchas ténues na região interior do disco estão associadas com planetas recém-formados. Uma dessas concentrações de poeira é um disco circum-planetário, o primeiro já detectado em torno de uma estrela distante.
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); A. Isella

Recorrendo ao ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), os astrónomos fizeram as primeiras observações de um disco circum-planetário, a cintura planetária de poeira e gás que os astrónomos fortemente teorizam controlar a formação de planetas e que dá origem a todo um sistema de luas, como o encontrado em redor de Júpiter.

Este jovem sistema estelar, PDS 70, está localizado a aproximadamente 370 anos-luz da Terra. Recentemente, os astrónomos confirmaram a presença de dois planetas massivos, semelhantes a Júpiter, em órbita da estrela. Esta descoberta foi feita com o VLT (Very Large Telescope) do ESO, que detectou o brilho quente naturalmente emitido pelo hidrogénio gasoso que se acumula nos planetas.

As novas observações do ALMA, ao invés, mostram as fracas ondas de rádio emitidas pelas partículas minúsculas (com cerca de um-décimo de milímetro) de poeira em redor da estrela.

Os dados do ALMA, combinados com as observações anteriores do VLT no óptico e no infravermelho, fornecem evidências convincentes de que um disco empoeirado capaz de formar múltiplas luas rodeia o planeta mais exterior conhecido do sistema.

“Pela primeira vez, podemos ver conclusivamente os sinais reveladores de um disco circum-planetário, que ajuda a suportar muitas das actuais teorias de formação planetária,” disse Andrea Isella, astrónomo da Universidade Rice em Houston, no estado norte-americano do Texas, autor principal de um artigo publicado na revista The Astrophysical Journal Letters.

“Ao compararmos as nossas observações com imagens infravermelhas e ópticas de alta-resolução, podemos ver que uma concentração de minúsculas partículas de poeira, de outro modo enigmática, é um disco planetário de poeira, o primeiro do seu género já observado conclusivamente,” disse. De acordo com os investigadores, esta é a primeira vez que um planeta é visto nestas três bandas distintas de luz (visível, infravermelho e rádio).

Ao contrário dos gelados anéis de Saturno, que provavelmente se formaram pela colisão de cometas e corpos rochosos há relativamente pouco tempo na história do nosso Sistema Solar, o disco circum-planetário é o remanescente do processo de formação do planeta.

Os dados do ALMA também revelaram duas diferenças distintas entre os dois planetas recém-descobertos. O mais próximo dos dois, PDS 70 b, que está mais ou menos à mesma distância da sua estrela do que Úrano do Sol, tem uma massa de poeira atrás dele, lembrando uma cauda. “O que isto é, e o que significa para este sistema planetário, ainda não é conhecido,” disse Isella. “A única coisa conclusiva que podemos dizer é que está longe o suficiente do planeta para ser uma característica independente.”

O segundo planeta, PDS 70 c, reside no mesmo local que um nó claro de poeira visto nos dados do ALMA. Dado que este planeta brilha tão intensamente nas bandas do infravermelho e do hidrogénio, os astrónomos podem dizer de maneira convincente que um planeta totalmente formado já está em órbita e que o gás próximo continua a ser sugado para a superfície do planeta, terminando o seu surto de crescimento adolescente.

Este planeta exterior está localizado a mais ou menos 5,3 mil milhões de quilómetros da estrela hospedeira, aproximadamente à mesma distância que Neptuno está do Sol. Os astrónomos estimam que este planeta tenha entre 1 e 10 vezes a massa de Júpiter. “Se o planeta estiver do lado mais massivo dessa estimativa, é bem possível que existam luas do tamanho de um planeta formando-se em redor,” observou Isella.

Os dados do ALMA também acrescentam outro elemento importante a estas observações.

Os estudos ópticos de sistemas planetários são notoriamente complexos. Dado que a estrela é muito mais brilhante do que os planetas, é difícil filtrar o brilho, tal como tentar avistar um pirilampo ao lado de um holofote. No entanto, as observações do ALMA não têm essa limitação, já que as estrelas emitem comparativamente pouca luz em comprimentos de onda milimétricos e submilimétricos.

“Isto significa que podemos voltar a este sistema a diferentes períodos e mapear com mais facilidade a órbita dos planetas e a concentração de poeira no sistema,” concluiu Isella. “Isto dar-nos-á uma visão única das propriedades orbitais dos sistemas solares nos seus primeiros estágios de desenvolvimento.”

Astronomia On-line
16 de Julho de 2019

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2211: ALMA descobre exemplo mais antigo de fusão de galáxias

Composição de B14-65666 que mostra as distribuições da poeira (vermelho), do oxigénio (verde) e do carbono (azul), observadas pelo ALMA e estrelas (branco) observadas pelo Telescópio Espacial Hubble.
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA, Hashimoto et al.

Usando o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), investigadores observaram os primeiros sinais combinados de oxigénio, carbono e poeira de uma galáxia no Universo, há 13 mil milhões de anos. Ao comparar os diferentes sinais, a equipa determinou que a galáxia é, de facto, duas galáxias em fusão, tornando-se o exemplo mais antigo, já descoberto, de uma fusão galáctica.

Takuya Hashimoto, da Universidade Waseda, no Japão, e a sua equipa usaram o ALMA para observar B14-656666, um objecto localizado a 13 mil milhões de anos-luz na direcção da constelação de Sextante. Por causa da velocidade finita da luz, os sinais que recebemos hoje de B14-65666 tiveram que viajar durante 13 mil milhões de anos para chegar até nós. Por outras palavras, mostram-nos o aspecto da galáxia há 13 mil milhões de anos atrás, menos de mil milhões de anos após o Big Bang.

O ALMA alcançou a observação mais antiga de emissões de rádio do oxigénio, carbono e poeira em B14-65666. A detecção de múltiplos sinais permite que os astrónomos recuperem informações complementares.

A análise dos dados mostrou que as emissões estão divididas em duas “manchas”. Observações anteriores com o Telescópio Espacial Hubble revelaram dois agrupamentos em B14-65666. Agora, com três sinais de emissão detectados pelo ALMA, a equipa foi capaz de mostrar que as duas manchas perfazem, na verdade, um único sistema, mas com velocidades diferentes; o que indica que as manchas são duas galáxias em fusão. O exemplo mais antigo e conhecido de fusão galáctica. A equipa de investigação estimou que a massa estelar total de B14-65666 é inferior a 10% da massa da Via Láctea, o que significa que está nas suas fases iniciais de formação. Apesar de ser muito jovem, B14-65666 está a produzir 100 vezes mais estrelas do que a Via Láctea. Esta formação estelar activa é outra assinatura de fusões galácticas porque a compressão do gás em galáxias que colidem leva naturalmente à formação estelar explosiva.

“Com os ricos dados do ALMA e do Hubble, combinados com uma avançada análise de dados, pudemos juntar as peças para mostrar que B14-65666 é um par de galáxias em fusão na era mais antiga do Universo,” explica Hashimoto. “A detecção de ondas de rádio de três componentes, num objecto tão distante, demonstra a alta capacidade do ALMA em investigar o Universo longínquo.”

As galáxias actuais como a nossa Via Láctea já passaram por inúmeras fusões, algumas bastante violentas. Por vezes, uma galáxia mais massiva engole uma mais pequena. Em casos raros, galáxias com tamanhos semelhantes fundem-se para formar uma nova e maior galáxia. As fusões são essenciais para a evolução galáctica, atraindo muitos astrónomos ansiosos por rastreá-las.

“O nosso próximo passo é procurar azoto, outro elemento químico importante, e até mesmo a molécula de monóxido de carbono,” comentou Akio Inoue, professor da Universidade de Waseda. “Em última análise, esperamos entender observacionalmente a circulação e a acumulação de elementos e materiais no contexto da formação e evolução das galáxias.”

Astronomia On-line
21 de Junho de 2019

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