Buracos negros super-massivos pouco depois do Big Bang: como os “semear”

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Impressão de artista de um dos mais primitivos buracos negros super-massivos conhecidos (círculo preto central) no núcleo de uma jovem galáxia, rica em estrelas.
Crédito: NASA/JPL-Caltech

São milhares de milhões de vezes maiores que o nosso Sol: como é possível que, como observado recentemente, os buracos negros super-massivos já estivessem presentes quando o Universo, agora com quase 14 mil milhões de anos, tinha “apenas” 800 milhões de anos? Para os astrofísicos, a formação destes monstros cósmicos num tão curto espaço de tempo é uma verdadeira dor de cabeça científica, que levanta questões importantes sobre o conhecimento actual do desenvolvimento destes corpos celestes.

Um artigo publicado recentemente na revista The Astrophysical Journal, pelo estudante de doutoramento Lumen Boco e pela sua orientadora Andrea Lapi, do SISSA (Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati), fornece uma possível explicação para esta difícil questão. Graças a um modelo original teorizado por cientistas de Trieste, Itália, o estudo propõe um processo muito rápido de formação nas fases iniciais do desenvolvimento dos buracos negros super-massivos, até agora consideradas mais lentas. Provando, matematicamente, que a sua existência era possível no jovem Universo, os resultados da investigação conciliam o tempo necessário para o seu desenvolvimento com os limites impostos pela idade do Cosmos.

A teoria pode ser totalmente validada graças a futuros detectores de ondas gravitacionais, como o Telescópio Einstein e o LISA, mas testada também em vários aspectos básicos com o actual sistema Advanced LIGO/Virgo.

O monstro cósmico que cresce no centro das galáxias

Os cientistas começaram o seu estudo com uma evidência observacional bem conhecida: o crescimento de buracos negros super-massivos ocorre nas regiões centrais das galáxias, progenitores das galáxias elípticas actuais, que tinham um conteúdo de gás muito alto e em que a formação estelar era extremamente intensa. “As maiores estrelas vivem pouco tempo e evoluem muito rapidamente para buracos negros estelares, tão grandes quanto várias dezenas de massas solares; são pequenos, mas nestas galáxias muitos formam-se.”

O gás denso que os rodeia, explicam Boco e Lapi, tem um efeito definitivo muito poderoso de atrito dinâmico e faz com que migrem muito depressa para o centro da galáxia. A maioria dos inúmeros buracos negros que alcançam as regiões centrais fundem-se, criando a semente do buraco negro super-massivo. Boco e Lapi continuam: “De acordo com as teorias clássicas, um buraco negro super-massivo cresce no centro de uma galáxia capturando a matéria circundante, principalmente gás, ‘cultivando-se’ a ele próprio e finalmente devorando essa matéria a um ritmo proporcional à sua massa.”

“Por esta razão, durante as fases iniciais do seu desenvolvimento, quando a massa do buraco negro é pequena, o crescimento é muito lento. Na medida em que, de acordo com os cálculos, para atingir a massa observada, milhares de milhões de vezes a do Sol, seria necessário um tempo muito longo, ainda maior do que a idade do Universo jovem.” O seu estudo, no entanto, mostrou que as coisas podem desenvolver-se muito mais depressa.

A corrida louca dos buracos negros: o que os cientistas descobriram

“Os nossos cálculos numéricos mostram que o processo de migração dinâmica e fusão de buracos negros estelares pode fazer com que a semente do buraco negro super-massivo alcance uma massa entre 10.000 e 100.000 vezes a massa do Sol em apenas 50-100 milhões de anos.” Neste ponto, dizem os cientistas, “o crescimento do buraco negro central de acordo com a acreção directa de gás, mencionada anteriormente e prevista pela teoria padrão, tornar-se-ia muito mais rápida, porque a quantidade de gás que conseguirá atrair e absorver tornar-se-ia imensa, e predominante no processo que propomos”.

“No entanto, precisamente o fato de partir de uma semente tão grande, como previsto pelo nosso mecanismo, acelera o crescimento global do buraco negro super-massivo e permite a sua formação, também no Universo jovem. Em resumo, à luz desta teoria, podemos afirmar que 800 milhões de anos após o Big Bang, os buracos negros super-massivos já podiam povoar o Cosmos”.

“Olhando” para o crescimento das sementes dos buracos negros super-massivos

O artigo, além de ilustrar o modelo e demonstrar a sua eficácia, também propõe um método de teste: “A fusão de vários buracos negros estelares com a semente do buraco negro super-massivo no centro produzirá ondas gravitacionais que esperamos ver e estudar com detectores actuais e futuros,” explicam os investigadores.

Em particular, as ondas gravitacionais emitidas nas fases iniciais, quando a semente do buraco negro central ainda é pequena, serão identificáveis pelos detectores actuais Advanced LIGO/Virgo e totalmente caracterizáveis pelo futuro Telescópio Einstein. As fases subsequentes de desenvolvimento do buraco negro super-massivo podem ser investigadas graças ao futuro detector LISA, com lançamento previsto para mais ou menos 2034. Desta forma, explicam Boco e Lapi, “o processo que propomos pode ser validado nas suas diferentes fases, de maneira complementar, pelos futuros detectores de ondas gravitacionais.”

“Esta investigação,” conclui Andrea Lapi, coordenadora do grupo de Astrofísica e Cosmologia do SISSA, “mostra como os estudantes e investigadores do nosso grupo estão a aproximar-se completamente da nova fronteira das ondas gravitacionais e da astronomia multi-mensageira. Em particular, o nosso principal objectivo será desenvolver modelos teóricos, como o desenvolvido neste caso, que servem para capitalizar as informações provenientes das experiências actuais e futuras de ondas gravitacionais, fornecendo assim soluções para problemas não resolvidos relacionados com a astrofísica, cosmologia e física fundamental.”

Astronomia On-line
27 de Março de 2020

 

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3422: Quantas estrelas eventualmente colidem como buracos negros? O Universo dá uma estimativa

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Impressão de artista que mostra as colisões de dois buracos negros, parecidas àquelas detectadas pelos detectores de ondas gravitacionais LIGO e Virgo.
Crédito: LIGO/Caltech/MIT/Universidade Estatal de Sonoma (Aurore Simonnet)

Desde o avanço na astronomia de ondas gravitacionais em 2015, que os cientistas foram capazes de detectar mais de uma dúzia de pares de buracos negros – conhecidos como buracos negros binários – graças às suas colisões. No entanto, os cientistas ainda debatem quantos destes buracos negros nascem a partir das estrelas e como são capazes de se aproximar o suficiente para uma colisão durante a vida útil do nosso Universo.

Agora, um novo e promissor estudo desenvolvido por um astrofísico da Universidade de Vanderbilt poderá dar-nos um método para encontrar o número de estrelas disponíveis na história do Universo que colidem como buracos negros binários.

A investigação, publicada na revista The Astrophysical Journal Letters, vai ajudar futuros cientistas a interpretar a população subjacente de estrelas e a testar as teorias de formação de todos os buracos negros em colisão ao longo da história cósmica.

“Até agora, os cientistas teorizaram a formação e a existência de pares de buracos negros no Universo, mas as origens dos seus antecessores, estrelas, ainda permanecem um mistério,” disse Karan Jani, autor principal do estudo e astrofísico da Universidade de Vanderbilt. “Com este trabalho, fizemos um estudo forense sobre colisões de buracos negros usando as observações astrofísicas actualmente disponíveis. No processo, desenvolvemos uma restrição fundamental, ou estimativa, que nos diz mais sobre a fracção de estrelas desde o início do Universo que estão destinadas a colidir como buracos negros.”

Aproveitando a teoria da relatividade geral de Einstein, que nos diz como os buracos negros interagem e eventualmente colidem, Jani e o co-autor Abraham Loeb, da Universidade de Harvard, usaram os eventos LIGO registados para fazer um inventário dos recursos temporais e espaciais do Universo a qualquer determinado ponto. Desenvolveram depois as restrições responsáveis por cada etapa do processo de um buraco negro binário: o número de estrelas disponíveis no Universo, o processo de cada estrela que transita para um buraco negro individual e a detecção da eventual colisão desses buracos negros – detectados centenas de milhões de anos mais tarde pelo LIGO como ondas gravitacionais emitidas pelo impacto.

“A partir das observações actuais, descobrimos que 14% de todas as estrelas massivas do Universo estão destinadas a colidir como buracos negros. É uma eficiência notável por parte da natureza,” explicou Jani. “Estas restrições adicionais podem ajudar os cientistas a rastrear as histórias dos buracos negros, respondendo a perguntas antigas e, sem dúvida, criando cenários mais exóticos.”

Astronomia On-line
7 de Fevereiro de 2020

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3409: Novas informações sobre as explosões mais brilhantes do Universo

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

A super-nova SN 2006gy foi descoberta no dia 18 de Setembro de 2006. À altura, foi considerada a explosão estelar mais brilhante alguma vez registada (desde então foram descobertos eventos ainda mais brilhantes).
Crédito: Fox, Ori D. et al., Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

Investigadores suecos e japoneses encontraram, após dez anos, uma explicação para as linhas peculiares de emissão vistas numa das super-novas mais brilhantes já observadas – SN 2006gy. Ao mesmo tempo, encontraram uma explicação de como a super-nova surgiu.

As super-novas super-luminosas são as explosões mais luminosas do cosmos. SN 2006gy é um destes eventos, até dos mais estudados, mas os cientistas não tinham a certeza da sua origem. Astrofísicos da Universidade de Estocolmo, juntamente com colegas japoneses, descobriram agora grandes quantidades de ferro na super-nova através de linhas espectrais que nunca haviam sido vistas anteriormente nem em super-novas nem noutros objectos astrofísicos. Isto levou a uma nova explicação de como surgiu a super-nova.

“Ninguém tinha comparado espectros de ferro neutro, ou seja, ferro que todos os electrões retinham, com as linhas de emissão não identificadas de SN 2006gy, porque o ferro é normalmente ionizado (um ou mais electrões removidos). Tentámos e vimos com entusiasmo como linhas após linhas se alinhavam, exactamente como no espectro observado,” diz Anders Jerkstrand, Departamento de Astronomia, Universidade de Estocolmo.

“Tornou-se ainda mais empolgante quando descobrimos rapidamente que eram necessárias quantidades muito grandes de ferro para formar as linhas – pelo menos um-terço da massa do Sol – o que descartou directamente alguns cenários antigos e, ao invés, revelou um novo.”

A progenitora de SN 2006gy era, de acordo com um novo modelo, uma estrela dupla composta por uma anã branca do mesmo tamanho que a Terra e por uma estrela massiva rica em hidrogénio do tamanho do nosso Sistema Solar em órbita íntima. À medida que a estrela rica em hidrogénio expandia o seu invólucro, o que acontece quando novo combustível é incendiado nos estágios finais da sua evolução, a anã branca foi apanhada no seu invólucro e espiralou em direcção ao centro da companheira. Quando chegou ao centro, a anã branca instável explodiu e nasceu daí uma super-nova do Tipo Ia. Esta super-nova então colidiu com o invólucro expelido, que é lançado durante o movimento espiral, e esta colisão gigantesca deu origem à luz de SN 2006gy.

“A ideia de uma super-nova do Tipo Ia estar por trás de SN 2006gy vira de cabeça para baixo o que a maioria dos investigadores pensa,” diz Anders Jerkstrand.

“O facto de uma anã branca poder estar em órbita próxima de uma estrela massiva rica em hidrogénio, e explodir rapidamente ao cair no centro, fornece novas informações importantes para a teoria da evolução das estrelas duplas e para as condições necessárias para uma anã branca explodir.”

Astronomia On-line
31 de Janeiro de 2020

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3402: O legado do Telescópio Espacial Spitzer

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Nesta impressão de artista do Telescópio Espacial Spitzer da NASA no espaço, o fundo é visto no infravermelho.
Crédito: NASA/JPL-Caltech

A NASA está a celebrar o legado de um dos seus grandes observatórios, o Telescópio Espacial Spitzer, que estuda há mais de 16 anos o Universo no infravermelho. A missão terminará no dia 30 de Janeiro.

Lançado em 2003, o Spitzer revelou características anteriormente ocultas de objectos cósmicos conhecidos e levou a descobertas e informações que vão desde o nosso próprio Sistema Solar até quase aos confins do Universo.

“O Spitzer ensinou-nos o quão importante a radiação infravermelha é para entender o nosso Universo, tanto na nossa própria vizinhança cósmica quanto nas galáxias mais distantes,” disse Paul Hertz, director de astrofísica na sede da NASA. “Os avanços que fizermos nas muitas áreas da astrofísica, no futuro, serão por causa do extraordinário legado do Spitzer.”

O Spitzer foi construído para estudar “o frio, o velho e o empoeirado,” três coisas que os astrónomos observam particularmente bem no infravermelho. A radiação infravermelha refere-se a uma gama de comprimentos de onda no espectro infravermelho, desde os 700 nanómetros (demasiado pequeno para ser visto a olho nu) até cerca de 1 milímetro (aproximadamente o tamanho da cabeça de um alfinete). Diferentes comprimentos de onda infravermelhos podem revelar características diferentes do Universo. Por exemplo, o Spitzer pode ver coisas demasiado frias para emitirem muita luz visível, incluindo exoplanetas (planetas para lá do nosso Sistema Solar), anãs castanhas e matéria fria encontrada no espaço entre as estrelas.

Quanto ao “antigo”, o Spitzer estudou algumas das galáxias mais distantes já detectadas. A luz de algumas delas viajou durante milhares de milhões de anos para chegar até nós, permitindo que os cientistas vissem esses objectos como eram há muito, muito tempo. De facto, trabalhando juntos, o Spitzer e o Telescópio Espacial Hubble (que observa principalmente no visível e em comprimentos de onda infravermelhos mais pequenos do que os detectados pelo Spitzer) identificaram e estudaram a galáxia mais distante observada até hoje. A luz que vemos daquela galáxia foi emitida há 13,4 mil milhões de anos, quando o Universo tinha menos de 5% da sua idade actual.

Entre outras coisas, os dois observatórios descobriram que estas galáxias iniciais são mais pesadas do que os cientistas esperavam. E, ao estudar galáxias mais próximas de nós, o Spitzer aprofundou a nossa compreensão de como a formação galáctica evoluiu ao longo da vida do Universo.

O Spitzer também está atento à poeira interestelar, prevalecente na maioria das galáxias. Misturada com gás em nuvens massivas, pode condensar-se para formar estrelas, e os restos podem dar à luz planetas. Com uma técnica chamada espectroscopia, o Spitzer pode analisar a composição química da poeira para aprender mais sobre os ingredientes que formam planetas e estrelas.

Em 2005, após a missão Deep Impact da NASA ter intencionalmente atingido o Cometa Tempel 1, o telescópio analisou a poeira levantada, fornecendo uma lista de materiais que estariam presentes no início do Sistema Solar. Além disso, o Spitzer encontrou um anel anteriormente não detectado em torno de Saturno, composto por partículas esparsas de poeira que os observatórios não conseguem ver no visível.

Além disso, alguns comprimentos de onda infravermelhos podem penetrar a poeira quando a luz visível não consegue, permitindo que o Spitzer revele regiões que, de outra forma, permaneceriam obscurecidas.

“É incrível quando ‘colocamos na mesa’ tudo o que o Spitzer já fez ao longo da sua vida, desde a detecção de asteróides no nosso Sistema Solar, não maiores do que uma limusina, até aprender mais sobre algumas das galáxias mais distantes que conhecemos,” disse Michael Werner, cientista do projecto Spitzer.

Para aprofundar as suas ideias científicas, os cientistas do Spitzer combinaram frequentemente os seus achados com os de muitos outros observatórios, incluindo dois dos outros Grandes Observatórios da NASA, o Hubble e o Observatório de raios-X Chandra.

Outros mundos

Algumas das maiores descobertas científicas do Spitzer, incluindo aquelas relativas a exoplanetas, não faziam parte dos objectivos científicos originais da missão. A equipa usou uma técnica chamada método de trânsito, que procura uma queda no brilho da estrela que resulta quando um planeta passa à sua frente, para confirmar a presença de dois planetas do tamanho da Terra no sistema TRAPPIST-1. Depois, o Spitzer descobriu outros cinco planetas do tamanho da Terra no mesmo sistema – e forneceu informações cruciais sobre as suas densidades – totalizando o maior lote de exoplanetas terrestres já descoberto em torno uma única estrela.

Um dos primeiros observatórios a distinguir a luz vinda directamente de um exoplaneta, o Spitzer aproveitou a mesma capacidade para outro “primeiro”: a detecção de moléculas na atmosfera de um exoplaneta (estudos anteriores revelaram elementos químicos individuais em atmosferas exoplanetárias). E também forneceu as primeiras medições de variações de temperatura e de vento numa atmosfera exoplanetária.

“Quando o Spitzer estava a ser projectado, os cientistas ainda não tinham encontrado um único exoplaneta em trânsito e, quando o Spitzer foi lançado, só conhecíamos um punhado deles,” disse Sean Carey, gestor do Centro Científico Spitzer do IPAC no Caltech, Pasadena, no estado norte-americano da Califórnia. “O facto do Spitzer se ter tornado numa ferramenta exoplanetária tão poderosa, quando isso nem era algo para o qual os planeadores originais pudessem ter-se preparado, é realmente profundo. E obtivemos alguns resultados absolutamente impressionantes.”

Mantendo-se frio

Um dos principais pontos fortes do Spitzer é a sua sensibilidade – isto é, a capacidade de detectar fontes muito fracas de luz infravermelha. A Terra é uma das principais fontes de radiação infravermelha, e tentar ver fontes infravermelhas fracas a partir do solo é como tentar observar estrelas quando o Sol está acima do horizonte. Essa é uma das principais razões pelas quais os construtores do Spitzer o tornaram o primeiro observatório astrofísico numa órbita que segue a órbita da Terra: longe do calor do nosso planeta, os detectores do Spitzer não teriam que lidar com a sua radiação infravermelha.

Diferentes comprimentos de onda infravermelhos podem revelar diferentes características do Universo. Alguns telescópios terrestres podem observar em certos comprimentos de onda infravermelhos e fornecer informações científicas valiosas, mas o Spitzer pode alcançar uma maior sensibilidade do que telescópios terrestres muito maiores e ver fontes muito mais fracas, como galáxias extremamente distantes. Além disso, foi projectado para detectar alguns comprimentos de onda infravermelhos que a atmosfera da Terra bloqueia completamente, observando nesses comprimentos de onda que estão fora do alcance dos observatórios terrestres.

As naves espaciais também podem gerar calor infravermelho, de modo que o Spitzer foi construído para permanecer frio, operando a temperaturas tão baixas quanto -267º Celsius. Em 2009, o Spitzer esgotou a sua reserva de hélio refrigerante, assinalando o fim da sua “missão fria”. Mas a grande distância do Spitzer, à Terra, ajudou-o a não aquecer demasiado – ainda opera a -244º Celsius – e os membros da equipa da missão descobriram que podiam continuar a observar em dois comprimentos de onda infravermelhos. A “missão quente” do Spitzer já dura há mais de uma década, quase o dobro da sua “missão fria”.

Os planeadores da missão original não esperavam que o Spitzer operasse por mais de 16 anos. Esta vida útil prolongada levou a alguns dos resultados científicos mais profundos do Spitzer, mas também colocou desafios à medida que o observatório se afasta cada vez mais da Terra.

“Não estava nos planos ter o Spitzer a operar tão longe da Terra, de modo que a equipa teve que adaptar-se, ano após ano, a manter a nave em operação,” disse Joseph Hunt, gestor do projecto do Spitzer. “Mas eu acho que superar esse desafio deu às pessoas uma grande sensação de orgulho. Esta missão afectou-nos positivamente.”

No dia 30 de Janeiro de 2020, os engenheiros vão desactivar o Spitzer e cessar as operações científicas. Durante o processo de revisão da NASA, em 2016, a agência espacial tomou a decisão de encerrar a missão do Spitzer. O encerramento estava inicialmente planeado para 2018, em antecipação do lançamento do Telescópio Espacial James Webb, que também realizará observações astronómicas no infravermelho. Quando o lançamento do Webb foi adiado, a missão do Spitzer recebeu a sua quinta e última extensão. Estas extensões deram ao Spitzer mais tempo para continuar a produzir ciência transformadora, incluindo tarefas de “desbravamento de caminho” para o Webb.

Astronomia On-line
28 de Janeiro de 2020

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3385: TESS determina idade de antiga colisão com a Via Láctea

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Impressão de artista do TESS.
Crédito: NASA

Uma única estrela brilhante na constelação de Índio, visível no hemisfério sul, revelou novas informações sobre uma antiga colisão que a nossa Via Láctea sofreu com outra galáxia mais pequena chamada Gaia-Encélado, no início da sua história.

Uma equipa internacional de cientistas liderada pela Universidade de Birmingham adoptou a nova abordagem de aplicar a caracterização forense de uma única estrela antiga e brilhante chamada v Indi como uma sonda da história da Via Láctea. As estrelas contêm “registos fósseis” das suas histórias e, portanto, dos ambientes em que se formam. A equipa usou dados de satélites e de telescópios terrestres para desbloquear estas informações de v Indi. Os seus resultados foram publicados na revista Nature Astronomy.

Foi determinada a idade da estrela – cerca de 11 mil milhões de anos – usando as suas oscilações naturais (sismologia estelar), detectadas em dados recolhidos pelo TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) da NASA. Lançado em 2018, o TESS está a estudar estrelas por todo o céu e a procurar planetas em órbita. Quando combinados com dados da missão Gaia da ESA, a história de detective revelou que esta estrela antiga nasceu cedo na vida da Via Láctea, mas a colisão Gaia-Encélado alterou o seu movimento pela Galáxia.

Bill Chaplin, professor de astrofísica na Universidade de Birmingham e autor principal do estudo, disse: “Tendo em conta que o movimento de v Indi foi afectado pela colisão de Gaia-Encélado, esta deve ter ocorrido depois da formação da estrela. Foi assim que conseguimos usar a idade determinada asteros-sismicamente para estabelecer novos limites de quando o evento Gaia-Encélado ocorreu.”

Se dermos “tempo ao tempo” para a fusão se propagar pela Galáxia, isto significa que a colisão deverá ter tido início há 11,6-13,2 mil milhões de anos (68% e 95% de confiança, respectivamente).

O co-autor Ted Mackereth, também de Birmingham, salientou: “Dado que vemos tantas estrelas de Gaia-Encélado, pensamos que deve ter tido um grande impacto na evolução da nossa Galáxia. Compreender isso é agora um tópico muito relevante na astronomia e este estudo é um passo importante para entender quando essa colisão ocorreu.”

Bill Chaplin acrescentou: “Este estudo demonstra o potencial da asteros-sismologia com o TESS e o que é possível quando temos uma variedade de dados de ponta disponíveis para uma única estrela brilhante.”

A investigação mostra claramente o forte potencial do programa TESS para reunir novas e ricas ideias sobre as estrelas mais próximas do Sol na Via Láctea.

Astronomia On-line
21 de Janeiro de 2020

spacenews

 

WASP-12b está numa “espiral da morte”

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Impressão de artista do escaldante gigante gasoso WASP-12b e da sua estrela. Uma equipa de astrofísicos mostrou que este exoplaneta está a espiralar em direcção à sua estrela, rumo à sua completa destruição daqui a aproximadamente 3 milhões de anos.
Crédito: NASA/JPL-Caltech

A Terra está condenada – mas só daqui a 5 mil milhões de anos. O nosso planeta será torriscado à medida que o Sol se expande e se torna numa gigante vermelha, mas o exoplaneta WASP-12b, localizado a 600 anos-luz de distância na direcção da constelação de Cocheiro, tem menos de um milésimo desse tempo: uns comparativamente insignificantes 3 milhões de anos.

Uma equipa de astrofísicos mostrou que WASP-12b está a espiralar em direcção à sua estrela hospedeira, rumo à sua destruição. O artigo científico foi publicado na edição de 27 de Dezembro de 2019 da revista The Astrophysical Journal Letters.

WASP-12b é conhecido por ser um “Júpiter quente”, um gigante gasoso como o nosso vizinho Júpiter, mas que está muito próximo da sua estrela-mãe, completando uma órbita em apenas 26 horas (em contraste, a Terra demora 365 dias; até Mercúrio, o planeta mais interior do Sistema Solar, demora 88 dias).

“Desde a descoberta do primeiro ‘Júpiter quente’ em 1995 – uma descoberta reconhecida o ano passado com o Prémio Nobel da Física – que nos perguntamos quanto tempo podem estes planetas sobreviver,” disse Joshua Winn, professor de ciências astrofísicas em Princeton e um dos autores do artigo científico. “Tínhamos a certeza de que não podiam durar para sempre. As fortes interacções gravitacionais entre o planeta e a estrela devem fazer o planeta espiralar para dentro e ser destruído, mas ninguém podia prever quanto tempo isso levaria. Pode levar milhões de anos, milhares de milhões, ou até biliões. Agora que medimos o ritmo, pelo menos para um sistema – são milhões de anos -, temos uma nova pista sobre o comportamento das estrelas como corpos fluídos.”

O problema é que à medida que WASP-12b orbita a sua estrela, os dois corpos exercem força gravitacional um sobre o outro, levantando “marés” como as marés do oceano levantadas pela Lua na Terra.

Dentro da estrela, estas ondas fazem com que se torne ligeiramente distorcida e oscile. Devido à fricção, estas ondas colidem e as oscilações diminuem, um processo que gradualmente converte a energia orbital do planeta em calor dentro da estrela.

A fricção associada às marés também exerce um torque gravitacional no planeta, fazendo com que o planeta espirale para dentro. A medição da rapidez com que a órbita do planeta está a encolher revela a rapidez com que a estrela está a dissipar a energia orbital, o que fornece aos astrofísicos pistas sobre o interior das estrelas.

“Se pudermos encontrar mais planetas como WASP-12b cujas órbitas estão decaindo, seremos capazes de aprender mais sobre a evolução e sobre o destino final dos sistemas exoplanetários,” disse o autor principal Samuel Yee, estudante de ciências astrofísicas. “Embora este fenómeno tenha sido previsto no passado para planetas gigantes íntimos como WASP-12b, esta é a primeira vez que capturamos este processo em acção.”

Uma das primeiras pessoas a fazer essa previsão foi Frederic Radio, professor de física e astronomia na Universidade Northwestern, que não esteve envolvido no estudo de Yee e Winn. “Todos nós esperámos quase 25 anos para que este efeito fosse detectado observacionalmente,” disse Rasio. “As implicações a curto prazo deste decaimento orbital medido também são muito importantes. Em particular, significa que deverão haver muitos mais Júpiteres quentes já destruídos. Quanto atingem o limite de Roche – o limite de perturbação das marés de um objecto numa órbita circular – os seus invólucros podem ser despojados, revelando um núcleo rochoso parecido com uma super-Terra (ou talvez um mini-Neptuno, caso possam reter um pouco da sua camada de gás).”

Rasio também é editor da The Astrophysical Journal Letters, a revista que publicou o novo artigo científico. Os investigadores haviam originalmente submetido o seu trabalho a outra revista científica menos prestigiada, também publicada pela Sociedade Astronómica Americana, mas Rasio redirecionou o artigo devido à “especialmente grande importância” da investigação. “Parte do meu trabalho é garantir que todas as principais novas descobertas apresentadas nos manuscritos submetidos aos periódicos da Sociedade Astronómica Americana sejam consideradas para publicação na The Astrophysical Journal Letters,” explicou. “Neste caso, a decisão foi fácil.”

WASP-12b foi descoberto em 2008 pelo método de trânsito, no qual os astrónomos observam uma pequena queda no brilho de uma estrela quando um planeta passa à sua frente, de cada vez que completa uma órbita. Desde a sua descoberta, o intervalo entre quedas sucessivas diminuiu 29 milissegundos por ano – uma característica observada pela primeira vez em 2017 pelo co-autor Kishore Patra, na altura estudante do MIT (Massachusetts Institute of Technology).

Essa ligeira diminuição pode sugerir que a órbita do planeta está a encolher, mas existem outras explicações possíveis: se a órbita de WASP-12b for mais oval do que circular, por exemplo, as mudanças aparentes no período orbital podem ser provocadas pela mudança de orientação da órbita.

A maneira de ter a certeza de que a órbita está realmente a diminuir é observar o planeta a desaparecer por trás da sua estrela, um evento conhecido como ocultação. Se a órbita está apenas a mudar de direcção, o período orbital real não muda, de modo que se os trânsitos ocorrem mais depressa do que o esperado, as ocultações deverão ocorrer mais lentamente. Mas se a órbita estiver realmente a decair, o tempo dos trânsitos e das ocultações deve mudar na mesma direcção.

Nos últimos dois anos, os investigadores recolheram mais dados, incluindo novas observações de ocultações feitas com o Telescópio Espacial Spitzer.

“Estes novos dados apoiam fortemente o cenário de decaimento orbital, o que nos permite dizer com firmeza que o planeta está realmente a espiralar em direcção à sua estrela,” disse Yee. “Isto confirma as previsões teóricas de longa data e dados indirectos, sugerindo que os Júpiteres quentes devem ser destruídos por este processo.”

Esta descoberta vai ajudar os teóricos a entender o funcionamento interno das estrelas e a interpretar outros dados relacionados com as interacções das marés,” disse Winn. “Também nos diz mais sobre a vida dos Júpiteres quentes, uma pista que pode ajudar a lançar luz sobre a formação destes planetas estranhos e inesperados.”

Astronomia On-line
14 de Janeiro de 2020

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3344: Matéria escura pode ter colidido com a Via Láctea (e criado uma “onda” gigante)

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Alyssa Goodman / Harvard University

Uma onda enorme foi descoberta na Via Láctea, que se pode ter formado como resultado de uma colisão com um enorme objecto misterioso – potencialmente matéria escura.

A “onda Radcliffe” foi descoberta com recurso aos dados do satélite Gaia da Agência Espacial Europeia. Antes, passara despercebida por causa do seu tamanho extremo e da nossa proximidade. Da Terra, a onda cobre metade do céu, dificultando a visualização de toda a estrutura.

Investigadores liderados por João Alves, do Departamento de Astrofísica da Universidade de Viena e do Instituto Radcliffe de Estudos Avançados da Universidade de Harvard, estavam inicialmente a tentar mapear uma estrutura conhecida como Cinturão de Gould. Esta é uma grande faixa de regiões de formação de estrelas.

Ao fazer isso, a equipa descobriu que o Cinturão de Gould é “apenas um efeito de projecção” de uma estrutura muito maior, disse Alves , em declarações à Newsweek. “Como se pode imaginar, fiquei muito surpreendido”, disse.

De acordo com o estudo publicado este mês na revista científica Nature, os cientistas descobriram que a onda Radcliffe era um filamento enorme e longo, com nove mil anos-luz de comprimento e 400 de largura. Também foi encontrado 500 anos-luz acima e abaixo do plano médio do disco galáctico em forma de onda.

Anda não se sabe o que pode ter produzido a onda. No entanto, a sua amplitude parece estar a diminuir ao longo do tempo. Para que seja uma onda atenuada, sugere imediatamente algum tipo de gatilho – talvez uma colisão entre o disco da nossa Via Láctea e um objecto maciço – que até agora não foi possível identificar. Porém, poderia ter sido um grupo de matéria escura.

Um estudo anterior sobre o Cinturão de Gould, publicado em 2009 na revista científica Monthly Notices da Royal Astronomical Society, sugeriu o mesmo. Talvez uma gigantesca bolha de matéria escura tenha colidido com a nuvem de gás jovem há milhões de anos, distorcendo a gravidade da galáxia e espalhando as estrelas mais próximas no padrão visto hoje, recorda o LiveScience.

Alves disse ainda que a onda e as novas estrelas que produz são os nossos novos vizinhos galácticos, uma vez que o nosso sistema solar está a viajar na mesma direcção e na mesma velocidade. Aliás, o nosso Sol morrerá antes da maioria destas novas estrelas vizinhas.

Além disso, a equipa descobriu que a onda interage com o Sol, que cruzou no nosso caminho há cerca de 13 milhões de anos e continuará em mais 13 milhões de anos. O que aconteceu durante esse encontro também é desconhecido, segundo explicou Alves em comunicado.

A equipa espera agora encontrar outras estruturas semelhantes noutras partes da Via Láctea. Além disso, estão a tentar localizar e medir as estrelas adolescentes da onda, pois herdam os movimentos da nuvem parental, portanto, propriedades importantes, o que deverá ajudá-los a descobrir o que poderá ter causado a formação da onda.

ZAP //

Por ZAP
10 Janeiro, 2020

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3313: Astrofísico quer voltar ao passado (e já sabe como construir uma máquina do tempo)

CIÊNCIA/ASTROFÍSICA

Prettysleepy2 / Pixabay

O astrofísico Ron Mallett acredita que encontrou uma forma de viajar no tempo – pelo menos teoricamente. O investigador disse ter escrito uma equação científica que pode ser a base de uma verdadeira máquina do tempo.

Em declarações à CNN, o investigador de física da Universidade de Connecticut, nos Estados Unidos, explicou que chegou a uma equação científica que pode ser usada para construir um máquina do tempo real. Ron Mallett construiu mesmo um protótipo do dispositivo para ilustrar um componente-chave da sua teoria.

Para entender a máquina de Mallett, é precisa conhecer o básico da teoria da relatividade especial de Albert Einstein, que afirma que o tempo acelera ou desacelera dependendo da velocidade com que um objecto se está a mover.

Com base nessa teoria, se uma pessoa estivesse numa nave espacial a viajar perto da velocidade da luz, o tempo passaria mais lentamente para eles do que para alguém que permanecesse na Terra. Essencialmente, o astronauta poderia percorrer o Espaço em menos de uma semana e, quando regressasse à Terra, já teriam passado 10 anos para as pessoas no planeta, fazendo parecer que o astronauta tinha viajado para o futuro.

Porém, embora muitos físicos aceitem que saltar para a frente no tempo dessa forma provavelmente é possível, viajar no tempo para o passado é outra questão – e Mallett acha que poderia resolvê-la recorrendo ao uso de lasers.

A ideia de Mallett depende de outra teoria de Einstein: a teoria geral da relatividade. Segundo essa teoria, objectos massivos dobram o espaço-tempo – um efeito que percebemos como gravidade. Quanto maior a gravidade, menor o tempo. “Se pudermos dobrar o Espaço, existe a possibilidade de torcer o espaço”, disse Mallett à CNN. “Na teoria de Einstein, o que chamamos de espaço também envolve tempo. O que se faz com o Espaço também acontece com o tempo.”

O investigador acredita que é teoricamente possível colocar o tempo em loop, o que permitiria viajar no tempo para o passado. “Ao estudar o tipo de campo gravitacional produzido por um laser em anel, pode levar a uma nova forma de olhar para a possibilidade de uma máquina do tempo baseada num feixe de luz circulante”, disse.

No entanto, apesar do optimismo de Mallett, os seus colegas não estão convencidos de que a sua máquina do tempo venha a ser concretizada. “Não acho que [o trabalho] seja necessariamente frutífero“, retorquiu o astrofísico Paul Sutter à CNN. “Porque acho que existem falhas profundas na sua matemática e na sua teoria, e, portanto, um dispositivo prático parece inatingível”.

De facto, recorda o Futurism, até Mallet admite que a ideia, para já, é totalmente teórica.

ZAP //

Por ZAP
4 Janeiro, 2020

spacenews

 

3304: Problema dos 3 corpos. Cientistas estão perto de resolver a questão mais antiga da Astrofísica

CIÊNCIA/ASTROFÍSICA

(cv) NASA 360

Uma equipa de cientistas diz estar muito próxima de entender o conhecido “problema dos três corpos”, formulado por Isaac Newton.

A equipa diz ter uma solução estatística para o problema dos três corpos de Newton, o problema que se baseia em descobrir como três corpos semelhantes se deslocam no Espaço de uma forma capaz de e encaixar nas leis do movimento e da gravidade.

O estudo, publicado recentemente na Nature, aproximou-se da solução, apresentando uma fórmula estatística que se enquadra nesta questão ainda por resolver.

O problema dos três corpos, descrito como “a questão em aberto mais antiga da Astrofísica”, lida com as leis de Newton. As leis do movimento ajudaram os cientistas a compreender as relações entre um corpo com massa e as forças que agem sobre ele, como as forças que agem sobre um planeta em órbita do Sol, por exemplo.

No entanto, tentar entender as relações entre um corpo com massa e as forças que agem sobre ele quando aplicadas a três corpos (por exemplo, quando um satélite orbita um planeta, que, por sua vez, orbita uma estrela) gera dificuldades, uma vez que as equações relacionadas à massa e ao movimento não são resolúveis.

Agora, uma equipa de cientistas da Universidade Hebraica de Jerusalém sugeriu que, num sistema instável composto por três corpos, um deles acaba por ser expulso, deixando para trás os outros dois corpos numa relação binária estável, explica a Sputnik News.

“Quando comparamos as nossas previsões com modelos dos movimentos reais gerados por computador, observamos um alto grau de precisão“, garantiu o astrofísico Nicholas Stone, um dos cientistas envolvidos nesta pesquisa.

Apesar de os cientistas terem encontrado soluções para casos especiais, a fórmula geral para o problema dos três corpos mostrou-se muito difícil de atingir. Este estudo não resolve completamente o problema de Newton, mas a representação estatística de um sistema de três corpos instável ajudará os cientistas a visualizar os complicados processos envolvidos nestes sistemas.

ZAP //

Por ZAP
3 Janeiro, 2020

spacenews

 

3286: Cientistas detalham cenário horrendo caso asteróide gigante colida com a Terra

CIÊNCIA

ESA

Os investigadores apresentaram a descrição detalhada do que pode acontecer se uma das rochas espaciais colidir realmente com a superfície da Terra.

De acordo com o tablóide Daily Express, os meteorologistas Simon King e Clare Nasir explicaram, num livro chamado “What Does Rain Smell Like?”, que a colisão de um asteróide de diâmetro entre 25 e 1.000 metros com a Terra causaria “danos a nível local”, enquanto a colisão com uma rocha maior pode mesmo levar à destruição “a nível global”.

“As consequências mais letais da colisão com um grande asteróide serão rajadas de vento e ondas de choque. O pico da pressão do ar poderia romper os órgãos internos e as rajadas de vento atirariam corpos pelo ar e esmagariam as construções e florestas”, explicam os meteorologistas.

Os especialistas acrescentam ainda que as outras consequências devastadoras incluiriam “calor intenso, destroços voadores, tsunamis, sismos e destruições devido ao impacto directo e à formação de crateras”.

No entanto, os autores sublinham que os asteróides, tal como os outros objectos do espaço, são sujeitos às forças gravitacionais e, portanto, têm as suas próprias órbitas, o que torna as suas trajectórias “relativamente previsíveis”.

“A catalogação dos Near Earth Objects (NEO) é uma tarefa titânica, o espaço está muito lotado e parece ficar até mais lotado a cada década que passa. O mapeamento dos NEOs contra o fundo de outros destroços a orbitar no espaço poderia ser descrito como procurar uma agulha num palheiro, mas os astrofísicos fizeram grandes progressos nesta questão”, explicam os cientistas.

ZAP // Sputnik News

Por ZAP
29 Dezembro, 2019

 

spacenews

 

3214: NICER fornece as melhores medições de sempre de um pulsar, primeiro mapa da superfície

CIÊNCIA

O NICER (Neutron star Interior Composition Explorer) da NASA instalado na Estação Espacial Internacional.
Crédito: NASA

Os astrofísicos estão a redesenhar a imagem académica dos pulsares, os remanescentes densos e rodopiantes de estrelas mortas, graças ao NICER (Neutron star Interior Composition Explorer) da NASA, um telescópio de raios-X a bordo da Estação Espacial Internacional. Usando dados do NICER, os cientistas obtiveram as primeiras medições precisas e confiáveis, tanto do tamanho de um pulsar quanto da sua massa, bem como o primeiro mapa de manchas quentes à sua superfície.

O pulsar em questão, J0030+0451 (ou J0030 para abreviar), fica numa região isolada do espaço a 1100 anos-luz de distância na direcção da constelação de Peixes. Ao medir a massa e o tamanho do pulsar, o NICER revelou que as formas e os locais de “manchas quentes” com milhões de graus, à superfície do pulsar, são muito mais estranhas do que se pensava.

“Da sua posição na Estação Espacial, o NICER está a revolucionar a nossa compreensão dos pulsares,” disse Paul Hertz, director da divisão de astrofísica na sede da NASA em Washington. “Os pulsares foram descobertos há mais de 50 anos como faróis estelares que colapsaram em núcleos densos, comportando-se como nada que vemos na Terra. Com o NICER, podemos investigar a natureza destes remanescentes densos de maneiras que pareciam impossíveis até agora.”

Uma série de artigos que analisam as observações de J0030 pelo NICER são o foco de uma edição da revista The Astrophysical Journal Letters e estão disponíveis online.

Quando uma estrela massiva morre, fica sem combustível, colapsa sob o seu próprio peso e explode como uma super-nova. Estas mortes estelares podem deixar para trás estrelas de neutrões, que acumulam mais massa do que o nosso Sol numa esfera com o tamanho de uma cidade. Os pulsares, que são uma classe de estrela de neutrões, giram centenas de vezes por segundo e varrem feixes energéticos a cada rotação. J0030 gira 205 vezes por segundo.

Durante décadas, os cientistas tentaram descobrir exactamente como é que os pulsares funcionam. No modelo mais simples, um pulsar possui um poderoso campo magnético em forma de imã. O campo é tão forte que rasga partículas da superfície do pulsar e acelera-as. Algumas partículas seguem o campo magnético e atingem o lado oposto, aquecendo a superfície e criando manchas quentes nos pólos magnéticos. Todo o pulsar brilha levemente em raios-X, mas as manchas quentes são mais brilhantes. À medida que o objecto gira, estas manchas entram e saem da nossa vista como feixes de um farol, produzindo variações extremamente regulares no brilho de raios-X do objecto. Mas os novos estudos de J0030 pelo NICER mostram que os pulsares não são tão simples.

Usando observações do NICER de Julho de 2017 a Dezembro de 2018, dois grupos de cientistas mapearam as manchas quentes de J0030 usando métodos independentes e convergiram em resultados semelhantes para a sua massa e tamanho. Uma equipa liderada por Thomas Riley, estudante de doutoramento em astrofísica computacional, e a sua supervisora Anna Watts, professora de astrofísica da Universidade de Amesterdão, determinaram que o pulsar tem cerca de 1,3 vezes a massa do Sol e 25,4 km de diâmetro. Cole Miller, professor de astronomia na Universidade de Maryland, que liderou a segunda equipa, descobriu que J0030 tem aproximadamente 1,4 vezes a massa do Sol e é um pouco maior, com 26 km de diâmetro.

“Quando começámos a estudar J0030, a nossa compreensão de como simular pulsares estava incompleta, e ainda está,” explicou Riley. “Mas graças aos dados detalhados do NICER, a ferramentas de código aberto, a computadores de alto desempenho e ao excelente trabalho em equipa, temos agora uma estrutura para o desenvolvimento de modelos mais realísticos destes objectos.”

Um pulsar é tão denso que a sua gravidade distorce o espaço-tempo próximo – o “tecido” do Universo, conforme descrito pela teoria geral da relatividade de Einstein – da mesma maneira que uma bola de bowling num trampolim estica a superfície. O espaço-tempo é tão distorcido que a luz no lado do pulsar voltado na direcção oposta à Terra é “dobrada” e redireccionada para nós. Isto faz a estrela parecer maior do que é. O efeito também significa que as manchas quentes nunca podem desaparecer completamente à medida que giram para o lado oposto da estrela. O NICER mede a chegada de cada raio-X de um pulsar a mais de cem nano-segundos, uma precisão cerca de 20 vezes maior do que a disponível anteriormente, para que os cientistas possam tirar vantagem deste efeito pela primeira vez.

“As medições incomparáveis de raios-X do NICER permitiram-nos fazer os cálculos mais precisos e confiáveis do tamanho de um pulsar até ao momento, com uma incerteza inferior a 10%,” disse Miller. “Toda a equipa do NICER deu uma contribuição importante à física fundamental que é impossível investigar em laboratórios terrestres.”

A perspectiva da Terra observa o hemisfério norte de J0030. Quando as equipas mapearam as formas e posições das manchas de J0030, esperavam encontrar algo parecido à imagem dos pulsares que temos nos livros. Ao invés, os cientistas identificaram até três “manchas” quentes, todas no hemisfério sul.

Riley e colegas correram simulações usando círculos sobrepostos de diferentes tamanhos e temperaturas para recriar os sinais de raios-X. A realização das suas análises no supercomputador nacional holandês Cartesius levou menos de um mês – mas seriam necessários cerca de 10 anos num computador normal. A sua solução identifica duas manchas quentes, uma pequena e circular e a outra longa e em forma de crescente.

O grupo de Miller realizou simulações semelhantes, mas com ovais de diferentes tamanhos e temperaturas, no supercomputador Deepthough2 da Universidade de Maryland. Encontraram duas configurações possíveis e igualmente prováveis de manchas. Uma tinha duas ovais que se assemelham ao padrão encontrado pela equipa de Riley. A segunda solução acrescenta uma terceira mancha, mais fria, ligeiramente ao lado do pólo rotacional sul do pulsar.

As previsões teóricas anteriores sugeriam que as localizações e formas das manchas quentes podiam variar, mas os estudos de J0030 são os primeiros a mapear estas características à superfície. Os cientistas ainda estão a tentar determinar a razão da organização e forma das manchas de J0030, mas, por enquanto, está claro que os campos magnéticos dos pulsares são mais complicados do que o modelo tradicional de dois pólos.

O principal objectivo científico do NICER é determinar com precisão as massas e tamanhos de vários pulsares. Com esta informação os cientistas serão finalmente capazes de decifrar o estado de matéria nos núcleos das estrelas de neutrões, matéria esmagada por tremendas pressões e densidades que não pode ser replicada na Terra.

“É notável, e também muito reconfortante, que as duas equipas tenham atingido semelhantes tamanhos, massas e padrões de manchas quentes em J0030 usando diferentes abordagens de modelagem,” disse Zaven Arzoumanian, líder científico do NICER no Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, Maryland, EUA. “Diz-nos que o NICER está no caminho certo para ajudar a responder a uma pergunta duradoura na astrofísica: que forma assume a matéria nos núcleos ultra-densos das estrelas de neutrões?”

Astronomia On-line
17 de Dezembro de 2019

 

spacenews

 

3017: Cientistas continuam a refinar o ritmo de expansão do Universo

CIÊNCIA

A análise da equipa abre caminho para melhores medições, no futuro, usando os telescópios do CTA.
Crédito: Daniel López/IAC

Utilizando tecnologias e técnicas de ponta, uma equipa de astrofísicos da Universidade de Clemson, Carolina do Sul, EUA, acrescentou uma nova abordagem para quantificar uma das leis mais fundamentais do Universo.

Num artigo publicado na passada sexta-feira, dia 8 de Novembro, na revista The Astrophysical Journal, os cientistas Marco Ajello, Abhishek Desai, Lea Marcotulli e Dieter Hartmann colaboraram com outros seis cientistas espalhados pelo mundo para conceber uma nova medição da Constante de Hubble, a unidade de medida usada para descrever o ritmo de expansão do Universo.

“O objectivo da cosmologia é entender a evolução do nosso Universo – como evoluiu no passado, o que está a fazer agora e o que acontecerá no futuro,” disse Ajello, professor associado no departamento de física e astronomia da Faculdade de Ciências da Universidade de Clemson. “O nosso conhecimento baseia-se em vários parâmetros – incluindo a Constante de Hubble – que procuramos medir com a maior precisão possível. Neste artigo, a nossa equipa analisou dados obtidos com telescópios espaciais e no solo para obter uma das mais recentes medições de quão rápido o Universo está a expandir-se.”

O conceito de um Universo em expansão foi introduzido pelo astrónomo americano Edwin Hubble (1889-1953), que o Telescópio Espacial Hubble honra com o seu nome. No início do século XX, Hubble tornou-se um dos primeiros astrónomos a deduzir que o Universo era composto por várias galáxias. A sua subsequente pesquisa levou à sua descoberta mais famosa: a de que as galáxias estavam a afastar-se umas das outras a uma velocidade proporcional à sua distância.

Hubble originalmente determinou que este ritmo de expansão rondava os 500 km/s/Mpc (quilómetros por segundo por mega-parsec; um mega-parsec é equivalente a 3,26 milhões de anos-luz). Hubble concluiu que uma galáxia a dois mega-parsecs da Via Láctea estava a afastar-se ao dobro da velocidade de uma galáxia situada a apenas um mega-parsec. Esta estimativa ficou conhecida como a Constante de Hubble, que provou pela primeira vez que o Universo estava a expandir-se. Os astrónomos têm vindo a recalibrá-la desde então – com resultados um tanto ou quanto confusos.

Com a ajuda das tecnologias aeroespaciais, os astrónomos apresentaram medições que diferem significativamente dos cálculos originais de Hubble – diminuindo o ritmo de expansão para o intervalo entre 50 e 100 km/s/Mpc. E, na última década, instrumentos ultra-sofisticados, como o satélite Planck, aumentaram a precisão das medições originais de Hubble de maneira relativamente dramática.

No novo artigo científico, a equipa colaborativa comparou os dados mais recentes da atenuação de raios-gama do Telescópio Espacial de Raios-gama Fermi e dos Telescópios IACT (Imaging Atmospheric Cherenkov Telescopes) para elaborar as suas estimativas a partir de modelos da luz extra-galática de fundo. Esta nova estratégia levou a uma medição de aproximadamente 67,5 km/s/Mpc.

Os raios-gama são a forma mais energética de luz. A luz extra-galática de fundo (LEF) é uma “neblina” cósmica composta de toda a radiação (ultravioleta, luz visível, infravermelha) emitida pelas estrelas ou pela poeira nas suas proximidades. Quando a LEF e os raios-gama interagem, deixam uma impressão observável – uma perda gradual de fluxo – que os cientistas foram capazes de analisar ao formular a sua hipótese.

“A comunidade astronómica está a investir uma quantidade muito grande de dinheiro e recursos na cosmologia de precisão com todos os diferentes parâmetros, incluindo a Constante de Hubble,” disse Dieter Hartmann, professor de física e astronomia. “A nossa compreensão destas constantes fundamentais definiu o Universo como o conhecemos agora. Quando o nosso conhecimento das leis se torna mais preciso, a nossa definição do Universo também se torna mais precisa, o que leva a novas ideias e descobertas.”

Uma analogia comum da expansão do Universo é um balão pontilhado de pontos, cada ponto representando uma galáxia. Quando o balão incha, os pontos afastam-se cada vez mais uns dos outros.

“Há quem teorize que o balão vai expandir-se até um ponto particular no tempo e que depois volta a colapsar,” explicou Desai, assistente no departamento de física e astronomia. “Mas a ideia mais aceite é a de que o Universo vai continuar a expandir-se até que tudo esteja tão distante que não haverá mais luz observável. Nesse ponto, o Universo sofrerá uma morte fria. Mas isso não é motivo para preocupações. Se tal acontecer, será daqui a biliões de anos.”

Mas se a analogia do balão está correta, o que é que está a fazer com que o balão inche?

“A matéria – as estrelas, os planetas, até nós – é apenas uma pequena fracção da composição geral do Universo,” explicou Ajello. “A grande maioria do Universo é composta por energia escura e matéria escura. E pensamos que é a energia escura que está a ‘inchar o balão’. A energia escura está a afastar os objectos astronómicos uns dos outros. A gravidade, que atrai objectos uns para os outros, é a força mais forte a nível local, razão pela qual algumas galáxias continuam a colidir. Mas a distâncias cósmicas, a energia escura é a força dominante.”

“É incrível estarmos a usar raios-gama para estudar cosmologia. A nossa técnica permite-nos usar uma estratégia independente – uma nova metodologia independente das existentes – para medir propriedades cruciais do Universo,” disse Alberto Dominguez, da Universidade Complutense de Madrid, ex-investigador do grupo de Ajello. “Os nossos resultados mostram a maturidade alcançada ao longo da última década pelo campo relativamente recente da astrofísica de alta energia. A análise que desenvolvemos abre caminho para melhores medições no futuro, usando o CTA (Cherenkov Telescope Array), que ainda está em desenvolvimento e que será a mais ambiciosa rede de telescópios terrestres de alta energia de sempre.”

Muitas das mesmas técnicas utilizadas neste presente trabalho estão relacionadas com trabalhos anteriores realizados por Ajello e colegas. Num projecto anterior, publicado na revista Science, Ajello e a sua equipa foram capazes de medir toda a luz estelar já emitida na história do Universo.

“O que sabemos é que os fotões dos raios-gama de fontes extra-galáticas viajam pelo Universo em direcção à Terra, onde podem ser absorvidos pela interacção com os fotões da luz das estrelas,” explicou Ajello. “O ritmo de interacção depende da distância que viajam. E a distância que viajam depende da expansão. Se a expansão for baixa, viajam uma pequena distância. Se a expansão for grande, percorrem uma distância muito grande. De modo que a quantidade de absorção que medimos depende fortemente do valor da Constante de Hubble. O que fizemos foi ‘voltar isto do avesso’ e usá-la para restringir o ritmo de expansão do Universo.”

Astronomia On-line
12 de Novembro de 2019

 

 

2968: Os cientistas podem ter descoberto uma nova classe de buracos negros

CIÊNCIA

Impressão de artista do buraco negro que os astrofísicos identificaram neste estudo. O buraco negro (em baixo à esquerda) pode ser visto perto da gigante vermelha. A descoberta mostra que pode existir uma classe de buracos negros desconhecida dos astrónomos.
Crédito: Jason Scults, Universidade Estatal do Ohio

Os buracos negros são uma parte importante de como os astrofísicos tentam compreender o Universo – tão importante que os cientistas estão a tentar construir um censo de todos os buracos negros da Via Láctea.

Mas uma nova investigação mostra que à sua busca pode estar a faltar uma classe inteira de buracos negros que não sabiam existir.

Num estudo publicado a semana passada na revista Science, os astrónomos fornecem uma nova maneira de procurar buracos negros e mostram que é possível que exista uma classe de buracos negros ainda mais pequenos do que os buracos negros mais pequenos do Universo conhecido.

“Estamos a mostrar esta pista de que há outra população por aí que ainda precisamos investigar em busca de buraco negros,” disse Todd Thompson, professor de astronomia na Universidade Estatal do Ohio e autor principal do estudo.

“Os cientistas estão a tentar entender as explosões de super-novas, como estrelas massivas explodem, como os elementos foram formados nas estrelas massivas. Portanto, se pudéssemos revelar uma nova população de buracos negros, isso dir-nos-ia mais sobre quais as estrelas que explodem, quais as que não explodem, quais as que formam buracos negros, quais as que formam estrelas de neutrões. Abre uma nova área de estudo.”

Imagine um censo que contasse apenas pessoas com mais de 1,75 m de altura – e imagine que os responsáveis pelo censo nem sabiam que existiam pessoas com menos de 1,75 m de altura. Os dados desse censo estariam incompletos, fornecendo uma imagem imprecisa da população. É isto, essencialmente, que tem vindo a acontecer na procura por buracos negros, disse Thompson.

Os astrónomos há muito tempo que procuram buracos negros, que têm uma atracção gravitacional tão forte que nada – nem mesmo a matéria, nem mesmo a radiação – pode escapar. Os buracos negros formam-se quando certas estrelas massivas morrem, encolhem e explodem. Os astrónomos também estão à procura de estrelas de neutrões – estrelas pequenas e densas que se formam quando algumas estrelas morrem e colapsam.

Estes dois tipos de objectos podem reter informações interessantes sobre os elementos da Terra e como as estrelas vivem e morrem. Mas, para descobrir essas informações, os astrónomos precisam primeiro de descobrir onde estão os buracos negros. E para descobrir onde estão os buracos negros, precisam de saber o que procurar.

Uma pista: os buracos negros costumam existir no que se chama de sistemas binários. Isto significa simplesmente que duas estrelas estão próximas o suficiente uma da outra para estarem unidas pela gravidade numa órbita mútua. Quando uma dessas estrelas morre, a outra pode permanecer, ainda orbitando o espaço onde a estrela morta – agora um buraco negro ou uma estrela de neutrões – viveu e onde um buraco negro ou estrela de neutrões se formou.

Durante anos, os buracos negros que os cientistas conheciam tinham todos massas entre 5 e 15 vezes a massa do Sol. As estrelas de neutrões conhecidas geralmente não têm mais do que 2,1 vezes a massa do Sol – se tivessem mais do que 2,5 massas solares, entrariam em colapso para formar um buraco negro.

Mas, no verão de 2017, um levantamento chamado LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) observou a fusão de dois buracos negros numa galáxia a cerca de 1,8 mil milhões de anos-luz de distância. Um desses buracos negros tinha cerca de 31 vezes a massa do Sol; o outro cerca de 25 vezes a massa do Sol.

“Imediatamente, todos dissemos ‘uau!’, porque era uma coisa espectacular,” disse Thompsonn. “Não apenas porque provou que o LIGO funcionava, mas porque as massas eram enormes. Os buracos negros desse tamanho são importantes – nunca os tínhamos visto antes.”

Thompson e outros astrofísicos há muito que suspeitavam que os buracos negros podiam ter tamanhos fora da gama conhecida, e a descoberta do LIGO provou que os buracos negros podiam ser maiores. Mas havia uma janela de tamanho entre as maiores estrelas de neutrões e os buracos negros mais pequenos.

Thompson decidiu ver se podia resolver esse mistério.

Ele e outros cientistas começaram a vasculhar os dados do APOGEE (Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment), que recolheu espectros de luz de cerca de 100.000 estrelas espalhadas pela Via Láctea. Thompson percebeu que os espectros podiam mostrar que uma estrela podia estar em órbita de outro objecto: mudanças nos espectros – um desvio para comprimentos de onda mais azuis, por exemplo, seguido por um desvio para comprimentos de onda mais vermelhos – podiam indicar que uma estrela estava a orbitar um companheiro ainda não observado.

Thompson começou a estudar os dados à procura de estrelas que mostrassem essa mudança, indicando que podiam estar em órbita de um buraco negro.

Seguidamente, restringiu os dados do APOGEE para 200 das estrelas mais interessantes. Ele forneceu os dados a um investigador associado da Universidade Estatal do Ohio, Tharindu Jayasinghe, que compilou milhares de imagens de cada potencial sistema binário com o ASAS-SN (All-Sky Automated Survey for Supernovae; o ASAS-SN já encontrou aproximadamente 1000 super-novas).

Da análise de dados surgiu uma estrela gigante vermelha que parecia orbitar algo, mas que, com base nos seus cálculos, era provavelmente muito mais pequeno do que os buracos negros conhecidos da Via Láctea, e muito maior do que maioria das estrelas de neutrões conhecidas.

Após mais cálculos e dados adicionais obtidos com o TRES (Tillinghast Reflector Echelle Spectrograph) e com o satélite Gaia, perceberam que haviam encontrado um buraco negro de baixa massa, com provavelmente mais ou menos 3,3 vezes a massa do Sol.

“O que fizemos aqui foi criar uma nova maneira de procurar buracos negros, mas também identificámos potencialmente um dos primeiros de uma nova classe de buracos negros de baixa massa que os astrónomos não conheciam anteriormente,” disse Thompson. “As massas dos objectos dizem-nos mais sobre a sua formação e evolução, mais sobre a sua natureza.”

Astronomia On-line
5 de Novembro de 2019

 

2942: Um flash e um tremor

CIÊNCIA

O tamanho atual do Sol (agora na sua sequência principal) em comparação com o tamanho estimado durante a sua fase de gigante vermelha no futuro. Crédito: Wikipedia

Daqui a aproximadamente cinco mil milhões de anos, quando o Sol esgotar o hidrogénio no seu núcleo, vai inchar e tornar-se numa gigante vermelha. Esta fase da sua vida – e a de outras estrelas com até o dobro da sua massa – é relativamente curta em comparação com a vida de mais de 10 mil milhões de anos do Sol. A gigante vermelha brilhará 1000 vezes mais do que o Sol e, de repente, o hélio nas profundezas do seu núcleo começará a fundir-se com o carbono num processo chamado “flash do núcleo de hélio”. Depois disto, a estrela terá 100 milhões de uma calma fusão de hélio.

Os astrofísicos há mais de 50 anos que preveem estes flashes na teoria e nos modelos, mas nenhum foi até agora observado. No entanto, um novo estudo publicado na revista Nature Astronomy Letters sugere que isso pode mudar em breve.

“Os efeitos do flash do núcleo de hélio são claramente previstos pelos modelos, mas não encontrámos observações que os reflitam directamente,” disse o co-autor Jørgen Christensen-Dalsgaard, académico do Instituto Kavli para Física Teórica da Universidade da Califórnia em Santa Barbara, EUA, e professor da Universidade de Aarhus, na Dinamarca.

Uma estrela como o Sol é alimentada pela fusão de hidrogénio em hélio a temperaturas que rondam os 15 milhões Kelvin. O hélio, no entanto, requer uma temperatura muito mais alta do que o hidrogénio, por volta dos 100 milhões Kelvin, para começar a fundir-se em carbono, de modo que simplesmente se acumula no núcleo enquanto uma concha de hidrogénio continua a arder em seu redor. Entretanto, a estrela expande-se para um tamanho comparável à órbita da Terra. Eventualmente, o núcleo da estrela atinge as condições perfeitas, despoletando uma ignição violenta do hélio: o flash do núcleo de hélio. O núcleo sofre vários flashes ao longo dos 2 milhões de anos seguintes e, em seguida, estabelece-se num estado mais estático, onde passa a queimar todo o hélio no núcleo em carbono e oxigénio ao longo de mais ou menos 100 milhões de anos.

O flash do núcleo de hélio desempenha um papel essencial na nossa compreensão dos ciclos de vida de estrelas de baixa massa. Infelizmente, a recolha de dados dos núcleos de estrelas distantes é incrivelmente difícil, de modo que os cientistas ainda não conseguiram observar este fenómeno.

O poder dos telescópios espaciais modernos como o Kepler, CoRoT e agora o TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) da NASA promete mudar isto. “A disponibilidade de medições muito sensíveis a partir do espaço tornou possível a observação de oscilações subtis no brilho de um número muito grande de estrelas,” explicou Christensen-Dalsgaard.

O flash do núcleo de hélio produz uma série de ondas diferentes que se propagam através da estrela. Isto faz com que a estrela vibre como um sino, que se manifesta como uma fraca variação no seu brilho geral. As observações das pulsações estelares já ensinaram os astrónomos sobre os processos dentro das estrelas da mesma maneira que os geólogos aprendem sobre o interior da Terra estudando sismos. Esta técnica, conhecida como asteros-sismologia, cresceu para se tornar num campo próspero da astrofísica.

O flash do núcleo ocorre repentinamente e, como um sismo, começa com um evento muito energético seguido por uma série de eventos sucessivamente mais fracos ao longo dos 2 milhões de anos seguintes – um período relativamente curto na vida da maioria das estrelas. Como mostra um artigo publicado em 2012, liderado pelo director do Instituto Kavli para Física Teórica Lars Bildsten e pelo colega sénior Bill Paxton, as frequências das pulsações destas estrelas são muito sensíveis às condições no núcleo. Como resultado, a asteros-sismologia poderia fornecer aos cientistas informações que testam a nossa compreensão destes processos.

“Ficámos ansiosos pela altura em que estas novas capacidades espaciais nos possam confirmar esta peça há muito estudada da evolução estelar. No entanto, não considerámos a possibilidade ainda mais empolgante que estes autores exploraram de usar a estrela vigorosamente conectiva para realmente ver a estrela a ‘vibrar’,” disse Bildsten.

O principal objectivo do novo estudo foi determinar se estas regiões intermitentes podem excitar pulsações grandes o suficiente para serem observadas. E, após meses de análises e simulações, os investigadores descobriram que muitas devem ser relativamente fáceis de observar.

“Fiquei certamente surpreso ao ver que o mecanismo funciona tão bem,” salientou Christensen-Dalsgaard.

O novo e promissor ângulo detalhado no artigo científico é que os astrónomos têm estudado os processos de um tipo muito especial – e até agora não muito bem entendido – de estrela designado sub-anã B. Estas são antigas gigantes vermelhas que, por razões desconhecidas, perderam a maior parte da sua camada exterior de hidrogénio. As estrelas sub-anãs B fornecem aos cientistas uma oportunidade única de investigar mais directamente o núcleo quente de uma estrela. Além disso, a fina camada restante de hidrogénio não é espessa o suficiente para amortecer as oscilações dos flashes repetidos do núcleo de hélio, dando aos investigadores a chance de os observar potencialmente directamente.

Este estudo fornece as primeiras informações observacionais sobre os processos complexos previstos pelos modelos estelares na ignição da fusão de hélio. “Este trabalho aproveitou fortemente uma série de cálculos dinâmicos de fluídos liderados pelo ex-companheiro do mesmo instituto Daniel Lecoanet,” realça Bildsten. “Se tudo der certo, estas estrelas podem fornecer um novo campo de teste para este quebra-cabeças fundamental da astrofísica.”

Christensen-Dalsgaard disse que está ansioso por aplicar estas descobertas aos dados reais. E, de facto, os flashes do núcleo de hélio podem já ter sido observados. Várias das estrelas observadas pelo CoRoT e pelo Kepler mostram oscilações inexplicáveis que parecem semelhantes às previsões de flashes do núcleo de hélio. O TESS mostrar-se-á crucial nesta pesquisa futura, explicou, uma vez que observará uma faixa inteira de estrelas, incluindo várias onde estas pulsações podem ser detectáveis. Isto fornecerá mais testes fortes dos modelos e uma visão do que o futuro reserva para o nosso próprio Sol.

Astronomia On-line
1 de Novembro de 2019

 

2880: Estrelas antigas lançam luz sobre semelhanças da Terra com outros planetas

CIÊNCIA

Impressão de artista de uma anã branca com um planeta em cima e à direita.
Crédito: Mark Garlick

Os planetas parecidos com a Terra podem ser comuns no Universo, sugere um novo estudo da UCLA (Universidade da Califórnia em Los Angeles). A equipa de astrofísicos e geoquímicos apresenta novas evidências de que a Terra não é única. O estudo foi publicado dia 18 de Outubro na revista Science.

“Acabámos de aumentar a probabilidade de muitos planetas rochosos serem como a Terra e há um número muito grande de planetas rochosos no Universo,” disse o co-autor Edward Young, professor de geoquímica e cosmo-química da UCLA.

Os cientistas, liderados por Alexandra Doyle, estudante de geoquímica e astroquímica da UCLA, desenvolveu um novo método para analisar em detalhe a geoquímica dos planetas para lá do nosso Sistema Solar. Doyle fê-lo analisando os elementos em rochas de asteróides ou fragmentos de planetas rochosos que orbitavam seis estrelas anãs brancas.

“Estamos a estudar a geoquímica de rochas de outras estrelas, o que é quase inédito,” salientou Young.

“Determinar a composição de planetas fora do nosso Sistema Solar é muito difícil,” disse a co-autora Hilke Schlichting, professora associada de astrofísica e ciência planetária da Universidade de Harvard. “Usámos o único método possível – um método pioneiro – para determinar a geoquímica de rochas para lá do Sistema Solar.”

As estrelas anãs brancas são os remanescentes densos de estrelas normais. A sua forte atracção gravitacional faz com que os elementos pesados como carbono, oxigénio e azoto “afundem” rapidamente nos seus interiores, onde os elementos pesados não podem ser detectados por telescópios. A estrela anã branca mais próxima estudada por Doyle fica a cerca de 200 anos-luz da Terra e a mais distante está a 665 anos-luz.

“Observando estas anãs brancas e os elementos presentes na sua atmosfera, estamos a observar os elementos que estão no corpo que orbitou a anã branca,” disse Doyle. A grande força gravitacional da anã branca rasga o asteróide ou fragmento de planeta que está em órbita e o material cai sobre a anã branca, acrescentou. “Observar uma anã branca é como fazer uma autópsia sobre o conteúdo daquilo que devorou no seu sistema.”

Os dados analisados por Doyle foram recolhidos por telescópios, principalmente pelo Observatório W. M. Keck no Hawaii, que os cientistas espaciais haviam recolhido anteriormente para outros fins científicos.

“Se eu observasse uma estrela anã branca, esperaria ver hidrogénio e hélio,” disse Doyle. “Mas nestes dados, também vejo outras substâncias, como silício, magnésio, carbono e oxigénio – material de corpos que estavam em órbita e que se acumulou nas anãs brancas.”

Quando o ferro é oxidado, partilha os seus electrões com o oxigénio, formando uma ligação química, explicou Young. “A isto chamamos oxidação e podemos ver quando o metal se transforma em ferrugem,” disse. “O oxigénio rouba electrões do ferro, produzindo óxido de ferro em vez de ferro. Nós medimos a quantidade de ferro oxidado nestas rochas que atingem a anã branca. Estudámos o quanto o metal enferruja.”

As rochas da Terra, de Marte e de outras partes do nosso Sistema Solar são semelhantes em composição química e contêm um nível surpreendentemente alto de ferro oxidado, explicou Young. “Nós medimos a quantidade de ferro oxidado nestas rochas que atingem a anã branca,” disse.

O Sol é composto principalmente de hidrogénio, que faz o oposto da oxidação – o hidrogénio acrescenta electrões.

Os investigadores disseram que a oxidação de um planeta rochoso tem um efeito significativo na atmosfera, no núcleo e no tipo de rochas que produz à superfície. “Toda a química que ocorre à superfície da Terra pode, em última análise, ser rastreada até ao estado de oxidação do planeta,” disse Young. “O facto de termos oceanos e todos os ingredientes necessários para a vida pode ser rastreado até à quantidade de oxidação do planeta. As rochas controlam a química.”

Até agora, os cientistas não sabiam em detalhe se a química dos exoplanetas rochosos era semelhante ou se era muito diferente da química da Terra.

Quão semelhantes são as rochas que a equipa da UCLA analisou, com as rochas da Terra e de Marte?

“Muito parecidas,” disse Doyle. “São parecidas com as da Terra e com as de Marte em termos de ferro oxidado. Estamos a descobrir que rochas são rochas em toda a parte, com geofísica e geoquímica muito semelhantes.”

“O motivo pelo qual as rochas no nosso Sistema Solar são tão oxidadas sempre foi um mistério,” disse Young. “Não é o que seria de esperar. Também queríamos saber se isto seria verdade noutras estrelas. O nosso estudo diz que sim. Isto é muito bom para a procura por planetas parecidos com a Terra no Universo.”

As anãs brancas são um ambiente raro para os cientistas analisarem.

Os investigadores estudaram os seis elementos mais comuns nas rochas: ferro, oxigénio, silício, magnésio, cálcio e alumínio. Usaram cálculos e fórmulas matemáticas porque os cientistas não conseguem estudar rochas reais em torno de anãs brancas. “Podemos determinar matematicamente a geoquímica destas rochas e comparar estes cálculos com as rochas que temos da Terra e de Marte,” disse Doyle, que tem formação em geologia e matemática. “A compreensão das rochas é crucial porque revelam a geoquímica e geofísica do planeta.”

“Se as rochas extraterrestres têm uma quantidade de oxidação semelhante à da Terra, então podemos concluir que o planeta possui placas tectónicas parecidas e potencial para campos magnéticos semelhantes aos da Terra, que se pensa serem ingredientes para a vida,” realçou Schlichting. “Este estudo é um salto em frente no que toca às inferências de corpos para lá do nosso Sistema Solar e indica que é muito provável que existam realmente análogos da Terra.”

Young disse que o seu departamento tem astrofísicos e geoquímicos trabalhando juntos.

“O resultado,” disse, “é que estamos a fazer geoquímica real em rochas fora do nosso Sistema Solar. A maioria dos astrofísicos não pensaria em fazer isto, e a maioria dos geoquímicos nunca pensaria em aplicar isto a uma anã branca.”

Astronomia On-line
22 de Outubro de 2019

 

2863: A galáxia pode estar repleta de “micro-máquinas” alienígenas

CIÊNCIA

Naeblys / Canva

A galáxia pode estar repleta de “micro-máquinas” de origem alienígena. Quem o diz é o astrofísico Zaza Osmanov, que parte do conceito de sonda replicante do matemático John von Neuman e o ajusta à nano-escala.

Encontrar seres alienígenas tem-se mostrado uma tarefa complicada para a comunidade científica. O Paradoxo de Fermi continua a questionar por que motivo ainda não encontramos estes seres, tendo em conta a alta probabilidade de existirem.

Um dos caminhos para encontrar vida para lá da Terra pode passar por direccionar a pesquisa para rastos tecnológicos. Uma das teorias mais intrigantes neste âmbito sustenta que a galáxia pode estar repleta de “micro-máquinas” avançadas, as chamadas sondas de von Neuman. Tal como o nome indica, a hipótese foi inspirada na ideia de máquinas que se auto-replicam do matemático John von Neumann, que nunca as estudou ou aplicou no âmbito do Espaço ou da Astronomia.

Ao longo dos tempos, vários teóricos socorreram-se da ideia de von Neumann e aplicaram-na à Astrobiologia: de acordo com os especialistas, civilizações avançadas podem ter criado máquinas que exploram longas distâncias no Universo sem precisar de deixar os seus planetas, um vez que estes dispositivos são capazes de fazer cópias de si mesmo à medida que viajam, aumentando rápida e exponencialmente em número.

A ideia, contudo, alberga alguns problemas: as máquinas replicantes precisariam de “recolher” materiais para fazer nascer novas ao longo do caminho e estes mesmo materiais podem não ser encontrados em qualquer canto ou asteróide do Universo. Erros no processo de replicação são também prováveis, tal como escreve o Hype Science.

Recentemente, o astrofísico Zaza Osmanov, da Universidade Livre de Tbilisi, na Geórgia, apresentou soluções para estes problemas num artigo disponível em pré-publicação no arxiv, sustentando que estas podem mesmo estar por toda a galáxia.

Uma questão de tamanho

Osmanov solucionou alguns destes problemas, argumentando que se trata de uma questão de tamanho – tivemos em conta a escala errada. As sondas de von Neumann funcionariam melhor se fossem microscópicas, com cerca de um nanómetro de comprimento.

A redução do tamanho, explicou, faria com que estas máquinas não precisassem de tantos materiais para se “reproduzirem”, tal como pensaram os cientistas. Um pouco de hidrogénio, aponta a Cosmos Magazine, faria com que estas sondas ficassem abastecidas e prontas para desbravar o Cosmos.

Além disso, o pequeno tamanho tornaria mais fácil e mais rápido o processo de replicação – Osmanov estima que uma população inicial de 100 “micro-máquinas” se transformaria em cerca de 1.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 (1 x 10³³) em apenas um parsec ou quatro anos-luz.

A pequena escala das máquinas poderia facilitar o trabalhos dos seres alienígenas mas, em sentido oposto, dificultaria o do Homem. Ainda assim e apesar de reconhecer a dificuldade na identificação, acredita Osmanov acredita que é possível detectar estas estruturas – basta olhar na direcção certa.

Estas “nano-máquinas” replicantes poderiam produzir emissões luminosas ao encontrar e recolher protões pelos caminhos do Universos. Estas emissões poderiam, explicou, ser virtualmente impossíveis de detectar por si só contudo, e com alguma sorte, um grande exame de sondas poderia ser observável através do espectro infravermelho.

“Todos os resultados mencionados indicam que, se alguém detectar um objecto estranho com valores extremamente altos de aumento de luminosidade, pode ser um bom sinal para colocá-lo na lista de candidatos extraterrestres à sonda de von Neumann”, concluiu o cientista, citado pela Cosmos Magazine.

A radiação de Hawking pode ser a chave para encontrar vida alienígena

O Universo é assustadoramente antigo e vasto ao ponto de vários cientistas  considerarem a possibilidade de existirem civilizações alienígenas avançadas…

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19 Outubro, 2019

 

2786: Caíram bolas de fogo no Chile (e não eram meteoritos)

CIÊNCIA

forplayday / Canva

Bolas de fogo misteriosas passaram pelo céu e caíram no Chile na semana passada. O que são e de onde vieram continua a ser um mistério, mas uma primeira análise já descartou a hipótese favorita: meteoritos.

Em 25 de Setembro, testemunhas relataram ter visto bolas de fogo a iluminar o céu sobre a ilha de Chiloé, no arquipélago ao sul do Chile. Pouco tempo depois, foram relatados pequenos incêndios em sete locais da ilha, rapidamente apagados por voluntários.

25 de set

Se reporta caída de meteorito en mocopulli chiloe

A explicação óbvia, como o astrofísico e chileno do ano José Maza disse à emissora nacional TVN, era um meteorito ou detritos espaciais. Os moradores notaram que a bola de fogo estava a mover-se extremamente rápido, queimando num tom vermelho brilhante, o que sugeria um meteoro. Por outro lado, o lixo espacial é muito comum – cerca de 200 a 400 objectos caem todos os anos.

No entanto, autoridades do Serviço Nacional de Geologia e Mineração analisaram os locais carbonizados espalhados pela cidade de Dalcahue e não encontraram evidências de meteoritos. “Geólogos foram ao local examinar a área do suposto impacto. Trabalharam em sete pontos correspondentes a matas queimadas, onde não encontraram restos, vestígios ou evidências de queda de um meteorito”, afirmou o relatório.

Os geólogos disseram à TVN que recolheram amostras de solo para uma análise mais aprofundada e divulgarão as suas conclusões em poucas semanas.

Neste momento, o cenário mais provável é algum tipo de lixo espacial a cair na Terra. Em grande parte, de acordo com o IFLScience, desconhecemos a maior parte do lixo espacial, porque, geralmente, os detritos espaciais queimam na atmosfera, caiem no oceano – que cobre 70% do planeta – ou aterra num lugar remoto e despovoado.

É muito raro o lixo espacial atingir o chão perto das pessoas e nunca ninguém morreu ou ficou gravemente ferido por detritos espaciais. As únicas ocorrências conhecidas de pessoas atingidas por detritos espaciais foram cinco marinheiros japoneses num navio que foi atingido por pedaços de uma nave espacial russa em 1969. Em 1997, uma mulher nos EUA foi atingida por material de um foguete Delta 2.

Os eventos mais famosos de detritos espaciais envolvem as estações espaciais Mir e Skylab. A primeira estação espacial americana, a Skylab, teve um regresso memorável à Terra em 1979, quando parte dela aterrou no oeste da Austrália. Já Mir, a estação espacial da Rússia, caiu na Terra em 2001. O maior objecto que já entrou na atmosfera da Terra aterrou no Oceano Pacífico.

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6 Outubro, 2019

 

2581: Primeira imagem de buraco negro vale prémio de 2,7 milhões de euros

CIÊNCIA

EHT Collaboration
A primeira fotografia de um buraco negro.

A primeira imagem de um buraco negro, revelada em Abril, valeu à equipa de cientistas envolvida no trabalho, incluindo o astrofísico português Hugo Messias, um prémio de três milhões de dólares (2,7 milhões de euros).

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

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 entrega do galardão será feita numa cerimónia em 3 de Novembro, na Califórnia, indicou a organização do Prémio Breakthrough no seu portal.

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 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.

Einstein estava certo

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

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.

Em declarações em Abril à agência Lusa, o director do Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço, José Afonso, explicou que na imagem do buraco negro da M87 “há uma zona mais escura” e uma auréola, que corresponde a luz proveniente de material (gás) que está por detrás do buraco negro propriamente dito, sendo que a luz “vem na direcção” de um observador na Terra “devido à deformação do espaço” provocada por esse material.

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.

Para José Afonso, especialista no estudo de galáxias, a imagem obtida permitirá conhecer melhor a natureza dos buracos negros e perceber como as galáxias se formaram.

Baptizado de Powehi

O buraco negro foi depois baptizado de Powehi. A palavra – que tem raízes em “Kumulipo”, o poema épico da antiga religião havaiana – significa “a obscura fonte embelezada da criação infinita” e foi proposta pelo professor de línguas da Universidade do Havaí em Hilo, nos Estados Unidos, Larry Kimura.

Em comunicado, a instituição explica que o objecto espacial foi baptizado com um nome havaiano porque dois dos telescópios que foram utilizados para a descoberta localizam-se no território deste estado norte-americano.

“Ter o privilégio de dar um nome havaiano à primeira confirmação científica de um buraco negro é muito importante para mim e para a minha linhagem havaiana”, disse Kimura.

ZAP // Lusa

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5 Setembro, 2019

 

2433: Descoberto buraco negro massivo com 40.000 milhões de vezes a massa do Sol

LIGO
Conceção artística da colisão de dois buracos negros

Um buraco negro massivo com 40.000 milhões de vezes a massa do Sol foi detectado no coração da galáxia elíptica Holmberg 15A, localizada a cerca de 700 milhões de anos-luz do nosso planeta.

O objecto, baptizado de Holm 15A *, é um dos maiores buracos negros até então conhecido, sendo também o maior entre os buracos negros descobertos após o rastreamento das estrelas à sua volta, escreve o portal Science Alert.

Com a descoberta, cujos resultados foram publicados em julho passado no portal arXiv.org, os autores corrigiram cálculos de outros astrofísicos que estimavam com base em observações indirectas a presença de um buraco negro com uma massa 310 maior do que a do Sol também na galáxia Holmberg 15A.

“Usamos modelos axisimétricos Schwarzschild baseados em órbitas para analisar a cinemática estelar de Holm 15A a partir de novas observações espectrais de alta resolução e campo amplo”, escreveram os cientistas no artigo, detalhando que os novos dados foram obtidos graças ao instrumento MUSE, instalado no telescópio Very Large Telescope), localizado no Chile. “Este é o buraco negro mais massivo [já descoberto] com detecção dinâmica directa no Universo local”, acrescentam.

De acordo com o mesmo modelo, o buraco negro está numa zona de fusão de galáxias do tipo primitivo. Contudo, os cientistas esperam levar a cabo novas investigações para terminar com precisão a forma com o corpo massivo se formou.

ZAP //

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12 Agosto, 2019

 

2330: Afinal, a descoberta de galáxias sem matéria escura não terá passado de um erro humano

P. van Dokkum / ESA / NASA

O mistério aumentou no início do ano com a descoberta do que parecia provar a existência de galáxias antigas “impossíveis”, uma vez que, aparentemente, não tinham nenhuma matéria escura.

No modelo actual da formação de galáxias, é impossível encontrar estes aglomerados estelares sem matéria escura, já que esta estranha forma de matéria é fundamental para produzir o colapso do gás que forma as estrelas.

Em 2018, um estudo anunciava a descoberta de uma galáxia sem matéria escura. Tratava-se da NGC1052-DF2, que tem mais ou menos o tamanho da Via Láctea. Já em Abril deste ano, os astrónomos encontraram uma segunda galáxia sem matéria escura chamada NGC 1052-DF4.

Em algumas galáxias, parece haver mais matéria escura que matéria normal. Até a descoberta do DF2, pensava-se que a matéria escura não é apenas um componente, mas um requisito para as galáxias se formarem.

Mas, agora, os astrónomos têm outras ideias. De acordo com novos cálculos de distância, a galáxia DF4 é muito mais próxima do que as medidas iniciais sugeridas, o que altera tanto a massa da galáxia como um todo como a proporção da massa que poderia ser matéria normal. Com base na nova medida, ela parece uma galáxia comum.

No mês passado, uma equipa diferente de astrónomos lançou uma “bomba”: recalcularam a distância até o DF2 e descobriram que não estavam a 64 milhões de anos-luz de distância, como encontrado anteriormente. Em vez disso, eram apenas 42 milhões de anos-luz da Terra.

Agora os astrofísicos Ignacio Trujillo e Matteo Monelli, do Instituto de Astrofísica das Canárias, aplicaram as suas técnicas à DF4 e tiveram um resultado semelhante. As conclusões foram aceites pela revista The Astrophysical Journal Letters e estão disponíveis no arXiv.

Ao Science Alert, Trujillo disse que a descoberta inicial do DF2 despertou o seu interesse. Não foi apenas a suposta falta de matéria escura que o intrigou, mas os aglomerados globulares. Estes são grandes aglomerados de estrelas que orbitam centros galácticos e são vistos em todos os tipos de galáxias.

“Todas as galáxias que conhecemos, portanto a nossa galáxia, a galáxia de Andrómeda, galáxias anãs e assim por diante, têm uma população de aglomerados globulares que são mais ou menos os mesmos“, disse Trujillo.

Mas os aglomerados globulares do DF2 eram incrivelmente grandes e incrivelmente brilhantes. Então, elaborou um cálculo rápido: a que distância os aglomerados globulares do DF2 precisariam ter luminosidade normal? E que distância para o tamanho normal?

Em dois cálculos separados e independentes, essa distância era de 42 milhões de anos-luz. O próximo passo foi medir a distância. Usando cinco métodos de medição diferentes, a distância foi sempre a mesma: 42 milhões de anos-luz.

“Então eles relataram outro ainda mais extremo”, disse Trujillo. “Me chamou a atenção que estava exactamente no mesmo campo de visão. Então eu digo, oh, talvez eles estejam cometendo exactamente o mesmo erro.”

O problema, diz Trujillo, é que ambas as galáxias são pequenas, mas a calibração de medição de distância que a equipa de Yale usou baseou-se em galáxias muito massivas e pouco adequada para DF2 e DF4.

Além disso, a equipe de Trujillo descobriu que, neste campo de visão específico, existem dois grupos de galáxias. Um deles está a uma distância de cerca de 65 milhões de anos-luz. Este é o grupo ao qual DF2 e DF4 originalmente pertenceram. O outro, no entanto, está mais próximo: 44 milhões de anos-luz. É possível que as duas galáxias estejam associadas ao grupo errado.

Esta distância mais próxima significaria que as duas galáxias teriam menos massa e a proporção de matéria normal é menor. Com a maioria das galáxias, objectos como aglomerados globulares orbitam mais rápido do que deveriam com base na massa que podemos detectar directamente. Alguma massa indetectável está a gerar mais gravidade do que podemos considerar com matéria normal. Essa massa indetectável é o que se chama de matéria escura.

A uma distância maior, a luminosidade das galáxias implicava que havia massa de matéria normal suficiente para produzir essas órbitas.

Trujillo notou que, com a DF4, era ainda mais estranho. “A galáxia é tão exótica que, mesmo com as estrelas sozinhas, são incapazes de explicar a dinâmica”, disse. “É tão artificialmente baixo, a dinâmica é tão baixa, as velocidades, que tem que ser ainda maior com as estrelas que afirmam ter. De alguma forma, para explicar o que têm, precisariam de algum tipo de anti-gravidade, algo extremamente, extremamente estranho”.

Mas o facto de a galáxia estar simplesmente mais próxima de nós acaba por resolver a estranheza. Os cosmologistas acham que as galáxias começam as suas vidas como uma gota de matéria escura, de modo que as galáxias de vida longa sem matéria escura exigiriam um novo modelo de formação de galáxias.

Em poucos meses, dados muito mais profundos do Telescópio Espacial Hubble estarão disponíveis, permitindo que ambas as equipas revejam as suas descobertas mais uma vez. E embora Trujillo acredite que as medições de distância feitas pela equipe de Yale estejam incorrectas porque a calibração estava errada, o cientista também acredita que há a possibilidade de alguma estranheza.

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18 Julho, 2019

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2308: Descoberto um asteróide escondido que está “apaixonado” pelo Sol

O ano passa depressa neste asteróide recém-descoberto. O chamado 2019 LF6 orbita o Sol a cada 151 dias, e detém agora o recorde da menor órbita entre todos os asteróides conhecidos.

Uma equipa de astrofísicos da Caltech acaba de descobrir um enorme asteróide, com uma órbita muito próxima do Sol, que passou até agora despercebido a todos os cientistas e astrónomos que exploram os nossos céus.

O asteróide, designado 2019 LF6, mede aproximadamente um quilómetro de diâmetro. Na sua trajectória, oscila além de Vénus e, por vezes, aproxima-se do Sol mais do que Mercúrio, planeta que dá uma volta à nossa estrela a cada 88 dias.

O 2019 LF6 é um asteróide Atira, ou IEO, objecto cuja órbita se encontra totalmente contida na órbita terrestre. Conhecem-se apenas 20 asteróides Atira.

“Actualmente, os asteróides de um quilómetro de comprimento não são encontrados com muita frequência”, explicou Quanzhi Ye, astrofísico da Caltech que descobriu o 2019 LF6, em comunicado.

“Há 30 anos, as pessoas começaram a organizar buscas metódicas por asteróides, primeiro encontrando objectos maiores, mas agora que a maioria foi encontrada, os maiores são pássaros raros. LF6 é incomum em órbita e tamanho e a sua órbita única explica porque um asteróide tão grande escapou de várias décadas de buscas cuidadosas”, explicou.

O 2019 LF6 foi descoberto através da Zwicky Transient Facility (ZTF), uma câmara de última geração no Palomar Observatory (San Diego, EUA) que examina os céus todas as noites em busca de objectos transitórios, como estrelas em explosão e asteróides em movimento.

ZTF / Caltech Optical Observatories
Imagens da descoberta do asteróide 2019 LF6

Como o ZTF observa o céu tão rapidamente, é ideal para encontrar asteróides Atira, que possuem janelas de observação curtas. “Só temos cerca de 20 a 30 minutos antes do nascer do sol ou depois do pôr do sol para encontrar esses asteróides”, disse Ye.

Para detectar os Atira, a equipa da ZTF tem conduzido uma campanha de observação chamada Twilight, a hora mais apropriada para descobrir os objectos. Até agora, o programa descobriu outro asteróide Atira, chamado 2019 AQ3. Antes de 2019 LF6, 2019 AQ3 tinha o ano mais curto conhecido de qualquer asteróide, orbitando o Sol aproximadamente a cada 165 dias.

“Os dois grandes asteróides Atira que foram encontrados pela ZTF orbitam bem fora do plano do sistema solar”, disse Prince. “Isto sugere que, em algum momento no passado, foram atirados para fora de lá porque se aproximaram muito de Vénus ou Mercúrio”.

ZTF / Caltech Optical Observatories
O corpo celeste recém-descoberto, com cerca de um quilómetro de diâmetro, orbita o Sol a cada 151 dias

Além dos dois objectos Atira, a ZTF encontrou cerca de 100 asteróides próximos da Terra e cerca de 2.000 asteróides a orbitar o Cinturão Principal entre Marte e Júpiter.

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13 Julho, 2019

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2275: A primeira IA a simular o Universo sabe coisas que não devia

CIÊNCIA

(CC0/PD) myersalex216 / Pixabay

Uma equipa de investigadores conseguiu desenvolver o primeiro simulador do Universo utilizando Inteligência Artificial (IA), que consegue gerar imagens em 3D do Cosmos.

Como (ainda) não conseguimos viajar no tempo, a melhor forma de saber como foi formado o nosso Universo é criar simulações de computador usando o que sabemos sobre o Cosmos. A maioria das simulações pode ser dividida em dois grupos: ou são lentas e mais precisas, ou rápidas mas menos exactas.

Agora, uma equipa internacional de investigadores desenvolveu um sistema de Inteligência Artificial capaz de gerar simulações tridimensionais do Universo altamente precisas em milissegundos. Os resultados foram tão rápidos, precisos e robustos que nem os próprios astrofísicos entendem como é que a tecnologia conseguiu esta proeza.

“É como ensinar um software de reconhecimento de imagens com muitas fotografias de gatos e cães, que consegue reconhecer elefantes“, detalhou a cientista Shirley Ho, em comunicado. “Ninguém sabe como é que isto aconteceu. É um grande mistério a ser resolvido”, continuou, citada pelo Futurism.

Os cientistas explicaram ao pormenor o novo simulador do Universo – Modelo de Deslocamento de Densidade Profunda (D3M) – num novo artigo científico, publicado recentemente na Proceedings of National Academy of Sciences.

O objectivo dos investigadores era ensinar a ferramenta a simular de que forma a gravidade molda o Universo. Para isso, começaram a alimentar o sistema com 8.000 simulações distintas, focadas em gravidade e criadas por um simulador já existente e altamente preciso.

Esse sistema precisava de 300 horas de computação para criar apenas uma das suas simulações, mas a D3M conseguiu produzir as suas próprias simulações de um universo de cubos de 600 milhões de anos-luz em apenas 30 milissegundos.

Ainda assim, a velocidade não é a característica mais notável deste novo simulador. As simulações da D3M foram mais precisas do que as dos sistemas “rápidos” já existentes, que precisam de alguns minutos para criar uma única simulação.

A IA simulava com precisão a aparência do Universo mesmo que a equipa alterasse parâmetros que não foram inicialmente incluídos no treinamento. Ou seja, se os cientistas ajustassem a percentagem de matéria escura, a D3M conseguia, da mesma forma, simular com precisão a evolução do Universo.

Além de ajudar astrofísicos a entender melhor a evolução do Universo, este comportamento do simulador tem o potencial de ajudar os cientistas da computação a entender melhor a Inteligência Artificial.

“Podemos ser um playground interessante para um aprendiz entender por que motivo este modelo extrapola tão bem – por que extrapola para elefantes em vez de apenas reconhecer cães e gatos”, disse Ho, em comunicado. “É uma via de mão dupla entre a Ciência e o deep learning“.

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5 Julho, 2019

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