5355: Perscrutando o núcleo empoeirado de uma galáxia para estudar um buraco negro super-massivo activo

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Centaurus A ostenta um disco central deformado de gás e poeira, que é evidência de uma colisão e fusão com outra galáxia. Também tem um núcleo galáctico activo que emite fatos periodicamente. É a quinta galáxia mais brilhante do céu e fica a apenas 13 milhões de anos-luz da Terra, tornando-se um alvo ideal para estudar um núcleo galáctico activo – um buraco negro super-massivo que emite jactos e ventos – com o Telescópio Espacial James Webb da NASA.
Crédito: raios-X – NASA/CXC/SAO; ótico – Rolf Olsen; infravermelho – NASA/JPL-Caltech; rádio – NRAO/AUI/NSF/Univ.de Hertfordshire/M. Hardcastle

Investigadores vão em breve mapear e modelar o núcleo da galáxia vizinha Centaurus A com o Telescópio Espacial James Webb da NASA.

Centaurus A é uma galáxia gigante, mas as suas aparições em observações telescópicas podem enganar. Faixas de poeira escura e jovens enxames de estrelas azuis, que cruzam a sua região central, são aparentes no ultravioleta, no visível e no infravermelho próximo, pintando uma paisagem bastante moderada. Mas se mudarmos para comprimentos de onda em raios-X e rádio desvenda-se uma cena muito mais “barulhenta”: do núcleo da galáxia elíptica disforme, jactos espectaculares de material irromperam do seu buraco negro super-massivo – conhecido como núcleo galáctico activo – enviando material para o espaço muito além dos limites da galáxia.

O que, precisamente, está a acontecer no seu núcleo para provocar toda esta actividade? As próximas observações lideradas por Nora Lützgendorf e Macarena García Marín da ESA usando o Telescópio Espacial James Webb da NASA permitirão aos cientistas examinar através do seu núcleo empoeirado em alta resolução para, pela primeira vez, começar a responder a estas perguntas.

“Há tanta coisa a acontecer em Centaurus A,” explica Lützgendorf. “O gás, o disco e as estrelas da galáxia movem-se sob a influência do seu buraco negro super-massivo central. Dado que a galáxia está tão perto de nós, seremos capazes de usar o Webb para criar mapas bidimensionais para ver como o gás e as estrelas se movem na sua região central, como são influenciados pelos jactos do seu núcleo galáctico activo e, em última análise, caracterizar melhor a massa do seu buraco negro.”

Uma rápida retrospectiva

Cliquemos no botão “retroceder” para rever um pouco do que já se sabe sobre Centaurus A. É bem estudada porque está relativamente próxima – a cerca de 13 milhões de anos-luz – o que significa que podemos resolver claramente a galáxia inteira. O primeiro registo foi feito em meados do século XIX, mas os astrónomos perderam o interesse até à década de 1950 porque a galáxia parecia ser uma galáxia elíptica quieta, embora deformada. Assim que os investigadores começaram a observá-la com radiotelescópios nas décadas de 1940 e 50, Centaurus A tornou-se radicalmente mais interessante – os seus jactos tornaram-se visíveis. Em 1954, os cientistas descobriram que Centaurus A é o resultado de duas galáxias que se fundiram, o que mais tarde foi estimado ter ocorrido há 100 milhões de anos.

Com mais observações no início dos anos 2000, os investigadores estimaram que há cerca de 10 milhões de anos, o seu núcleo galáctico activo disparou jactos gémeos em direcções opostas. Quando examinada em todo o espectro electromagnético, desde raios-X ao rádio, fica claro que há muito mais nesta história que ainda precisamos de aprender.

“Os estudos em vários comprimentos de onda de qualquer galáxia são como camadas de uma cebola. Cada comprimento de onda mostra algo diferente,” disse Marin. “Com os instrumentos de infravermelho próximo e médio do Webb, veremos gás e poeira muito mais frios do que em observações anteriores e aprenderemos muito mais sobre o ambiente no centro da galáxia.”

Visualizando os dados do Webb

A equipa liderada por Lützgendorf e Marín vai observar Centaurus A não apenas obtendo imagens com o Webb, mas reunindo dados conhecidos como espectros, que espalham a luz nos seus comprimentos de onda componentes, como um arco-íris. Os espectros do Webb vão revelar informações de alta resolução sobre as temperaturas, velocidades e composições do material no centro da galáxia.

Em particular, o NIRSpec (Near Infrared Spectrograph) e o MIRI (Mid-Infrared Instrument) do Webb vão fornecer à equipa de investigação uma combinação de dados: uma imagem mais um espectro de cada pixel dessa imagem. Isto permitirá que os investigadores construam intrincados mapas 2D dos espectros que os ajudarão a identificar o que está a acontecer por trás do véu de poeira no centro – e analisá-lo em profundidade de muitos ângulos.

Compare este estilo de modelagem com a análise de um jardim. Da mesma forma que os botânicos classificam as plantas com base em conjuntos específicos de características, estes cientistas vão classificar os espectros do MIRI do Webb para construir “jardins” ou modelos. “Se tirarmos uma foto de um jardim a uma grande distância,” explicou Marín, “veremos algo verde, mas com o Webb, vamos poder ver folhas e flores individuais, os seus caules e talvez o solo por baixo.”

À medida que a equipa de pesquisa analisa os espectros, vão construir mapas de partes individuais do jardim, comparando um espectro com outro espectro próximo. Isto é análogo a determinar que partes contêm que espécies de plantas com base nas comparações de “caules,” “folhas,” e “flores” à medida que avançam.

“Quando se trata da análise espectral, fazemos muitas comparações,” continuou Marín. “Se eu comparar dois espectros nesta região, talvez descubra que o que foi observado contém uma população proeminente de estrelas jovens. Ou talvez confirme quais as áreas que são poeirentas e aquecidas. Ou talvez identifiquemos emissão oriunda do núcleo galáctico activo.”

Por outras palavras, o “ecossistema” de espectros tem vários níveis, que permitirão à equipa definir com melhor precisão o que está presente e onde está presente – o que é possível graças aos instrumentos infravermelhos especializados do Webb. E, dado que estes estudos terão como base os muitos que os antecederam, os astrónomos serão capazes de confirmar, refinar ou abrir novos caminhos identificando novas características.

“Pesando” o buraco negro de Centaurus A

A combinação de imagens e espectros fornecidos pelo NIRSpec e pelo MIRI permitirá que a equipa crie mapas de altíssima resolução das velocidades do gás e das estrelas no centro de Centaurus A. “Nós planeamos usar estes mapas para modelar como todo o disco no centro da galáxia se move para determinar com mais precisão a massa do buraco negro,” explica Lützgendorf.

Dado que os investigadores entendem como a gravidade de um buraco negro governa a rotação do gás próximo, podem usar os dados do Webb para “pesar” o buraco negro em Centaurus A. Com um conjunto mais completo de dados infravermelhos, também determinarão se partes diferentes do gás estão a comportar-se conforme o previsto. “Estou ansiosa por preencher totalmente os nossos dados,” disse Lützgendorf. “Espero ver como o gás ionizado se comporta e gira, e onde podemos ver os jactos.”

Os investigadores também esperam abrir novos caminhos. “É possível que encontremos coisas que ainda não considerámos,” explica Lützgendorf. “Em alguns aspectos, estaremos a cobrir um território completamente novo com o Webb.” Marín concorda totalmente e acrescenta que é de valor incalculável aproveitar a grande quantidade de dados. “Os aspectos mais interessantes destas observações é o potencial para novas descobertas,” disse. “Acho que podemos encontrar algo que nos faça olhar para trás para outros dados e reinterpretar o que foi visto antes.”

Estes estudos de Centaurus A serão realizados como parte dos programas conjuntos de Tempo de Observação Garantido de Gillian Wright e Pierre Ferruit. Todos os dados do Webb serão armazenados no MAST (Barbara A. Mikulski Archive for Space Telescopes) no STScI (Space Telescope Science Institute) em Baltimore, EUA.

Astronomia On-line
19 de Março de 2021


5341: What if Planet Nine is a baby black hole?

SCIENCE/PLANET NINE/ASTRONOMY

They may not be black or holes.

This artist’s illustration shows a world about 10 times more massive than Earth that may lie undiscovered in the far outer solar system. Scientists call this mysterious mass Planet Nine. (Image credit: Caltech/R. Hurt (IPAC))

Some astronomers believe there is a massive planet, far beyond the orbit of Neptune, orbiting the sun — but after years of searching, scientists have not found this theoretical world, which they’ve dubbed “Planet Nine.”

This has spurred theorists to consider a radical hypothesis: Perhaps Planet Nine is not a planet but rather a small black hole that might be detectable from the theoretical radiation emitted from its edge, so-called Hawking radiation.

For centuries, astronomers have used variations in planetary orbits to predict the existence of new planets. When a planet’s orbit doesn’t quite line up with predictions based on everything else we know about the solar system, we need to update our physics (by, say, getting a better theory of gravity) or add more planets to the mix. For example, scientists’ inability to accurately describe Mercury’s orbit eventually led to Einstein’s theory of relativity. And, on the opposite end of the solar system, strange behaviors in the orbit of Uranus led to the discovery of Neptune.

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In 2016, astronomers studied a collection of extremely distant objects in the solar system. Called trans-Neptunian objects (TNOs), these tiny, icy bodies are left over from the formation of the solar system, and they sit in a lonely, dark orbit beyond that of Neptune (hence the name).

A few of these TNOs have oddly clustered orbits that align with one another. The probability of that clustering happening by pure random chance is less than 1%, which led some astronomers to suspect that there might be a massive planet out there — something bigger than Neptune that orbits more than 10 times farther from the sun than Neptune does. They dubbed this hypothetical world Planet Nine. The gravity from such an object could draw these TNOs into clustered orbits, the idea goes.

The evidence for Planet Nine isn’t conclusive, though. The observations of TNOs may be biased, so astronomers may not have monitored a fair sample, meaning the odd clustering may be an artifact of our observation strategy rather than a real effect. For instance, researchers reported in February that the evidence for Planet Nine — particularly the clustering of TNOs — could be the result of where astronomers point their telescopes, Live Science reported. In other words, these TNOs only appear to be clustering because of our “biased” observations.

Plus, there’s the glaring reality that, after almost five years of searching, nobody has found Planet Nine.

A dark motivation

If Planet Nine is indeed out there, it may be on a part of its orbit that takes it so far away from the sun that we can’t observe it with current technology. But even our deepest, most sensitive scans have turned up nothing.

So now, astronomers have proposed an alternative hypothesis: Maybe Planet Nine isn’t a planet at all but rather a small black hole.

Small black holes (and “small,” here means planet-size) are very interesting to astronomers. All black holes we know of in the universe come from the deaths of massive stars. And because only the most massive stars (no smaller than, say, 10 solar masses) are big enough to form a black hole, they can only leave behind black holes with a minimum mass of around 5 times that of the sun.

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But black holes smaller than that could have formed in the extreme conditions of the early universe. These primordial black holes could flood the cosmos. But cosmological observations have ruled out most models of primordial black hole formation, with a few narrow exceptions — like planet-size black holes.

So, if scientists can confirm that a small black hole is orbiting the sun, it could provide an intriguing look at one of the greatest mysteries of modern cosmology.

A perilous journey

In the 1970s, famed physicist Stephen Hawking theorized that black holes aren’t exactly 100% black. Due to a complex interaction between gravity and quantum forces at the event horizon, or boundary of a black hole, he proposed, black holes can indeed feebly emit radiation, slowly shrinking in the process.

And when I say “feebly,” I really mean it: A black hole the mass of the sun would emit a single photon — yes, one electromagnetic particle — every year. That’s hopelessly undetectable.

But a small, nearby black hole (like, say, Planet Nine) might be more accessible. Previous research had already shown that its Hawking radiation would be too weak to be seen from Earth, but new research, published in January in the preprint database arXiv, investigated if a flyby mission would have a better chance of spotting the Hawking radiation from such a black hole..

Alas, even using a fleet of lightweight, fast spacecraft to scour the outer system, we are very unlikely to spot Planet Nine through its Hawking radiation. The radiation is just too weak, and because we don’t know the location of the black hole, we can’t guarantee we can get close enough in a chance flyby.

But not all hope is lost. If scientists canmore conclusively pin down the location of the hypothetical Planet Nine using other observations and it turns out to be a black hole, then a targeted mission can fly close to its event horizon and possibly orbit it.

There, we would have direct observational access to one of the most extreme gravitational environments in the universe. No wonder astronomers are excited by the prospect of a black hole in our solar backyard. A mission there would be incredibly expensive and time-consuming. But we have experience with these kinds of long-distance missions in the form of New Horizons, the NASA probe that is currently sailing through the Kuiper belt. It’s within our technological reach to design and fly a longer-term version of New Horizons to visit a nearby black hole.

And it would be totally worth it.

Black holes are perhaps the most mysterious objects in the cosmos, and we do not fully understand them. In particular, Hawking radiation itself would teach us about the relationship between gravity and quantum mechanics at small scales. If Planet 9 is a black hole (and that’s a big “if” indeed), within a few years we could launch a mission to observe it in detail, and hopefully answer some long-burning questions in physics.

We would have a window into brand-new physics, and it would just be sitting there, waiting for us to look through it.

Paul M. Sutter is an astrophysicist at SUNY Stony Brook and the Flatiron Institute, host of Ask a Spaceman and Space Radio, and author of Your Place in the Universe.

Originally published on Live Science.
By Paul Sutter – Astrophysicist
16/03/2021


5335: Astrónomos detectam um buraco negro super-massivo em movimento numa galáxia distante

CIÊNCIA/ASTRONOMIA/ASTROFÍSICA

Sloan Digital Sky Survey (SDSS)

Uma equipa de cientistas do Center for Astrophysics do Harvard College Observatory e Smithsonian Astrophysical Observatory identificou o mais claro caso registado de um buraco negro super-massivo em movimento.

Há muito tempo que os cientistas teorizam que os buracos negros super-massivos podem vaguear pelo espaço – mas detectá-los é difícil. Agora, uma equipa de investigadores parece ter conseguido.

“Não esperamos que a maioria dos buracos negros super-massivos se movam. Geralmente contentam-se em ficar parados”, disse Dominic Pesce, astrónomo do Center for Astrophysics, em comunicado.

“São tão pesados que é difícil colocá-los em movimento. É muito mais difícil chutar uma bola de bowling do que chutar uma bola de futebol – neste caso, a bola de bowling é vários milhões de vezes a massa do nosso Sol. Vai exigir um pontapé bem poderoso“, explicou ainda.

Pesce e os seus colegas têm trabalhado para observar esta rara ocorrência nos últimos cinco anos, comparando as velocidades de buracos negros super-massivos e galáxias.

“Perguntámos: as velocidades dos buracos negros são iguais às velocidades das galáxias em que residem? Esperamos que tenham a mesma velocidade. Se não tiverem, significa que o buraco negro foi perturbado.”

Inicialmente, a equipa analisou 10 galáxias distantes e os buracos negros super-massivos no seus núcleos e estudou especificamente buracos negros que continham água nos seus discos de acreção – as estruturas espirais que giram para dentro em direcção ao buraco negro.

Conforme a água orbita ao redor do buraco negro, produz um feixe de luz de rádio semelhante a um laser, conhecido como radiação.

Quando estudado com uma rede combinada de antenas de rádio, usando uma técnica conhecida como interferometria de linha de base muito longa (VLBI), masers – dispositivos que produzem ondas electromagnéticas coerentes através da amplificação de emissão estimulada – podem ajudar a medir a velocidade de um buraco negro com precisão.

A técnica determinou que nove dos dez buracos negros super-massivos estavam parados. Porém, um deles parecia estar em movimento. Localizado a 230 milhões de anos-luz de distância da Terra, o buraco negro fica no centro de uma galáxia chamada J0437 + 2456 e a sua massa é cerca de três milhões de vezes a do nosso Sol.

Usando observações de acompanhamento com os Observatórios Arecibo e Gemini, a equipa confirmou agora as suas descobertas iniciais. O buraco negro super-massivo está a mover-se a uma velocidade de cerca de 117 mil quilómetros por hora dentro da sua galáxia.

Por outro lado, a causa deste movimento ainda é desconhecida. No entanto, a equipa suspeita que existem duas possibilidades.

“Podemos estar a observar as consequências da fusão de dois buracos negros super-massivos”, disse Jim Condon, do Observatório Nacional de Radioastronomia. “O resultado de tal fusão pode fazer com que o buraco negro recém-nascido recue e podemos estar a observá-lo no ato de recuar ou enquanto se acomoda novamente.”

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Mas há outra possibilidade: o buraco negro pode ser parte de um sistema binário.

“Apesar de todas as expectativas de que realmente deveriam existir em abundância, os cientistas tiveram dificuldade em identificar exemplos claros de buracos negros super-massivos binários”, disse Pesce. “O que podemos estar a ver na galáxia J0437 + 2456 é um dos buracos negros desse par, com o outro a permanecer oculto nas nossas observações de rádio por causa da sua falta de emissão de radiação.”

Os cientistas alertam que serão necessárias mais observações para determinar a verdadeira causa do movimento incomum deste buraco negro super-massivo.

Este estudo foi publicado este mês na revista científica The Astrophysical Journal.

Por Maria Campos
16 Março, 2021


5284: Descoberto quasar mais distante de nós com poderosos jactos rádio

CIÊNCIA/ASTRONOMIA/ESO

Com a ajuda do Very Large Telescope do ESO, os astrónomos descobriram e estudaram com grande detalhe a fonte de emissão rádio mais distante conhecida até à data — um quasar com forte emissão rádio (um objecto brilhante com jactos poderosos que emitem nos comprimentos de onda do rádio) tão distante que a sua luz demorou 13 mil milhões de anos a chegar até nós. A descoberta poderá dar-nos pistas importantes sobre o Universo primordial.

Os quasares são objectos muito brilhantes que se encontram no centro de algumas galáxias e que são alimentados por buracos negros super-massivos. À medida que consomem o gás que os rodeia, os buracos negros libertam energia, permitindo assim aos astrónomos detectá-los, mesmo quando se encontram muito longe de nós.

O quasar recém descoberto, P172+18, situa-se tão distante que a sua luz viajou cerca de 13 mil milhões de anos para chegar até nós, ou seja, estamos a observá-lo quando o Universo tinha apenas 780 milhões de anos de idade. Apesar de já se terem descoberto quasares ainda mais distantes, esta é a primeira vez que os astrónomos conseguiram identificar sinais de jactos rádio num quasar tão primordial. Apenas cerca de 10% dos quasares — os que emitem fortemente no rádio — têm jactos que brilham intensamente nas frequências rádio [1].

O P172+18 é alimentado por um buraco negro com cerca de 300 milhões de vezes a massa solar, que consome gás a uma taxa extraordinária. “O buraco negro está a consumir matéria muito depressa, crescendo em massa a uma das taxas mais elevadas que alguma vez observámos,” explica a astrónoma Chiara Mazzucchelli, bolseira do ESO no Chile, que liderou a descoberta em conjunto com Eduardo Bañados do Instituto Max Planck de Astronomia, na Alemanha.

Os astrónomos pensam que existe uma ligação entre o rápido crescimento de buracos negros super-massivos e jactos rádio poderosos descobertos em quasares como o P172+18. Pensa-se que os jactos poderão perturbar o gás que circunda o buraco negro, aumentando a taxa à qual o gás é capturado. Consequentemente, o estudo de quasares com forte emissão rádio pode fornecer-nos pistas importantes sobre como é que os buracos negros no Universo primordial cresceram tão rapidamente para tamanhos super-massivos após o Big Bang.

Acho muito interessante descobrir pela primeira vez buracos negros “novos” e contribuir com mais um bloco constituinte que nos ajude a compreender o Universo primitivo, de onde vimos e, em última instância, nós próprios,” diz Mazzucchelli.

O P172+18 foi inicialmente reconhecido como sendo um quasar distante, após ter sido anteriormente identificado como uma fonte rádio, com o Telescópio Magalhães do Observatório de Las Campanas, no Chile, por Bañados e Mazzucchelli. “Assim que obtivemos os dados, olhámos para eles e vimos logo que tínhamos descoberto o mais distante quasar com forte emissão rádio conhecido até à data,” disse Bañados.

No entanto, e devido ao curto tempo de observação, a equipa não conseguiu obter dados suficientes para estudar o objecto com detalhe. Seguiram-se assim uma quantidade de observações obtidas com outros telescópios, incluindo o instrumento X-shooter montado no VLT do ESO, que permitiram investigar melhor as características do quasar, incluindo a determinação de propriedades chave, como a massa do buraco negro e a velocidade a que este está a consumir a matéria que o circunda. Outros telescópios que contribuíram para este estudo incluem o Very Large Array do Observatório Nacional de Rádio Astronomia e o Telescópio Keck, nos EUA.

Apesar de estar muito entusiasmada com a descoberta, que será publicada na revista da especialidade The Astrophysical Journal, a equipa acredita que este quasar com forte emissão rádio pode ser o primeiro de muitos outros ainda por descobrir, talvez até a distâncias cosmológicas ainda maiores. “Esta descoberta põe-me bastante optimista e acredito, e espero, que a distância recorde seja quebrada muito em breve,” diz Banãdos.

Observações obtidas com infra-estruturas como o ALMA, do qual o ESO é um parceiro, e com o futuro Extremely Large Telescope (ELT) do ESO poderão ajudar a descobrir e estudar com todo o detalhe mais destes objectos do Universo primordial.

Esta imagem de grande angular, no visível, da região do céu em torno do quasar distante P172+18 foi criada a partir de dados do Digitized Sky Survey 2. O objeto propriamente dito encontra-se muito próximo do centro da imagem, embora não seja visível. Podemos, no entanto, ver na imagem muitas outras galáxias muito mais próximas de nós.
Créditos:ESO and Digitized Sky Survey 2. Acknowledgment: Davide De Martin
Utilização de Imagens, Vídeos e Música do ESO

Notas

[1] As ondas rádio que são usadas em astronomia têm frequências entre os 300 MHz e os 300 GHz.

Informações adicionais

Este trabalho foi apresentado num artigo científico intitulado “The discovery of a highly accreting, radio-loud quasar at z=6.82” publicado na revista da especialidade The Astrophysical Journal.

A equipa é composta por Eduardo Bañados (Max-Planck-Institut für Astronomie [MPIA], Alemanha, e The Observatories of the Carnegie Institution for Science, EUA), Chiara Mazzucchelli (Observatório Europeu do Sul, Chile), Emmanuel Momjian (National Radio Astronomy Observatory [NRAO], EUA), Anna-Christina Eilers (MIT Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, EUA), Feige Wang (Steward Observatory, University of Arizona, EUA), Jan-Torge Schindler (MPIA), Thomas Connor (Jet Propulsion Laboratory [JPL], California Institute of Technology, EUA), Irham Taufik Andika (MPIA e Escola Internacional de Investigação Max Planck de Astronomia & Física Cósmica, Universidade de Heidelberg, Alemanha), Aaron J. Barth (Department of Physics and Astronomy, University of California, Irvine, EUA), Chris Carilli (NRAO e Astrophysics Group, Cavendish Laboratory, University of Cambridge, RU), Frederick Davies (MPIA), Roberto Decarli (INAF Bologna — Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio, Itália), Xiaohui Fan (Steward Observatory, University of Arizona, EUA), Emanuele Paolo Farina (Max-Planck-Institut für Astrophysik, Alemanha), Joseph F. Hennawi (Department of Physics, Broida Hall, University of California, Santa Barbara, EUA), Antonio Pensabene (Dipartimento di Fisica e Astronomia, Alma Mater Studiorum, Universita di Bologna e INAF Bologna, Itália), Daniel Stern (JPL), Bram P. Venemans (MPIA), Lukas Wenzl (Department of Astronomy, Cornell University, EUA e MPIA) e Jinyi Yang (Steward Observatory, University of Arizona, EUA).

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

ESO – Europen South Observatory
eso2103pt — Nota de Imprensa Científica
8 de Março de 2021


Black holes could be dark stars with ‘Planck hearts’

SCIENCE/ASTRONOMY

They may not be black or holes.

‘Black holes’ with Planck hearts would lack a true event horizon (like the one illustrated in this image). (Image credit: AleksandrMorrisovich/Shutterstock)

Black holes, those gravitational monsters so named because no light can escape their clutches, are by far the most mysterious objects in the universe.

But a new theory proposes that black holes may not be black at all. According to a new study, these black holes may instead be dark stars home to exotic physics at their core. This mysterious new physics may cause these dark stars to emit a strange type of radiation; that radiation could in turn explain all the mysterious dark matter in the universe, which tugs on everything but emits no light.

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Dark stars

Thanks to Einstein’s theory of general relativity, which describes how matter warps space-time, we know that some massive stars can collapse in on themselves to such a degree that they just keep collapsing, shrinking down into an infinitely tiny point — a singularity.

Once the singularity forms, it surrounds itself with an event horizon. This is the ultimate one-way street in the universe. At the event horizon, the gravitational pull of the black hole is so strong that in order to leave, you’d have to travel faster than light does. Since traveling faster than the speed of light is utterly forbidden, anything that crosses the threshold is doomed forever.

Hence, a black hole.

These simple yet surprising statements have held up to decades of observations. Astronomers have watched as the atmosphere of a star gets sucked into a black hole. They’ve seen stars orbit black holes. Physicists on Earth have heard the gravitational waves emitted when black holes collide. We’ve even taken a picture of a black hole’s “shadow” — the hole it carves out from the glow of surrounding gas.

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And yet, mysteries remain at the very heart of  black hole science. The very property that defines a black hole — the singularity — seems to be physically impossible, because matter can’t actually collapse down to an infinitely tiny point.

Planck engines

That means the current understanding of black holes will eventually need to be updated or replaced with something else that can explain what’s at the center of a black hole.

But that doesn’t stop physicists from trying.

One theory of black hole singularities replaces those infinitely tiny points of infinitely compressed matter with something much more palatable: an incredibly tiny point of incredibly compressed matter. This is called a Planck core, because the idea theorizes that the matter inside a black hole is compressed all the way down to the smallest possible scale, the Planck length, which is 1.6 * 10^ minus 35 meters.

That’s … small.

With a Planck core, which wouldn’t be a singularity, a black hole would no longer host an event horizon — there would be no place where the gravitational pull exceeds the speed of light. But to outside observers, the gravitational pull would be so strong that it would look and act like an event horizon. Only extremely sensitive observations, which we do not yet have the technology for, would be able to tell the difference.

Dark matter

Radical problems require radical solutions, and so replacing “singularity” with “Planck core” isn’t all that far-fetched, even though the theory is barely more than a faint sketch of an outline, one without the physics or mathematics to confidently describe that kind of environment. In other words, Planck cores are the physics equivalent of spitballing ideas.

That’s a useful thing to do, because singularities need some serious out-of-the-box thinking. And there might be some bonus side-effects. Like, for example, explaining the mystery of dark matter.

Dark matter makes up 85% of the mass of the universe, and yet it never interacts with light. We can only determine its existence through its gravitational effects on normal, luminous matter. For example, we can watch stars orbit the centers of the galaxies, and use their orbital speeds to calculate the total amount of mass in those galaxies.

In a new paper, submitted Feb. 15 to the preprint database arXiv, physicist Igor Nikitin at the Fraunhofer Institute for Scientific Algorithms and Computing in Germany  takes the “radical singularity” idea and kicks it up a notch. According to the paper, Planck cores may emit particles (because there’s no event horizon, these black holes aren’t completely black). Those particles could be familiar or something new.

Perhaps, they would be some form of particle that could explain dark matter. If black holes are really Planck stars, Nikitin wrote, and they are constantly emitting a stream of dark matter, they could explain the motions of stars within galaxies.

his idea probably won’t hold up to further scrutiny (there’s much more evidence for the existence of dark matter than just its effect on the motion of stars). But it’s a great example of how we need to come up with as many ideas as possible to explain black holes, because we never know what links there may be to other unsolved mysteries in the universe.

Originally published on Live Science.
By Paul Sutter – Astrophysicist
05/03/2021


5245: Lab-grown black hole behaves just like Stephen Hawking said it would

SCIENCE/BLACK HOLES

(Image credit: Aaron Horowitz via Getty Images)

In 1974, Stephen Hawking theorized that the universe’s darkest gravitational behemoths, black holes, were not the pitch-black star swallowers astronomers imagined, but they spontaneously emitted light — a phenomenon now dubbed Hawking radiation.

The problem is, no astronomer has ever observed Hawking’s mysterious radiation, and because it is predicted to be very dim, they may never will. Which is why scientists today are creating their own black holes.

Researchers at the Technion-Israel Institute of Technology did just that. They created a black hole analog out of a few thousand atoms. They were trying to confirm two of Hawking’s most important predictions, that Hawking radiation arises from nothing and that it does not change in intensity over time, meaning it’s stationary.

“A black hole is supposed to radiate like a black body, which is essentially a warm object that emits a constant infrared radiation,” study co-author Jeff Steinhauer, an associate professor of physics at Technion-Israel Institute of Technology, said in a statement. “Hawking suggested that black holes are just like regular stars, which radiate a certain type of radiation all the time, constantly. That’s what we wanted to confirm in our study, and we did.”

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The event horizon

The gravity of a black hole is so powerful that not even light can escape its grasp, once a photon, or light particle, crosses beyond its point-of-no-return, called the  event horizon. To escape this boundary, a particle would have to break the laws of physics and travel faster than the speed of light.

Hawking showed that although nothing that crosses the event horizon can escape, black holes can still spontaneously emit light from the boundary, thanks to quantum mechanics and something called “virtual particles.”

As explained by Heisenberg’s uncertainty principle, even the complete vacuum of space is teeming with pairs of ‘virtual’ particles that pop in and out of existence. These fleeting particles with opposite energies usually annihilate each other almost immediately. But due to the extreme gravitational pull at an event horizon, Hawking suggested pairs of photons could be separated, with one particle getting absorbed by the black hole and the other escaping into space. The absorbed photon has negative energy and subtracts energy in the form of mass from the black hole, while the escaped photon becomes Hawking radiation. From this alone, given enough time (much longer than the age of the universe), a black hole could completely evaporate away.

“Hawking’s theory was revolutionary because he combined the physics of quantum field theory with general relativity,” Einstein’s theory that describes how matter warps space-time,Steinhauer told Live Science. “It’s still helping people to look for new laws of physics by studying the combination of these two theories in a physical example. People would like to verify this quantum radiation, but it’s very difficult with a real black hole because Hawking radiation is so weak compared to the background radiation of space.”

This problem inspired Steinhauer and his colleagues to create their own black hole — a safer and much smaller one than the real deal.

DIY black hole

The researchers’ lab-grown black hole was made of a flowing gas of approximately 8,000 rubidium atoms cooled to nearly absolute zero and held in place by a laser beam. They created a mysterious state of matter, known as a Bose-Einstein Condensate (BEC), which allows thousands of atoms to  act together in unison as though they were a single atom.

Using a second laser beam, the team created a cliff of potential energy, which caused the gas to flow like water rushing down a waterfall, thereby creating an event horizon where one half of the gas was flowing faster than the speed of sound, the other half slower. In this experiment, the team was looking for pairs of phonons, or quantum sounds waves, instead of pairs of photons,spontaneously forming in the gas.

A phonon on the slower half could travel against the flow of gas, away from the cliff, while the phonon on the faster half became trapped by the speed of the supersonic flowing gas, Steinhauer explained. “It’s like trying to swim against a current that’s faster than you can swim. [That’s] just like being in a black hole, once you’re inside, it’s impossible to reach the horizon.”

Once they found these phonon pairs, the researchers had to confirm whether they were correlated and if the Hawking radiation remained constant over time (if it was stationary). That process was tricky because every time they took a picture of their black hole, it was destroyed by the heat created in the process. So the team repeated their experiment 97,000 times, taking more than 124 days of continuous measurements in order to find the correlations. In the end, their patience paid off.

“We showed that the Hawking radiation was stationary, meaning it didn’t change with time, which is exactly what Hawking predicted,” Steinhauer said.

The researchers detailed their findings Jan. 4 in the journal Nature Physics.

Originally published on Live Science. 
By Tim Childers – Live Science Contributor
02/03/2021


5244: Afinal, não foram buracos negros. Há uma alternativa exótica para o “tsunami” de ondas gravitacionais

CIÊNCIA/ASTROFÍSICA

Nicolás Sanchis-Gual e Rocío García-Souto
Representação artística da colisão de duas estrelas exóticas, juntamente com as ondas gravitacionais emitidas

No ano passado, cientistas detectaram ondas gravitacionais do que parecia ser a colisão de buracos negros mais massiva alguma vez registada. Agora, uma equipa internacional de astrofísicos propôs uma teoria alternativa.

Uma equipa internacional de investigadores liderada pelo Instituto Galego de Física de Altas Energias e pela Universidade de Aveiro, incluindo um cientista do Departamento de Física da Universidade Chinesa de Hong Kong (CUHK), propôs a colisão de dois objectos compactos exóticos conhecidos por bosões como uma explicação alternativa para a origem do sinal da onda gravitacional GW190521.

As ondas gravitacionais são ondulações na estrutura do espaço-tempo que viajam à velocidade da luz. Previstos na Teoria Geral da Relatividade de Einstein, originam-se nos eventos mais violentos do Universo, levando informações sobre as suas fontes.

Desde 2015, os detectores avançados do Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory (LIGO) e de Virgo têm observado cerca de 50 sinais de ondas gravitacionais originados da coalescência e fusão de duas das entidades mais misteriosas do Universo – buracos negros e estrelas de neutrões.

Em Setembro de 2020, LVC, o órgão conjunto da Colaboração Científica LIGO e da Colaboração Virgo, anunciou a detecção do sinal de onda gravitacional GW190521. De acordo com a análise, o sinal era consistente com a colisão de dois buracos negros de 66 e 85 vezes a massa do Sol, que produziu um buraco negro final de 142 massas solares.  Este último foi o primeiro membro já encontrado de uma nova família de buracos negros – buracos negros de massa intermediária.

De acordo com Tjonnie Li, professor do Departamento de Física da CUHK, esta descoberta foi muito importantes porque estes buracos negros são considerados há muito tempo o elo perdido entre os buracos negros de massa estelar que se formam a partir do colapso das estrelas e os buracos negros super-massivos que se escondem no centro de quase cada galáxia.

Apesar da sua importância, a observação de GW190521 representa um enorme desafio para o entendimento actual da evolução estelar, pois um dos buracos negros fundidos tem um tamanho “proibido”.

Assim, a explicação alternativa proposta pela equipa traz uma nova direcção para o estudo.

“As estrelas exóticas são objectos quase tão compactos como os buracos negros, mas, pelo contrário, não têm uma superfície sem retorno ou horizonte de eventos. Quando colidem, formam um bosão que se pode tornar instável, eventualmente colapsando num buraco negro e produzindo um sinal consistente com o que LVC observou no ano passado”, explicou Nicolás Sanchis-Gual, investigador de pós-doutoramento no Instituto Superior Técnico da Universidade de Aveiro, em comunicado.

“Ao contrário das estrelas regulares, que são feitas do que normalmente conhecemos como matéria, as estrelas exóticas são feitas de bosões ultra-leves. Esses bosões são um dos candidatos mais atraentes para constituir matéria escura, formando cerca de 27% do Universo”, continuou o cientista.

A equipa comparou o sinal GW190521 com simulações de computador de fusões de estrelas exóticas e descobriu que explicam os dados um pouco melhor do que a análise conduzida por LVC. O resultado implica que a fonte teria propriedades diferentes das declaradas anteriormente.

Detectada a mais poderosa colisão de buracos negros. Criou um “tsunami” gravitacional

O LIGO e a Virgo Scientific Collaboration detectaram ondas gravitacionais provenientes da mais massiva colisão de buracos negros já registada….

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“Em primeiro lugar, já não estaríamos a falar sobre a colisão de buracos negros, o que elimina a questão de lidar com um buraco negro proibido. Em segundo lugar, como as fusões de estrelas exóticas são muito mais fracas, inferimos uma distância muito mais próxima do que a estimada por LVC. Isto leva a uma massa muito maior para o buraco negro final, de cerca de 250 massas solares, por isso o facto de termos testemunhado a formação de um buraco negro de massa intermediária permanece verdadeiro”, explicou Juan Calderón Bustillo, antigo professor do Departamento de Física da CUHK.

Segundo Toni Font, professor da Universidade de Valência, embora a análise tenda a favorecer “por design” a hipótese dos buracos negros de fusão, uma fusão de estrelas exóticas é ligeiramente preferida pelos dados, embora de forma inconclusiva.

Apesar da estrutura computacional das actuais simulações de estrelas exóticas ser ainda bastante limitada e sujeita a grandes melhorias, a equipa pretende desenvolver um modelo mais evoluído e estudar observações de ondas gravitacionais semelhantes sob a suposição de fusão de estrelas exóticas.

Este estudo foi publicado em Fevereiro na revista científica Physical Review Letters.

Por Maria Campos
3 Março, 2021


5238: Novo estudo sugere que os buracos negros super-massivos podem formar-se a partir de matéria escura

CIÊNCIA/ASTRONOMIA


NOVO ESTUDO SUGERE QUE OS BURACOS NEGROS SUPER-MASSIVOS PODEM FORMAR-SE A PARTIR DE MATÉRIA ESCURA
2 de Março de 2021
Impressão de artista de uma galáxia espiral embebida numa distribuição maior de matéria escura invisível, conhecida como halo de matéria escura (a azul). Os estudos que investigam a formação dos halos de matéria escura sugeriram que cada halo pode hospedar um núcleo muito denso de matéria escura, que potencialmente pode imitar os efeitos de um buraco negro central, ou eventualmente colapsar para formar um.
Crédito: ESO/L. Calçada

Um novo estudo teórico propôs um curioso mecanismo para a criação de buracos negros super-massivos a partir de matéria escura. A equipa internacional descobriu que, em vez dos cenários de formação convencionais envolvendo matéria “normal”, os buracos negros super-massivos poderiam ao invés formar-se directamente a partir de matéria escura em regiões de alta densidade no centro das galáxias. O resultado tem implicações importantes para a cosmologia no início do Universo e foi publicado na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Exactamente como os buracos negros super-massivos se formaram inicialmente é um dos maiores problemas de hoje no estudo da evolução galáctica. Os buracos negros super-massivos foram observados 800 milhões de anos após o Big Bang, e permanece inexplicável como podem ter crescido tão depressa.

Os modelos de formação padrão envolvem matéria bariónica normal – os átomos e os elementos que compõem as estrelas, planetas e todos os objectos visíveis – colapsando sob a gravidade para formar buracos negros, que então crescem com o tempo. No entanto, o novo trabalho investiga a existência potencial de núcleos galácticos estáveis feitos de matéria escura e rodeados por um halo de matéria escura diluída, descobrindo que os centros destas estruturas podem tornar-se tão concentrados que também podem colapsar em buracos negros super-massivos, assim que é atingido um limite crítico.

De acordo com o modelo, isto poderia ter acontecido muito mais depressa do que outros mecanismos de formação propostos e teria permitido que os buracos negros super-massivos no início do Universo se formassem antes das galáxias que habitam, ao contrário da compreensão atual.

Carlos R. Argüelles, o investigador da Universidade Nacional de La Plata e do ICRANet (International Center for Relativistic Astrophysics Network) que liderou a investigação, comenta: “Este novo cenário de formação pode fornecer uma explicação natural para como os buracos negros super-massivos se formaram no início do Universo, sem exigir a formação prévia de estrelas ou a necessidade de invocar ‘sementes’ de buracos negros com ritmos de acreção irrealistas.”

Outra consequência intrigante do novo modelo é que a massa crítica para o colapso num buraco negro pode não ser alcançada para halos mais pequenos de matéria escura, por exemplo aqueles que rodeiam algumas galáxias anãs. Os autores sugerem que isso pode deixar as galáxias anãs mais pequenas com um núcleo central de matéria escura em vez do esperado buraco negro. Este núcleo de matéria escura ainda poderia imitar as assinaturas gravitacionais de um buraco negro central convencional, enquanto o halo externo de matéria escura também poderia explicar as curvas de rotação observadas da galáxia.

“Este modelo mostra como os halos de matéria escura podem abrigar densas concentrações nos seus centros, o que pode desempenhar um papel crucial para ajudar a entender a formação de buracos negros super-massivos”, acrescentou Carlos.

“Aqui, nós provámos pela primeira vez que estas distribuições de matéria escura de núcleo-halo podem, de facto, se formar numa estrutura cosmológica e permanecer estáveis por toda a vida do Universo.”

Os autores esperam que mais estudos esclareçam a formação de buracos negros super-massivos nos primeiros dias do nosso Universo, bem como investiguem se os centros de galáxias não activas, incluindo a nossa própria Via Láctea, podem hospedar estes densos núcleos de matéria escura.

Astronomia On-line
2 de Março de 2021


5222: Eis o primeiro enxame de (pequenos) buracos negros num aglomerado globular

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Uma equipa de cientistas, que esperava encontrar um buraco negro de massa intermédia no coração do aglomerado globular NGC 6397, encontrou, em vez disso, evidências de uma concentração de buracos negros mais pequenos.

Por vezes, na ciência, quando os investigadores se propõe a encontrar algo que previram, acabam por encontrar uma coisa complemente diferente.

Foi o caso dos astrónomos da agência espacial norte-americana (NASA) e da agência espacial europeia (ESA) que, com recurso ao Huble Space Telescope, examinaram o núcleo de um aglomerado globular – uma “bola” de estrelas velhas densamente compactadas – chamada NGC 6397. O objectivo dos cientistas era encontrar um buraco negro central de massa intermédia, mas acabaram por descobrir um enxame de pequenos buracos negros, revelaram as agências espaciais NASA e ESA, no dia 11 de Fevereiro.

De acordo com o Earth Sky, existem dois tipos de buracos negros: o buraco negro de massa estelar, que se forma quando uma grande estrela fica sem combustível e entra em colapso, e que pesa apenas algumas vezes a massa do nosso Sol; e o buraco negro super-massivo que se acredita existir no centro de cada grande galáxia e conter a massa de muitos milhões de estrelas.

Além desses dois tipos, os cientistas acreditam que também existe um tipo de buraco negro intermédio – com uma massa intermédia de 100 a 100 mil vezes a massa do nosso Sol. Mas, apesar de existirem vários candidatos a buraco negro intermediário, só existem alguns confirmados.

Os astrónomos escolheram analisar o aglomerado globular NGC 6397 porque, além de ser um dos mais próximos da Terra – a 7.800 anos-luz de distância -, seria o lugar ideal para encontrar buracos negros de tamanho médio por causa da colecção densa de estrelas no seu núcleo.

A análise dos dados do Huble Space Telescope e do Gaia Space Observatory não forneceu, no entanto, evidência de um buraco negro de tamanho médio. Em vez disso, foi detectada a primeira colecção de buracos negros no centro de um aglomerado globular.

(cv) ESA / Hubble / N. Bartmann
Ilustração da colecção de buracos negros em NGC 6397

Os aglomerados globulares são grandes colecções esféricas de estrelas que orbitam na periferia das galáxias. Além disso, são, por vezes, tão antigos quanto o próprio universo.

Um aglomerado globular com núcleo colapsado, como NGC 6397, é velho o suficiente para que as estrelas mais massivas gravitem em direcção ao centro do aglomerado e que as estrelas mais jovens tenham viajado em direcção à periferia – o que faz com que o seu núcleo seja muito denso.

Como não é possível observar directamente estes buracos negros intermédios, os astrónomos analisaram o movimento e velocidade das estrelas do aglomerado para perceberem a distribuição da sua massa – os locais onde as estrelas se movem mais rápido correspondem a áreas onde existe mais massa concentrada.

No entanto, descobriram que a distribuição das estrelas em NGC 6397 não estava confinada a uma localização central, semelhante a um ponto no núcleo, como seria de esperar na presença de um buraco negro de tamanho intermediário.

Em vez disso, a massa parecia espalhar-se mais aleatoriamente, estendendo-se a uma pequena percentagem do tamanho do aglomerado.

Assim, com base na evolução estelar, a equipa de cientistas concluiu que os restos de estrelas na forma de buracos negros de massa estelar estão a povoar as regiões internas do aglomerado globular – que é capaz de hospedar mais de 20 buracos negros do tipo “mais leve” que existe.

Por Sofia Teixeira Santos
27 Fevereiro, 2021


5212: Astrónomos fazem novas descobertas sobre eventos de destruição de estrelas

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Impressão de artista de um evento de perturbação de marés – uma estrela sendo dilacerada pela poderosa gravidade de um buraco negro super-massivo. O material da estrela espirala para um disco giratório em torno do buraco negro, e um jacto de partículas é expelido.
Crédito: Sophia Dagnello, NRAO/AUI/NSF

Os buracos negros milhões ou milhares de milhões de vezes mais massivos do que o Sol escondem-se nos núcleos de grandes galáxias e podem ter efeitos profundos nos seus arredores. Um dos mais emocionantes desses efeitos ocorre quando uma estrela se aventura demasiado perto de um buraco negro e é vítima da poderosa atracção gravitacional daquele monstro. A estrela é dilacerada pelas forças das marés num processo denominado “esparguetificação”.

Quando isso acontece, parte do material da estrela é puxado para um disco que orbita o buraco negro, aquecendo rapidamente e lançando jactos de partículas velozes para fora em duas direcções opostas. Isto produz uma explosão que pode ser observada com uma variedade de telescópios, incluindo instrumentos de rádio, ópticos, ultravioletas e de raios-X.

Ao longo das últimas duas décadas, os astrónomos viram uma série de explosões que eles concluíram serem ou eventos de perturbação de marés ou candidatos a tais eventos. Em 2018, os astrónomos usaram o VLBA (Very Long Baseline Array) da NSF (National Science Foundation) para obter imagens diretas da formação e da expansão de um jato oriundo de um evento de perturbação de marés.

A edição de 22 de Fevereiro da revista Nature Astronomy inclui trabalhos sobre observações de dois eventos de perturbação de marés diferentes, cada um dos quais acrescenta ao nosso conhecimento sobre estes fenómenos, mas também levanta novas questões para os cientistas abordarem. O VLA (Karl G. Jansky Very Large Array) da NSF foi usado para estudar ambos os eventos, ocorrendo em 2015 e 2019, respectivamente.

Um destes eventos de destruição estelar é o primeiro conhecido a produzir um neutrino altamente energético – uma partícula subatómica elusiva que se move quase à velocidade da luz. O outro é o primeiro visto a emitir surtos de ondas de rádio muito depois do evento inicial. Ambas as descobertas estão a forçar os astrónomos a repensar as suas explicações para alguns dos processos envolvidos nos eventos de perturbação de marés.

O evento de perturbação de marés, produtor do neutrino, tem o nome AT2019dsg e foi descoberto no dia 9 de Abril de 2019 pelo ZTF (Zwicky Transient Facility), um telescópio óptico robótico no Observatório Palomar, situado no estado norte-americano da Califórnia. Os astrónomos posteriormente observaram-no com o VLA, com o Observatório Neil Gehrels Swift da NASA e com o XMM-Newton da ESA. Eles descobriram que ocorreu numa galáxia chamada 2MASX J20570298+1412165, a mais de 690 milhões de anos-luz da Terra, na direcção da constelação de Golfinho.

No dia 1 de Outubro de 2019, o Observatório de Neutrinos IceCube da NSF, na Antárctica, detectou um neutrino altamente energético que veio da mesma região do céu do que o evento de perturbação de marés de Abril. Os neutrinos estão espalhados por todo o Universo, mas são extremamente difíceis de detectar porque muito raramente interagem com outra matéria. De facto, este é apenas o segundo neutrino altamente energético a ser ligado a um objecto fora da nossa Galáxia, a Via Láctea. A detecção foi surpreendente porque os astrónomos esperavam que, caso os eventos de perturbação de marés produzissem tais neutrinos, isso aconteceria relativamente pouco tempo depois do início do evento.

“Os astrofísicos há muito que teorizam que as perturbações de marés podem produzir neutrinos altamente energéticos, mas esta é a primeira vez que realmente conseguimos ligá-los a evidências observacionais,” disse Robert Stein, estudante de doutoramento no DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron), em Zeuthen, Alemanha e da Universidade Humboldt em Berlim. “Mas parece que este evento específico, chamado AT2019dsg, não gerou o neutrino quando ou como esperávamos. Isto está a ajudar-nos a entender melhor como estes fenómenos funcionam.”

O outro evento de perturbação de marés, ASASSN-15oi, foi descoberto em comprimentos de onda visíveis pelo ASAS-SN (All-Sky Automated Survey for SuperNovae) no dia 14 de Agosto de 2015, numa galáxia a mais de 700 milhões de anos-luz da Terra. Os astrónomos começaram a observá-lo com o VLA oito dias após a sua descoberta, esperando detectar a emissão de rádio nos estágios iniciais do evento. Ao invés, não viram nenhuma emissão de rádio do objecto até seis meses depois, em Fevereiro de 2016.

Além disso, souberam posteriormente que o levantamento do céu em andamento pelo VLA observou a região em Julho de 2019 e encontraram evidências de outro surto de rádio, quase quatro anos após o evento inicial. Os astrónomos chamaram as duas explosões atrasadas de um “novo fenómeno intrigante nos eventos de perturbação de marés.”

“Explosões com tais atrasos não tinham sido observadas antes. Adicionalmente, estes surtos atrasados exibem propriedades peculiares actualmente não suportadas pelas teorias de emissão de rádio dos eventos de perturbação de marés,” disse Assaf Horesh, da Universidade Hebraica de Jerusalém.

Em ambos os casos, os cientistas esperam estudar futuros eventos de perturbação de marés em busca de pistas que possam ajudar a resolver os novos mistérios que o seu trabalho revelou. Estes eventos dramáticos são um excelente exemplo de como podemos avançar a nossa compreensão do Universo por meio da astronomia multi-mensageira – estudos que usam radiação electromagnética (luz visível, ondas de rádio, ultravioleta, etc.), partículas como neutrinos e até ondas gravitacionais – ondulações no espaço-tempo – para aprender como os objectos cósmicos funcionam.

Astronomia On-line
26 de Fevereiro de 2021


5211: Buracos negros minúsculos podem estar a “esconder-se” dentro de estrelas (e a devorá-las por dentro)

CIÊNCIA/ASTROFÍSICA

JPL-Caltech / NASA

Uma equipa de investigadores tem um novo palpite sobre onde procurar a misteriosa matéria escura: esta pode estar a assumir a forma de buracos negros endoparasitários.

De acordo com o ScienceAlert, buracos negros primordiais minúsculos, quase indetectáveis, podem ser uma das fontes misteriosas de massa que contribui para a matéria escura.

Uma equipa de investigadores suspeita que estes buracos negros podem “esconder-se” no centro de estrelas de neutrões. Gradualmente, estes corpos celestes cresceriam tanto que devorariam a estrela a partir de dentro

Embora não saibamos o que é matéria escura, esta é fundamental para a nossa compreensão do Universo: não há matéria suficiente que se possa detectar directamente para explicar toda a gravidade. Na verdade, há tanta gravidade que os cientistas calcularam que cerca de 75% a 80% de toda a matéria é matéria escura.

Existem várias partículas candidatas a matéria escura. Os buracos negros primordiais que se formaram logo após o Big Bang não são um dos principais candidatos, porque, se estivessem acima de uma determinada massa, já teriam sido detectados. No entanto, abaixo dessa massa, teriam evaporado pela emissão da radiação Hawking muito antes.

Por outro lado, os buracos negros são candidatos atraentes para a matéria escura: são extremamente difíceis de detectar se estiverem apenas a vaguear pelo Espaço.

É assim que surge a ideia do buraco negro endoparasitário. Actualmente, existem dois cenários para este conceito: um defende que os buracos negros primordiais foram capturados por estrelas de neutrões e afundaram-se até ao núcleo; outro sustenta que as partículas de matéria escura são capturadas dentro de uma estrela de neutrões e, se as condições forem favoráveis, podem juntar-se e formar um buraco negro.

Inicialmente, esses buracos negros seriam pequenos, mas não por muito tempo. No interior das estrelas de neutrões, estes corpos cósmicos começariam a parasitar o seu hospedeiro.

Num estudo, que ainda não foi revisto por pares, uma equipa de físicos da Bowdoin College e da Universidade de Illinois, ambas nos Estados Unidos, calculou quanto tempo demoraria essa possível devoração.

Segundo os cálculos, uma vez que as estrelas de neutrões têm um limite superior de massa teórico de 2,3 vezes a massa do Sol, a massa dos buracos negros entender-se-iam até à faixa dos planetas anões.

Para uma estrela de neutrões não giratória com um buraco negro não giratório, a acumulação seria esférica. Nas taxas de acreção, buracos negros tão pequenos como 10 a 21 vezes a massa do Sol acumulariam completamente uma estrela de neutrões durante a vida do Universo.

O mistério da galáxia sem matéria escura foi finalmente resolvido

Uma equipa de cientistas Instituto de Astrofísica das Ilhas Canárias (IAC) esclareceu um dos mistérios da Astrofísica extra-galáctica de 2018:…

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Isto sugere que os buracos negros primordiais, desde o início do Universo, teriam agregado completamente as suas estrelas de neutrões hospedeiras. Porém, essas escalas de tempo estão em conflito directo com as idades das antigas populações de estrelas de neutrões.

“Como uma aplicação importante, os nossos resultados corroboram argumentos que usam a existência actual de populações de estrelas de neutrões para restringir a contribuição de buracos negros primordiais para o conteúdo de matéria escura do Universo, ou de partículas de matéria escura que podem formar buracos negros no centro das estrelas de neutrões depois de serem capturadas”, escreveram os investigadores.

Assim, o resultado é um golpe nos buracos negros primordiais, mas não exclui totalmente os buracos negros endoparasitários. Se houver partículas de matéria escura a flutuar pelo Espaço e a serem sugadas por estrelas de neutrões, podem estar a entrar em colapso em buracos negros e a transformar estrelas de neutrões em buracos negros.

Assim, qualquer estrela de neutrões aparentemente desaparecida pode ser um óptimo lugar para procurar matéria escura.

Este estudo está disponível desde 18 de Fevereiro na plataforma de pré-publicação ArXiv.

Por Maria Campos
26 Fevereiro, 2021


5200: “Partícula-fantasma” de estrela destruída atingiu a Terra (e revelou um acelerador de partículas natural)

CIÊNCIA/ASTROFÍSICA


Vídeo editado por captura de écran por não ser disponibilizado o endereço URL original

Uma estrela completamente destruída quando se aventurou muito perto de um buraco negro deu à Ciência um raro presente. Pela primeira vez, os cientistas detectaram um neutrino de alta energia que foi lançado para o Espaço durante um desses eventos violentos.

Rastreando uma partícula fantasmagórica até uma estrela fragmentada, os cientistas descobriram um gigantesco acelerador de partículas cósmicas. A partícula subatómica, chamada de neutrino, foi lançada em direcção à Terra depois de a estrela condenada se ter aproximado demasiado do buraco negro super-massivo no centro da sua galáxia e ter sido despedaçada pela gravidade colossal do buraco negro.

Esta é a primeira partícula que pode ser rastreada até um “evento de interrupção da maré” (TDE) e fornece evidências de que estas catástrofes cósmicas pouco compreendidas podem ser poderosos aceleradores de partículas naturais.

O neutrino começou a sua jornada há cerca de 700 milhões de anos, na época em que os primeiros animais se desenvolveram na Terra. Esse é o tempo de viagem que a partícula precisava para ir da distante galáxia – catalogada como 2MASX J20570298 + 1412165 – na constelação do Golfinho até à Terra. Os cientistas estimam que o enorme buraco negro tenha a massa de 30 milhões de sóis.

“A força da gravidade fica cada vez mais forte, quanto mais perto se chega de algo. Isso significa que a gravidade do buraco negro puxa o lado próximo da estrela com mais força do que o lado oposto da estrela, levando a um efeito de alongamento”, explicou Robert Stein, astrónomo do Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY), em comunicado.

“Essa diferença é chamada de força de maré e, conforme a estrela se aproxima, esse alongamento torna-se mais extremo. Eventualmente, destrói a estrela, no que chamamos de evento de interrupção da maré. É o mesmo processo que leva às marés do oceano na Terra, mas felizmente para nós, a Lua não puxa com força suficiente para despedaçar a Terra”, explicou.

Cerca de metade dos destroços da estrela foram lançados no Espaço, enquanto a outra metade assentou num disco giratório em torno do buraco negro. Antes de cair no esquecimento, a matéria do disco de acreção fica cada vez mais quente e brilha intensamente.

Este brilho foi detectado pela primeira vez a 9 de Abril de 2019 pelo Zwicky Transient Facility (ZTF), uma câmara robótica no Observatório Palomar da Caltech, no sul da Califórnia.

A 1 de Outubro de 2019, o detector de neutrinos IceCube, no Polo Sul, registou um neutrino extremamente energético da direcção do evento de interrupção da maré.

“Chocou contra o gelo da Antárctica com uma energia notável de mais de 100 teraelectrão-volts”, disse Anna Franckowiak, do DESY. “Para efeito de comparação, isso é pelo menos dez vezes a energia máxima das partículas que pode ser alcançada no acelerador de partículas mais poderoso do mundo, o Large Hadron Collider no laboratório europeu de física de partículas CERN.”

Extremamente leve

Os neutrinos extremamente leves dificilmente interagem com qualquer coisa, podendo passar despercebidos não só pelas paredes, mas por planetas ou estrelas inteiros e, portanto, são frequentemente chamados de “partículas fantasmas”. Assim, capturar um neutrino de alta energia já é uma observação notável.

A análise mostrou que este neutrino tinha apenas uma hipótese em 500 de ser puramente coincidente com o TDE.

“Este é o primeiro neutrino ligado a um evento de interrupção da maré e traz-nos evidências valiosas”, disse Stein. “A detecção do neutrino aponta para a existência de um motor central poderoso próximo do disco de acreção, expelindo partículas rápidas. E a análise combinada de dados de telescópios de rádio, ópticos e ultravioleta dá-nos evidências adicionais de que o TDE actua como um acelerador de partículas gigantes”.

As observações são explicadas por uma saída energética de jactos rápidos de matéria disparados para fora do sistema, que são produzidos pelo motor central e duram centenas de dias. “O neutrino surgiu relativamente tarde, meio ano após o início da festa das estrelas. O nosso modelo explica esse tempo naturalmente”, disse Walter Winter, chefe do grupo teórico de astro-partícula física do DESY.

O acelerador cósmico expele diferentes tipos de partículas, mas além dos neutrinos e fotões, essas partículas são electricamente carregadas e, portanto, desviadas por campos magnéticos intergalácticos na sua jornada.

Apenas os neutrinos electricamente neutros podem viajar em linha recta como a luz da fonte em direcção à Terra e, assim, tornar-se mensageiros valiosos de tais sistemas.

O Universo primitivo tinha uma cor (e já se sabe qual era)

O Universo banha-se num mar de luz desde a cintilação azul e branca das estrelas jovens ao brilho vermelho profundo…

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Ponta do icebergue?

O Zwicky Transient Facility foi projectado para capturar centenas de milhares de estrelas e galáxias numa única fotografia e consegue analisar o céu nocturno particularmente rápido.

“Desde o nosso início em 2018, detectámos mais de 30 eventos de interrupção das marés, mais do que o dobro do número conhecido de tais objectos”, disse Sjoert van Velzen, do Observatório de Leiden.

“Quando percebemos que o segundo TDE mais brilhante observado por nós era a fonte de um neutrino de alta energia registado pelo IceCube, ficámos emocionados”, acrescentou.

Podemos estar a ver apenas a ponta do icebergue aqui. No futuro, esperamos encontrar muito mais associações entre os neutrinos de alta energia e as suas fontes”, continuou Francis Halzen, professor da Universidade de Wisconsin-Madison e investigador principal do IceCube.

Esta TDE marca apenas a segunda vez que um neutrino cósmico de alta energia pode ser rastreado até à sua fonte. Em 2018, foi apresentada a galáxia activa TXS 0506 + 056, como a primeira fonte identificada de um neutrino de alta energia, registada pela IceCube em 2017.

Estas observações demonstram o poder de explorar o cosmos através de uma combinação de diferentes “mensageiros”, como fotões e neutrinos.

Estes estudos serão publicados na revista científica Nature Astronomy.

Por Maria Campos
24 Fevereiro, 2021


5193: Primeiro buraco negro detectado é mais massivo do que se pensava

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Impressão de artista do sistema Cygnus X-1. Este sistema contém o buraco negro estelar mais massivo já detectado sem a utilização de ondas gravitacionais, com 21 vezes a massa do Sol. Clique aqui para a mesma imagem com comparação com o Sol.
Crédito: ICRAR

Novas observações do primeiro buraco negro já detectado levaram os astrónomos a questionar o que sabem sobre os objectos mais misteriosos do Universo.

Publicada a semana passada na revista Science, a investigação mostra que o sistema conhecido como Cygnus X-1 contém o buraco negro de massa estelar mais massivo já detectado sem a utilização de ondas gravitacionais.

Cygnus X-1 é um dos buracos negros mais próximos da Terra. Foi descoberto em 1964, quando um par de contadores Geiger foram transportados a bordo de um foguete sub-orbital lançado a partir do estado norte-americano do Novo México.

O objecto foi o foco de uma famosa aposta científica entre os físicos Stephen Hawking e Kip Thorne, com Hawking apostando em 1974 que não era um buraco negro. Hawking concedeu a aposta em 1990.

Neste trabalho mais recente, uma equipa internacional de astrónomos usou o VLBA (Very Long Baseline Array) – um radiotelescópio do tamanho de um continente composto por 10 antenas espalhadas pelos EUA – juntamente com uma técnica inteligente para medir distâncias no espaço.

“Se pudermos ver o mesmo objecto de locais diferentes, podemos calcular a sua distância medindo como o objecto parece mover-se em relação ao plano de fundo,” disse o professor e investigador principal James Miller-Jones da Universidade Curtin e do ICRAR (International Centre for Radio Astronomy Research).

“Se colocarmos o dedo à frente dos nossos olhos e o observarmos com um olho de cada vez, vamos notar que o dedo parece saltar de posição em relação ao plano de fundo. É exactamente o mesmo princípio.”

“Ao longo de seis dias observámos uma órbita completa do buraco negro e usámos observações obtidas do mesmo sistema com a mesma rede de telescópios em 2011”, disse o professor Miller-Jones. “Este método e as nossas novas medições mostram que o sistema está mais longe do que se pensava, com um buraco negro que é significativamente mais massivo.”

O co-autor Ilya Mandel, professor na Universidade Monash e do OzGrav (ARC Centre of Excellence in Gravitational Wave Discovery) disse que o buraco negro é tão massivo que está a desafiar o modo como os astrónomos pensam que foi formado.

“As estrelas perdem massa para o ambiente circundante por meio de ventos estelares que sopram da sua superfície. Mas para formar um buraco negro assim tão massivo, precisamos de diminuir a quantidade de massa que as estrelas brilhantes perdem durante as suas vidas,” explicou.

“O buraco negro no sistema Cygnus X-1 começou a sua vida como uma estrela com aproximadamente 60 vezes a massa do Sol e colapsou há dezenas de milhares de anos,” disse. “Incrivelmente, está a orbitar a sua estrela companheira – uma super-gigante – a cada cinco dias e meio a apenas um-quinto da distância entre a Terra e o Sol.

“Estas novas observações dizem-nos que o buraco negro tem mais de 20 vezes a massa do nosso Sol – um aumento de 50% em relação às estimativas anteriores.”

Xueshan Zhao é coautora do artigo e candidata a doutoramento que estuda no NAOC (National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences) em Pequim.

“Usando as medições actualizadas para a massa do buraco negro e a sua distância da Terra, fui capaz de confirmar que Cygnus X-1 gira incrivelmente depressa – muito perto da velocidade da luz e mais depressa do que qualquer outro buraco negro encontrado até à data,” acrescentou.

“Estou no início da minha carreira de investigação, portanto fazer parte de uma equipa internacional e ajudar a refinar as propriedades do primeiro buraco negro já descoberto foi uma grande oportunidade.”

Astronomia On-line
23 de Fevereiro de 2021


5192: Astrónomos publicam mapa que mostra 25.000 buracos negros super-massivos

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Mapa do céu que mostra 25.000 buracos negros super-massivos. Cada ponto é um buraco negro super-massivo na sua própria galáxia.
Crédito: LOFAR/Levantamento LOL

Uma equipa internacional de astrónomos publicou um mapa do céu mostrando mais de 25.000 buracos negros super-massivos. O mapa, a ser publicado na revista Astronomy & Astrophysics, é o mapa celeste mais detalhado no campo das chamadas baixas frequências de rádio. Os astrónomos usaram 52 estações com antenas LOFAR espalhadas por nove países europeus.

Estrelas ou buracos negros?

Para olhos não treinados, o mapa do céu parece conter milhares de estrelas, mas na verdade são buracos negros super-massivos. Cada buraco negro está localizado numa galáxia diferente e distante. As emissões de rádio são emitidas por matéria que foi ejectada ao se aproximar do buraco negro.

O líder de investigação, Francesco de Gasperin (anteriormente da Universidade de Leiden, Países Baixos, agora da Universidade de Hamburgo, Alemanha), diz acerca do estudo: “Este é o resultado de muitos anos de trabalho com dados incrivelmente difíceis. Tivemos que inventar novos métodos para converter os sinais de rádio em imagens do céu.”

Do fundo de uma piscina

As observações em longos comprimentos de onda de rádio são complicadas pela ionosfera que envolve a Terra. Esta camada de electrões livres age como uma lente turva que se move constantemente pelo radiotelescópio. O co-autor Reinout van Weeren (Observatório de Leiden) explica: “É parecido a tentarmos observar o mundo enquanto imersos numa piscina. Quando olhamos para cima, as ondas na água da piscina desviam os raios de luz e distorcem a vista.”

Mapa de todo o céu

O novo mapa foi criado combinando 256 horas de observações do céu do hemisfério norte. Os investigadores utilizaram supercomputadores com novos algoritmos que corrigem o efeito da ionosfera a cada quatro segundos. Huub Röttgering, director científico do Observatório de Leiden, é o autor final da publicação. Ele está encantado com os resultados: “depois de tantos anos de desenvolvimento de software, é maravilhoso ver que agora realmente funcionou.”

O novo mapa cobre 4% do céu do hemisfério norte. Os astrónomos planeiam continuar até que tenham mapeado todo o céu do hemisfério norte. Além dos buracos negros super-massivos, o mapa também fornece informações sobre a estrutura a larga escala do Universo, entre outras coisas.

Astronomia On-line
23 de Fevereiro de 2021


5189: O primeiro buraco negro descoberto é muito mais massivo do que pensávamos

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

(dr) International Centre for Radio Astronomy Research

Novas observações do primeiro buraco negro descoberto levou uma equipa de astrónomos a questionar o que sabem, afinal, sobre os objectos mais misteriosos do Universo.

Uma análise recente, na sequência de novas observações do sistema Cygnus X-1, revelaram que contém um buraco negro com quase 21 vezes a massa do Sol, ou seja, 50% mais massivo do que se pensava.

Os resultados foram publicados na Science no dia 18 de Fevereiro.

Os cientistas usaram o Very Long Baseline Array – um radiotelescópio do tamanho de um continente, feito de 10 antenas espalhadas pelos Estados Unidos – e uma técnica inteligente para medir distâncias no Espaço.

“Se pudermos ver o mesmo objecto de locais diferentes, podemos calcular a sua distância da Terra medindo a distância a que o objecto parece estar a mover-se em relação ao fundo”, explicou James Miller-Jones, da Curtin University e do International Centre for Radio Astronomy Research (ICRAR), citado pelo Phys.

“Durante seis dias, observamos uma órbita completa do buraco negro e usamos observações feitas do mesmo sistema com o mesmo conjunto de telescópios em 2011”, disse Miller-Jones.

“Este método e as nossas novas medições mostram que o sistema está mais distante do que se pensava, com um buraco negro que é significativamente mais massivo.”

Cygnus X-1 está localizado na Via Láctea, a cerca de 7.200 anos-luz da Terra, e tem uma órbita de 5,6 dias ao redor de uma estrela companheira super-gigante. Este detalhe significa que o buraco negro se desloca a uma velocidade extremamente rápida.

Ilya Mandel, da Monash University e do ARC Centre of Excellence in Gravitational Wave Discovery (OzGrav), disse que o buraco negro é tão grande que se torna um verdadeiro desafio para os astrónomos, nomeadamente tendo em conta tudo o que sabiam até agora sobre a formação de buracos negros.

“As estrelas perdem massa para o ambiente circundante através dos ventos estelares que sopram da sua superfície. Mas para fazer um buraco negro tão pesado, precisamos de reduzir a quantidade de massa que as estrelas brilhantes perdem durante as suas vidas”, explicou.

“O buraco negro no sistema Cygnus X-1 começou a vida como uma estrela com, aproximadamente, 60 vezes a massa do Sol e entrou em colapso há dezenas de milhares de anos. Incrivelmente, orbita a sua estrela companheira – uma super-gigante – a cada cinco dias e meio, a apenas um quinto da distância entre a Terra e o Sol”, acrescentou.

As novas observações confirmam que o buraco negro tem mais de 20 vezes a massa do nosso Sol, “um aumento de 50% nas estimativas anteriores“.

Por Liliana Malainho
23 Fevereiro, 2021


5162: Hubble descobre concentração de buracos negros pequenos

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Esta antiga “caixa de jóias” estelar, de nome NGC 6397, brilha com a luz de centenas de milhares de estrelas. Os astrónomos usaram o Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA para determinar a distância do enxame em 7800 anos-luz. NGC 6397 é um dos enxames globulares mais próximos da Terra.
As estrelas azuis do enxame estão perto do final das suas vidas. Estas estrelas esgotaram o seu combustível de hidrogénio que a faz brilhar. Agora estão a converter hélio em energia nos seus núcleos, que se funde a temperaturas mais altas e parece azul.
O brilho avermelhado é das estrelas gigantes vermelhas que consumiram o seu combustível de hidrogénio e cresceram em tamanho.
A miríade de objectos pequenos e esbranquiçados incluem estrelas como o nosso Sol.
Esta imagem é uma composição de exposições obtidas entre Julho de 2004 e Junho de 2005 com o instrumento ACS (Advanced Camera for Surveys) do Hubble. A equipa de investigação usou o instrumento WFC3 (Wide Field Camera 3) do Hubble para medir a distância do enxame.
Crédito: NASA, ESA e T. Brown e S. Casertano (STScI); reconhecimento: NASA, ESA e J. Anderson (STScI)

Os cientistas esperavam encontrar um buraco negro de massa intermédia no coração do enxame globular NGC 6397, mas ao invés encontraram aí escondidas evidências de uma concentração de buracos negros mais pequenos. Novos dados do Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA levaram à primeira medição da extensão de uma colecção de buracos negros num enxame globular de núcleo colapsado.

Os enxames globulares são sistemas estelares extremamente densos, nos quais as estrelas estão muito juntas. São também tipicamente muito antigos – o enxame globular que é o foco deste estudo, NGC 6397, é quase tão antigo quanto o próprio Universo. Reside a 7800 anos-luz de distância, tornando-o um dos enxames globulares mais próximos da Terra. Por causa do seu núcleo muito denso, é conhecido como um enxame de núcleo colapsado.

Quando Eduardo Vitral e Gary A. Mamon do Instituto de Astrofísica de Paris decidiram estudar o núcleo de NGC 6397, esperavam encontrar evidências de um buraco negro de massa intermédia. Estes são mais pequenos do que os buracos negros super-massivos que ficam nos núcleos de grandes galáxias, mas maiores do que os buracos negros de massa estelar formados pelo colapso de estrelas massivas. Os buracos negros de massa intermédia são o tão procurado “elo perdido” na evolução dos buracos negros e a sua mera existência é muito debatida, embora alguns candidatos já tenham sido encontrados.

Para procurar o buraco negro de massa intermédia, Vitral e Mamon analisaram as posições e velocidades das estrelas do enxame. Fizeram-no usando estimativas anteriores dos movimentos próprios das estrelas a partir de imagens do enxame obtidas pelo Hubble ao longo de vários anos, além dos movimentos próprios fornecidos pelo observatório espacial Gaia da ESA, que mede com precisão as posições, distâncias e movimentos de estrelas. O conhecimento da distância do enxame permitiu que os astrónomos traduzissem os movimentos próprios destas estrelas em velocidades.

“A nossa análise indicou que as órbitas das estrelas são quase aleatórias em todo o enxame globular, em vez de sistematicamente circulares ou muito alongadas,” explicou Mamon.

“Encontrámos evidências muito fortes de massa invisível nas densas regiões centrais do enxame, mas ficámos surpresos ao descobrir que esta massa extra não é pontual, mas estendida a alguns por cento do tamanho do enxame,” acrescentou Vitral.

Este componente invisível só poderia ser formado pelos remanescentes (anãs brancas, estrelas de neutrões e buracos negros) de estrelas massivas cujas regiões internas entraram em colapso sob a sua própria gravidade quando o seu combustível nuclear acabou. As estrelas afundaram progressivamente para o centro do enxame após interacções gravitacionais com estrelas vizinhas menos massivas, levando à pequena extensão da concentração de massa invisível. Usando a teoria da evolução estelar, os cientistas concluíram que a maior parte da concentração invisível é composta por buracos negros de massa estelar, em vez de anãs brancas ou estrelas de neutrões que são demasiado fracas para serem observadas.

Dois estudos recentes também propuseram que os remanescentes estelares e, em particular, os buracos negros de massa estelar, podiam povoar as regiões internas dos enxames globulares.

“O nosso estudo é a primeira descoberta a fornecer tanto a massa quanto a extensão do que parece ser uma colecção de buracos negros num enxame globular de núcleo colapsado,” disse Vitral.

“A nossa análise não teria sido possível sem ter os dados do Hubble para restringir as regiões internas do enxame e os dados do Gaia para restringir as formas orbitais das estrelas externas, que por sua vez restringem indirectamente as velocidades das estrelas de primeiro e segundo plano nas regiões internas,” acrescentou Mamon, atestando uma colaboração internacional exemplar.

Os astrónomos também observam que esta descoberta levanta a questão de saber se as fusões destes buracos negros em enxames globulares de núcleo colapsado podem ser uma fonte importante de ondas gravitacionais detectadas recentemente pela experiência LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory).

Astronomia On-line
19 de Fevereiro de 2021


5098: O mistério do buraco negro gigante que deixou de brilhar de repente foi (parcialmente) resolvido

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

L. Calçada / ESO

Em 2018, uma das luzes de raios-X mais brilhantes do céu escureceu. O buraco negro responsável por estas luzes vive em GRS 1915 + 105, um sistema estelar a 36 mil anos-luz da Terra, que contém uma estrela normal e o segundo buraco negro mais pesado conhecido na Via Láctea. 

Este buraco negro tem de 10 a 18 vezes a massa do Sol e é o segundo maior em massa, apenas atrás de Sagitário A*, o buraco negro super-massivo no centro da galáxia. A região ao redor do buraco negro GRS 1915 + 105 normalmente brilha com uma luz intensa de raios-X, ao alimentar-se da sua estrela companheira.

Conforme o material circula o dreno cósmico, as partículas esfregam-se, gerando energia antes de cair na escuridão no centro do buraco negro. Esse material rodopiante é o disco de acreção do buraco negro, que se ilumina com raios-X conforme o buraco negro devora mais alimentos.

No entanto, conta o LiveScience, em Julho de 2018, os cientistas viram algo surpreendente: a luz do GRS 1915 + 105 começou a diminuir. No início de 2019, a luz diminuiu ainda mais e nunca ninguém tinha visto nada parecido anteriormente.

“Sugerimos que este estado seja identificado como o estado obscuro“, escreveram os investigadores num novo artigo, que ainda não foi revisto por pares.

Noutras palavras, segundo os astrónomos, algo se interpôs entre a fonte de luz e o Telescópio Swift de raios-X que monitorizava o objecto, obscurecendo a visão do telescópio.

Muita luz ainda está a vir da região brilhante perto do horizonte de eventos do buraco negro, que os astrónomos às vezes chamam de “motor”, bem como o “disco de acreção” maior de matéria em queda. Porém, essa luz não está chegar à Terra da mesma forma que costumava fazer.

“A geometria de obscurecimento” – a natureza precisa da estrutura que está a bloquear a luz – “é difícil de discernir”, disse Mayura Balakrishnan, estudante de astronomia na Universidade de Michigan e principal autora do estudo.

Como nenhum telescópio existente consegue decifrar detalhes do sistema distante, Balakrishnan e a sua equipa tiveram de fazer inferências da forma como a luz vinda do GRS 1915 + 105 mudou de um dia para outro entre 2018 e 2019.

Buracos negros com grandes estrelas companheiras às vezes escurecem porque ventos estelares podem empurrar nuvens de gás para a frente das suas luzes.

“No caso de GRS 1915 + 105, a estrela companheira tem baixa massa e não tem ventos estelares massivos que criariam o gás obscurecedor observado”, explicou Balakrishnan.

Os investigadores concluíram que “há muito gás em alguma estrutura que espalha e bloqueia a luz vinda do motor central e do disco de acreção”. Assim, o que quer que esteja a bloquear a luz provavelmente vem do próprio disco de acreção.

Um dos maiores buracos negros super-massivos do Universo desapareceu

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A natureza dessa estrutura ainda é, no entanto, um mistério.

GRS 1915 + 105 é interessante para os astrónomos porque o seu motor de raios-X se assemelha a um modelo em escala dos motores que accionam muitos buracos negros super-massivos no centro de galáxias distantes.

A diferença é que o combustível para buracos negros super-massivos vem de nuvens de matéria nos seus núcleos galácticos, enquanto GRS 1915 + 105 extrai o seu combustível de uma estrela vizinha.

Assim, entender o que está a acontecer com este buraco negro pode lançar luz sobre o que está a acontecer aos objectos mais pesados do Universo.

Este estudo está disponível desde 1 de Janeiro na plataforma de pré-publicação ArXiv.

Por Maria Campos
10 Fevereiro, 2021


5038: Há buracos negros com “cabelo” (e pode ser “penteado”)

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

NASA/SOFIA/Lynette Cook

Uma nova investigação levada a cabo por cientistas do Theiss Research, da University of Massachusetts Dartmouth e da University of Rhode Island mostra que um tipo especial de buraco negro viola os princípios do teorema “sem cabelo”. 

Há uma categoria especial de buracos negros que desafiam os princípios do teorema “sem cabelo”. Segundo o Interesting Engineering, trata-se dos buracos negros extremos, um tipo de buraco negro “saturado” com a máxima carga ou rotação.

No fundo, a descoberta debruça-se sobre a existência de perturbações à volta do buraco negro que podem ser construídas a partir da curvatura do espaço-tempo no horizonte do buraco que é conservada. Além disso, o “cabelo” pode ser mensurável a partir da Terra.

Como tal característica depende do modo de formação do buraco negro, e não das suas três propriedades clássicas (massa, momento angular e carga eléctrica), coloca em causa a unicidade do buraco negro caracterizada pelo teorema “sem cabelo”.

O “cabelo gravitacional”, assim baptizado pela equipa, pode ser mensurável por observatórios de ondas gravitacionais, como o LIGO e LISA.

“Este novo resultado é surpreendente porque os teoremas de exclusividade estão bem estabelecidos, assim como, em particular, a sua extensão a buracos negros extremos”, explicou Lior Burko, do Theiss Research, em comunicado.

“Os teoremas da unicidade pressupõem a independência do tempo. Contudo, o fenómeno Aretakis viola explicitamente a independência do tempo ao longo do horizonte dos eventos. Esta é a lacuna pela qual o ‘cabelo’ pode saltar e ser ‘penteado’ a uma grande distância por um observatório de ondas gravitacionais”, afirmou.

A equipa chegou a estas conclusões depois de ter feito algumas simulações numéricas intensivas. Os cientistas usaram dezenas de unidades de processamento gráfico (GPU, que, por sua vez, podem realizar até sete biliões de cálculos por segundo) da corporação Nvidia com mais de cinco mil núcleos cada, em paralelo.

Este novo estudo, publicado no dia 26 de Janeiro na Physical Review D, demonstra que poderão haver novas maneiras de medir buracos negros e aprender mais sobre os mistérios do Universo.

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Um novo estudo demonstra que as perturbações em redor de um buraco negro podem roubar-lhe parte da energia e fazer crescer…

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ZAP ZAP //

Por ZAP
1 Fevereiro, 2021


5018: “Gémeos maléficos”. Misteriosas partículas podem estar a transformar estrelas em buracos negros

CIÊNCIA/ASTROFÍSICA/FÍSICA

University of Warwick/Mark Garlick

O Universo pode estar cheio de partículas “espelho” – e essas partículas indetectáveis podem estar a encolher as estrelas mais densas do cosmos, transformando-as em buracos negros.

Estes hipotéticos “gémeos maléficos” de partículas comuns experimentariam uma versão invertida das leis da Física. Um novo estudo revela que, se estas partículas existirem, podem estar a encolher as estrelas mais densas do Universo e a transformá-las em buracos negros.

De acordo com o LiveScience, várias simetrias fundamentais na natureza dão origem às leis da Física. Porém, uma delas, a simetria do reflexo, nem sempre é obedecida. A simetria do reflexo ocorre quando se vê a imagem no espelho de uma reacção física. Em quase todos os casos, obtém-se exactamente o mesmo resultado.

No entanto, nem sempre. O violador da simetria de reflexão é a força nuclear fraca. Sempre que a força fraca está envolvida numa interacção de partículas, a imagem espelhada dessa interacção parecerá diferente.

Os físicos não sabem por que a simetria do espelho está quebrada no nosso Universo. Alguns propuseram uma explicação radical: talvez não esteja estragada e estamos a olhar para o Universo da forma errada.

A simetria do espelho permite a existência de algumas partículas extras, que seriam uma cópia espelhada de cada partícula. Outros nomes para a matéria do espelho incluem “matéria da sombra” e “matéria de Alice”. O reflexo é preservado no Universo: a matéria comum realiza interacções com a mão esquerda e a matéria do espelho realiza interacções com a mão direita. Tudo se sincroniza ao nível matemático.

Os neutrões – e os seus “gémeos maléficos”

Como a única força que viola a simetria do espelho é a força nuclear fraca, essa é a única força que pode fornecer um “canal” para que a matéria regular comunique com as suas contrapartes no espelho. Porém, a força é muito fraca, por isso, mesmo se o Universo estivesse inundado com partículas espelhadas, seriam quase imperceptíveis.

Muitas experiências concentraram-se em partículas neutras – neutrões. Os físicos teóricos preveem que um campo gravitacional muito forte pode aumentar a ligação entre neutrões e neutrões espelho. A natureza já criou um dispositivo experimental para caçar matéria espelhada: estrelas de neutrões.

Estas estrelas são os núcleos remanescentes de estrelas gigantes. São extraordinariamente densas e extremamente pequenas. O novo estudo propõe que, com a abundância de neutrões e o campo gravitacional extremo, os neutrões podem estar a transformar-se ocasionalmente em neutrões espelho.

Segundo os cientistas, quando um neutrão se transforma num neutrão espelho, algumas coisas acontecem. O neutrão espelho ainda está pendurado dentro da estrela – está gravitacionalmente ligado e, portanto, não pode ir a lado nenhum. O neutrão espelho tem uma influência gravitacional própria, por isso a estrela não evapora.

Porém, os neutrões espelho não participam nas interacções que os cientistas detectam nas estrelas de neutrões, por isso, isso muda a química interna. Estes neutrões fazem parte de uma vida de “estrela de neutrões espelho”, com o seu próprio conjunto de interacções atómicas, mas essa vida está oculta.

À medida que os neutrões se convertem em neutrões espelho, a estrela encolhe. Numa proporção de 1:1 de neutrões regulares para neutrões espelho, a estrela de neutrões fica cerca de 30% mais pequena.

As estrelas de neutrões podem sustentar-se com o peso esmagador da sua própria gravidade por um processo mecânico quântico chamado pressão de degeneração. No entanto, essa pressão tem um limite e, com menos neutrões regulares, esse limite diminui.

Se uma estrela tivesse uma proporção de 1:1 de neutrões comuns para neutrões espelho, a massa máxima das estrelas de neutrões no Universo seria cerca de 30% menos massiva do que se esperaria.

Se fosse mais massivo do que isso, as estrelas de neutrões entrariam em colapso e transformar-se-iam em buracos negros.

O caso, porém, não está encerrado: o Universo é antigo e não se sabe de quanto tempo este processo de mudança pode durar. É possível que não tenha havido tempo suficiente para as estrelas de neutrões fazerem a troca. Assim, ao encontrar e observar mais estrelas de neutrões, os cientistas podem encontrar um sinal de um espelho oculto do Universo.

Este estudo, que ainda não foi revisto por pares, está disponível desde Dezembro na plataforma de pré-publicação arXiv.

Por Maria Campos
29 Janeiro, 2021


5014: Astrónomos sugerem que existem buracos negros “estupendamente grandes”

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

LIGO

Já existem buracos negros super-massivos e ultra-massivos. Mas, de acordo com um novo estudo, pode haver até uma nova categoria: buracos negros estupendamente grandes.

De acordo com o site Science Alert, estes hipotéticos buracos negros – maiores do que 100 mil milhões de vezes a massa do Sol – foram explorados num novo estudo científico que os chama de SLABs, sigla em inglês para “buracos negros estupendamente grandes”.

“Já sabemos que os buracos negros existem numa vasta gama de massas, com o exemplo de um buraco negro super-massivo de quatro milhões de massas solares a residir no centro da nossa própria galáxia”, explicou o astrónomo Bernard Carr, da Queen Mary University London, no Reino Unido.

Embora não haja ainda evidências da existência dos SLABs, é concebível que possam existir e também residir fora das galáxias no espaço intergaláctico, com consequências observacionais interessantes”, acrescentou.

“No entanto, surpreendentemente, a ideia dos SLABs tem sido amplamente negligenciada até agora. Nós propusemos opções para como se podem formar e esperamos que o nosso trabalho comece a motivar discussões dentro da comunidade.”

O problema, escreve o mesmo site, é que os cientistas ainda não sabem muito bem como é que os buracos negros realmente grandes se formam e crescem. Uma possibilidade é a teoria dos buracos negros primordiais.

Proposta pela primeira vez em 1966, esta teoria defende que a densidade variável do Universo primitivo poderia ter produzido aberturas tão densas, que desabaram em buracos negros. Estes não estariam sujeitos às restrições de tamanho de buracos negros de estrelas colapsadas e poderiam ser extremamente pequenos ou estupendamente grandes.

Portanto, com base neste modelo, a equipa calculou exactamente o quão estupendamente grandes estes buracos negros poderiam ser, entre 100 mil milhões e um trilião de massas solares.

O propósito deste estudo, publicado a 24 de Novembro na revista científica Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, segundo os cientistas, foi considerar o efeito de tais buracos negros no espaço à sua volta. Porque embora não sejamos capazes de ver SLABs de forma directa, os objectos massivos invisíveis ainda podem ser detectados com base na forma como o espaço ao seu redor se comporta.

A gravidade, por exemplo, curva o espaço-tempo, o que faz com que a luz que viaja por essas regiões também siga um caminho curvo. Este efeito, chamado de lente gravitacional, pode ser usado para detectar SLABs no espaço intergaláctico, considera a equipa.

Além disso, estes objectos enormes também teriam implicações para detectar matéria escura. As partículas massivas de interacção fraca (WIMPs), por exemplo, acumular-se-iam na região à volta de um SLAB devido à imensa gravidade, em tais concentrações que colidiriam e se aniquilariam, criando um halo de radiação gama.

E a verdade é que os buracos negros primordiais são, eles próprios, candidatos à matéria escura. “Os próprios SLABs não poderiam fornecer a matéria escura. Mas se eles existirem mesmo, isso teria implicações importantes para o Universo primitivo e tornaria plausível que buracos negros primordiais mais leves pudessem fazê-lo”, concluiu Carr.

ZAP //

Por ZAP
28 Janeiro, 2021


4969: Físicos propõem método para extrair energia de buracos negros (e pode ser usado pela humanidade no futuro)

CIÊNCIA/FÍSICA/BURACOS NEGROS/ASTROFÍSICA

NASA / CXC / M. Weiss

Dois físicos do Chile e dos Estados Unidos acreditam que, um dia, os humanos poderão aproveitar a enorme energia que os buracos negros abrigam para seu proveito.

A teoria da relatividade geral de Einstein – que conecta espaço, tempo e gravidade – previa que buracos negros em rotação têm enormes quantidades de energia.

Nos últimos 50 anos, os cientistas tentaram criar métodos para libertar esse poder. O físico Roger Penrose teorizou que a desintegração de uma partícula poderia extrair energia de um buraco negro. Stephen Hawking propôs que os buracos negros poderiam libertar energia através da emissão da mecânica quântica. Já Roger Blandford e Roman Znajek sugeriram o torque electromagnético como o principal agente de extracção de energia.

Agora, os físicos Luca Comisso, da Universidade de Columbia, e Felipe Asenjo, da Universidad Adolfo Ibáñez, encontraram uma nova forma de extrair energia de buracos negros, quebrando e reunindo linhas de campo magnético perto do horizonte de eventos, o ponto de onde nada consegue escapar à atracção gravitacional do buraco negro.

“Os buracos negros são normalmente cercados por uma ‘sopa’ quente de partículas de plasma que carregam um campo magnético”, disse Luca Comisso, em comunicado. “A nossa teoria mostra que, quando as linhas do campo magnético se desconectam e se reconectam, da forma certa, podem acelerar as partículas de plasma para energias negativas e grandes quantidades de energia de buraco negro podem ser extraídas.”

Esta descoberta pode permitir aos astrónomos estimar melhor a rotação dos buracos negros, conduzir as emissões de energia dos buracos negros e pode até fornecer uma fonte de energia para as necessidades de uma civilização avançada, segundo Comisso.

Comisso e Asenjo construíram a teoria com base na premissa de que a reconexão de campos magnéticos acelera as partículas de plasma em duas direcções diferentes. Um fluxo de plasma é empurrado contra a rotação do buraco negro, enquanto o outro é impulsionado na direcção do buraco negro e pode escapar, o que liberta energia se o plasma engolido pelo buraco negro tiver energia negativa.

“É como se uma pessoa perdesse peso a comer doces com calorias negativas”, disse Comisso, que explicou que um buraco negro perde energia ao comer partículas de energia negativa. “Isso pode parecer estranho, mas pode acontecer numa região chamada ergosfera, onde o contínuo do espaço-tempo gira tão depressa que todos os objectos giram na mesma direcção do buraco negro”.

Dentro da ergosfera, a reconexão magnética é tão extrema que as partículas de plasma são aceleradas a velocidades próximas da velocidade da luz. Segundo Asenjo, a alta velocidade relativa entre os fluxos de plasma capturados e em fuga é o que permite ao processo proposto extrair grandes quantidades de energia do buraco negro.

“Calculamos que o processo de energização de plasma pode atingir uma eficiência de 150%, muito maior do que qualquer central na Terra”, disse Asenjo. “Alcançar uma eficiência superior a 100% é possível porque os buracos negros libertam energia, que é dada gratuitamente ao plasma que escapa do buraco negro.”

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Este processo de extracção de energia pode já estar a acontecer num grande número de buracos negros. Isso pode estar a causar erupções dos buracos negros – explosões poderosas de radiação que podem ser detectadas da Terra.

Para os investigadores, a mineração de energia de buracos negros pode ser a resposta para as nossas necessidades futuras de energia. “Daqui a milhares ou milhões de anos, a humanidade poderá sobreviver ao redor de um buraco negro sem aproveitar a energia das estrelas”, disse Comisso. “É um problema essencialmente tecnológico. Se olharmos para a física, não há nada que o impeça”.

Este estudo foi publicado este mês na revista científica Physical Review D.

Por Maria Campos
19 Janeiro, 2021


4966: O que acontece aos buracos negros após a colisão de três galáxias?

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Apesar do muito que se sabe e vai sabendo sobre o universo, a verdade é que ainda existe muito por desbravar. Por exemplo, após uma colisão de três galáxias, é uma incógnita aquilo que acontece aos buracos negros que lhes pertencem.

Então, um estudo recente revela novas informações sobre os buracos negros que estão a crescer após a colisão de três galáxias.

Buracos negros após colisão de três galáxias

Está a ser elaborado um novo estudo a partir de informações recolhidas pelo Chandra X-ray Observatory da NASA e vários outros telescópios. Conforme se sabe, dá conta de novas informações sobre os buracos negros que estão a crescer após a colisão de três galáxias.

Aliás, os astrónomos pretendem aprender mais sobre colisões galácticas. Isto, porque as fusões subsequentes são uma forma de as galáxias e os seus buracos crescerem ao longo do período cósmico.

Tem havido muitos estudos sobre o que acontece aos buracos negros super-massivos quando duas galáxias se fundem. O nosso é um dos primeiros a olhar sistematicamente para o que acontece aos buracos negros quando três galáxias se juntam.

Disse Adi Foord, da Universidade de Stanford e líder do estudo.

Então, cruzando arquivos da missão WISE da NASA e da Sloan Digital Sky Survey com o Chandra X-ray Observatory, ela e os colegas conseguiram identificar sistemas de fusões triplas de galáxias. Aliás, através deste recurso, encontraram sete fusões triplas de galáxias localizadas entre 370 milhões e mil milhões de anos-luz da Terra.

Software para localizar buracos negros

Recorrendo a software especializado que Adi Foord desenvolveu, a equipa analisou os dados do Chandra X-ray Observatory, incidindo nestes sistemas de fusões triplas de galáxias, de forma a detectar fontes de raios-X que marcam a localização de crescentes buracos super-massivos.

Ou seja, à medida que o material se dirige para um, aquele é aquecido a milhões de graus, originando raios-X.

Então, é exactamente por esta razão que o Chandra X-ray Observatory e o software são o trunfo do estudo: a visão muito nítida do primeiro é capaz de localizar buracos negros crescentes em fusões. De outra forma, essas fontes de raios-X tornam-se difíceis de detectar, pois, de tão juntas, tornam as imagens fracas. Além do software de Foord que consegue, então, detectar correctamente essas fontes.

Estudos que ajudam a perceber fenómeno das fusões de três galáxias

Das sete fusões triplas de galáxias em estudo, os resultados apresentados pela equipa mostram que uma possui um buraco negro super-massivo em crescimento, quatro possuem buracos negros super-massivos em crescimento duplo e uma possui um tríplice. Enquanto isso, a sétima parece ter sido concluída sem nenhuma emissão de raios-X detectada a partir dos buracos super-massivos.

Por que nos preocupamos com a percentagem de impacto destes buracos negros? Porque estas estatísticas podem dizer-nos mais sobre como crescem os buracos negros e as galáxias onde eles habitam.

Garantiu Jessie Runnoe da Universidade de Vanderbilt, em Nashville, Tennessee, e co-autora do estudo.

Nos dados do Chandra, os investigadores encontraram evidências de fontes de raios-X brilhantes como candidatas ao crescimento de buracos negros super-massivos. Portanto, completaram-nos com dados de outros telescópios e confirmaram a existência de múltiplos buracos nas galáxias que se fundiram.

Aliás, os dados recolhidos pelo Chandra e pelo WISE mostram que o sistema com crescentes buracos negros super-massivos tem a maior quantidade de pó e gás. Isto, tendo em conta simulações teóricas de fusões feitas a partir de computador que sugerem que níveis mais elevados de gás perto de buracos são mais susceptíveis a desencadear um rápido crescimento.

Estudos de fusões triplas podem ajudar os cientistas a compreender se pares de buracos negros super-massivos se podem aproximar de tal forma que provocam ondulações chamadas ondas gravitacionais. Posteriormente, a energia perdida por essas ondas poderá causar uma fusão inevitável.

Porém, apesar dos buracos de massa estelar criarem ondas gravitacionais e se fundirem, não há certezas quanto ao processo dos super-massivos.

Evitar o “pesadelo”

Existe um cenário apelidado de “pesadelo”, onde os buracos negros super-massivos não podem perder energia para se aproximarem e criarem as ditas ondas gravitacionais. Porém, as interacções gravitacionais de um terceiro buraco negro super-massivo poderão impedir este processo.

Então, para os investigadores, os estudos que abordam os buracos negros super-massivos localizados na fusão de três galáxias são muito importantes para compreender todo o cenário.

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Autor: Ana Sofia
18 Jan 2021


4917: Buraco negro super-massivo na Via Láctea pode ter arrancado partes de estrelas (e mudado a sua cor)

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

NASA / CXC / Univ. of Wisconsin / Y.Bai, et al.

Inúmeras estrelas residem a 1,6 anos-luz do buraco negro super-massivo no centro da Via Láctea. Porém, essa vizinhança populosa tem menos gigantes vermelhas – estrelas luminosas grandes e frias – do que o esperado.

De acordo com o ScienceNews, agora, os astrofísicos têm uma nova teoria que pode explicar a falta de gigantes vermelhas na vizinhança do buraco negro super-massivo que vive no centro da Via Láctea.

Segundo os cientistas, o buraco negro super-massivo, Sagitário A*, lançou um poderoso jacto de gás que arrancou as camadas externas das gigantes vermelhas. Isso transformou as estrelas em gigantes vermelhas mais pequenas ou estrelas que são mais quentes e azuis, sugeriu Michal Zajaček, astrofísico da Academia Polaca de Ciências em Varsóvia.

Actualmente, o Sagitário A* está sossegado, mas há duas enormes bolhas de gás emissoras de raios gama enraizadas no centro da Via Láctea, acima e abaixo do plano da galáxia. Essas bolhas de gás indicam que o buraco negro ganhou vida há cerca de quatro milhões de anos, quando algo caiu dentro dele.

Naquela época, um disco de gás ao redor do buraco negro lançou um poderoso jacto de material na sua vizinhança repleta de estrelas, propõem Zajaček e os seus colegas. “O jacto actua preferencialmente em grandes gigantes vermelhas. Podem ser efectivamente arrebatadas pelo jacto“, disse Zajaček.

As gigantes vermelhas são vulneráveis ​​porque são grandes e os seus envoltórios de gás ténues. Uma gigante vermelha forma-se a partir de uma estrela mais pequena após o centro da estrela ter ficado tão cheio de hélio que já não pode continuar a queimar o seu combustível de hidrogénio.

Em vez disso, a estrela começa a queimar hidrogénio numa camada ao redor do centro, o que faz com que as camadas externas da estrela se expandam, fazendo com que a sua superfície arrefeça e fique vermelha.  Como resultado, algumas gigantes vermelhas têm mais de 100 vezes o diâmetro do Sol, sendo, portanto, mais vulneráveis a ser atingidas por jactos.

Ainda assim, Zajaček disse que as gigantes vermelhas que orbitam o buraco negro devem passar pelo jacto centenas ou milhares de vezes antes de se tornarem estrelas azuis e quentes. O jacto é mais eficaz na remoção de gigantes vermelhas dentro de 0,13 anos-luz do buraco negro, segundo a equipa.

“A ideia é plausível”, disse Farhad Yusef-Zadeh, astrónomo da Northwestern University, que não esteve envolvido no estudo. Já Tuan Do, astrónomo da UCLA, acrescentou que “pode ser necessária uma combinação de vários desses tipos de mecanismos para explicar totalmente a falta dos gigantes vermelhos”. Segundo ele, algo diferente de um jacto pode ser responsável pela escassez de gigantes vermelhas mais distantes do buraco negro.

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Um candidato, segundo Zajaček e Do, é um grande disco de gás que circulava o buraco negro há alguns milhões de anos. Este disco gerou estrelas que orbitam o buraco negro num único plano. Essas estrelas jovens existem a uma distância de até 1,6 anos-luz do buraco negro, que também é a extensão da lacuna das gigantes vermelhas.

Conforme as gigantes vermelhas giravam em torno do buraco negro e mergulhavam repetidamente no disco, o seu gás pode ter rasgado as suas camadas externas, explicando outra parte da escassez de estrelas vermelhas no centro da galáxia.

Este estudo foi publicado em Novembro na revista científica The Astrophysical Journal.

Por Maria Campos
6 Janeiro, 2021


4855: Abell 2261: à procura de um buraco negro gigante desaparecido

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Esta imagem de Abell 2261 contém dados de raios-X pelo Chandra que mostra gás quente permeando o enxame bem como dados ópticos pelo Hubble e pelo Subaru que mostram as galáxias do enxame e galáxias no plano de fundo. Os astrónomos usaram estes telescópios para procurar, na galáxia no centro da imagem, evidências de um buraco negro com uma massa estimada entre 3 e 100 mil milhões de vezes a massa do Sol. Não encontraram sinais do buraco negro, aprofundando o mistério do que está a acontecer neste sistema.
Crédito: raios-X – NASA/CXC/Universidade do Michigan/K. Gültekin; ótico – NASA/STScI e NAOJ/Subaru; infravermelho – NSF/NOAO/KPNO; rádio – NSF/NOAO/VLA

O paradeiro de um buraco negro super-massivo acabou de ficar mais misterioso.

Apesar da procura com o Observatório de raios-X Chandra e com o Telescópio Espacial Hubble, os astrónomos não conseguem encontrar um buraco negro distante com uma massa estimada entre 3 mil milhões e 100 mil milhões de vezes a massa do Sol.

Este buraco negro ausente deve estar na enorme galáxia no centro do enxame galáctico Abell 2261, localizado a aproximadamente 2,7 mil milhões de anos-luz da Terra. Esta imagem composta de Abell 2261 contém dados ópticos do Hubble e do Telescópio Subaru, mostrando galáxias do enxame e galáxias no plano de fundo, e dados do Chandra, mostrando gás quente (em tons de cor-de-rosa) permeando o enxame. O meio da imagem mostra a grande galáxia elíptica no centro do aglomerado.

Quase todas as grandes galáxias do Universo contêm um buraco negro super-massivo no seu centro, com uma massa milhões ou milhares de milhões de vezes a do Sol. Já que a massa de um buraco negro central geralmente acompanha a massa da própria galáxia, os astrónomos esperam que a galáxia no centro de Abell 2261 contenha um buraco negro super-massivo que rivaliza com a massa de alguns dos maiores buracos negros conhecidos no Universo.

Usando dados do Chandra obtidos em 1999 e 2004, os astrónomos já haviam procurado, no centro da grande galáxia central de Abell 2261, sinais de um buraco negro super-massivo. Procuraram material que foi super-aquecido enquanto caía em direcção ao buraco negro e que produziu raios-X, mas não detectaram tal fonte.

Agora, com novas e mais longas observações do Chandra obtidas em 2018, uma equipa liderada por Kayhan Gultekin da Universidade do Michigan em Ann Arbor realizou uma busca mais profunda pelo buraco negro no centro da galáxia. Também consideraram uma explicação alternativa, na qual o buraco negro foi ejectado do centro da galáxia hospedeira. Este evento violento pode ter resultado da fusão de duas galáxias para formar a galáxia observada, acompanhada pela fusão dos dois buracos negros de cada galáxia num enorme buraco negro.

Quando os buracos negros se fundem, produzem ondulações no espaço-tempo chamadas ondas gravitacionais. Se a enorme quantidade de ondas gravitacionais geradas por tal evento fosse mais forte numa direcção do que noutra, a teoria prevê que o novo buraco negro ainda mais massivo teria sido enviado para longe do centro da galáxia na direcção oposta. É o que se chama de buraco negro em recuo.

Os astrónomos não encontraram evidências definitivas de buracos negros em recuo e nem se sabe se os buracos negros super-massivos chegam perto o suficiente uns dos outros para produzir ondas gravitacionais e se fundirem; até agora, os astrónomos apenas verificaram as fusões de buracos negros muito mais pequenos. A detecção de buracos negros super-massivos em recuo encorajaria os cientistas a usar e desenvolver observatórios para procurar ondas gravitacionais de buracos negros super-massivos que se fundem.

Abell 2261 é um excelente enxame no qual procurar um buraco negro em recuo porque existem dois sinais indirectos da fusão entre dois buracos negros super-massivos. Em primeiro lugar, os dados das observações ópticas do Hubble e do Subaru revelam um núcleo gigantesco – a região central onde o número de estrelas na galáxia, numa dada região, está perto ou é igual ao valor máximo – que é muito maior do que o esperado para uma galáxia do seu tamanho. O segundo sinal é que a concentração mais densa de estrelas na galáxia está a mais de 2000 anos-luz de distância do centro galáctico, o que é surpreendentemente distante.

Estas características foram identificadas pela primeira vez por Marc Postman do STScI (Space Telescope Science Institute) e colaboradores nas suas imagens anteriores pelo Hubble e pelo Subaru, e levaram-nos a sugerir a ideia de um buraco negro fundido em Abell 2261. Durante uma fusão, o buraco negro super-massivo de cada galáxia “afunda” em direcção ao centro da galáxia recém-coalescida. Se ficarem ligados um ao outro pela gravidade e a sua órbita começar a encolher, espera-se que os buracos negros interajam com as estrelas circundantes e as ejectem do centro da galáxia. Isto explicaria o grande núcleo de Abell 2261. A concentração estelar fora do centro também pode ter sido causada por um evento violento, como a fusão de dois buracos negros super-massivos e o subsequente recuo de um único e maior buraco negro resultante.

Embora existam indícios da ocorrência de uma fusão entre buracos negros, nem os dados do Chandra nem os do Hubble mostram evidências do próprio buraco negro. Gultekin e a maioria dos seus co-autores, liderados por Sarah Burke-Spolaor da Universidade da Virgínia Ocidental, já haviam usado o Hubble para procurar um aglomerado de estrelas que pode ter sido transportado por um buraco negro em recuo. Estudaram três aglomerados perto do centro da galáxia e examinaram se os movimentos das estrelas nesses aglomerados são altos o suficiente para sugerir que contêm um buraco negro com dez mil milhões de vezes a massa do Sol. Não encontraram evidências claras de um buraco negro em dois dos aglomerados e as estrelas no outro eram demasiado fracas para produzir conclusões úteis.

Também estudaram previamente observações de Abell 2261 com o VLA (Karl G. Jansky Very Large Array) da NSF. A emissão de rádio detectada perto do centro da galáxia mostrou evidências de actividade de um buraco negro super-massivo ocorrida há 50 milhões de anos, mas não indica que o centro da galáxia actualmente contém um buraco negro.

Voltaram-se então para o Chandra em busca de material que havia sido super-aquecido e produzido raios-X ao cair em direcção ao buraco negro. Embora os dados do Chandra tenham revelado que o gás quente mais denso não estava no centro da galáxia, não revelaram nenhuma possível assinatura de raios-X de um buraco negro em crescimento – não foi encontrada nenhuma fonte de raios-X no centro do enxame galáctico, ou em qualquer um dos aglomerados estelares, ou no local da emissão de rádio.

Os autores concluíram que ou não há nenhum buraco negro nestes locais ou que está a puxar o material demasiado devagar para produzir um sinal de raios-X detectável.

O mistério da localização deste gigantesco buraco negro continua. Embora a procura não tenha sido bem-sucedida, permanece a esperança para os astrónomos que procurem este buraco negro super-massivo no futuro. Uma vez lançado, o Telescópio Espacial James Webb poderá revelar a presença de um buraco negro super-massivo no centro da galáxia ou num dos aglomerados de estrelas. Se o Webb não conseguir encontrar o buraco negro, então a melhor explicação é que o buraco negro recuou bem para fora do centro da galáxia.

Astronomia On-line
22 de Dezembro de 2020