4346: Físicos descobrem forma de viajar através de um buraco no espaço-tempo (sem morrer)

CIÊNCIA/ASTROFÍSICA/FÍSICA

Kjordand / Wikimedia

Uma equipa de físicos do Instituto de Estudos Avançados de Nova Jérsia e da Universidade de Princeton descobriu algo que parecia impossível até agora: uma forma “segura” de enviar uma pessoa viva por um buraco no espaço-tempo.

Os buracos no espaço-tempo são hipotéticos “túneis” entre buracos negros que conectam regiões distantes do Universo e cuja existência é prevista pela Teoria da Relatividade Geral de Albert Einstein.

Estudos anteriores tinham concluído ser difícil, senão impossível, viajar através de buracos no espaço-tempo. Aliás, até a própria Relatividade Geral, que descreve o comportamento da gravidade e do espaço-tempo, estabelece que os buracos, se existirem, seriam extremamente pequenos e que se fechariam sempre que algo caísse neles.

No entanto, Juan Maldacena e Alexey Milekhin descobriram uma forma pela qual buracos no espaço-tempo “percorríveis” poderiam existir – e tudo sem violar nenhuma das leis da física conhecidas. Para isso, segundo os investigador, bastaria “incluir uma dimensão adicional”.

Maldacena e Milekhin calcularam que, se houvesse uma dimensão “extra” do espaço-tempo, implicaria a existência de um grande número de campos quânticos. As flutuações nesses campos produziriam a energia negativa necessária para evitar que o buraco entre em colapso e feche.

Por outro lado, segundo Maldacena, não há evidência de que estes campos quânticos adicionais existam, apesar de serem teoricamente possíveis. Isto levanta outra questão: seria viável “fabricá-los” artificialmente?

Há duas possibilidade: que o processo ocorra naturalmente, o que é extremamente improvável; ou que seja possível criá-lo artificialmente. Em teoria, algo assim só poderia ser feito com matéria comum e efeitos quânticos. Embora, de acordo com os investigadores, o esforço necessário provavelmente não valesse a pena.

Segundo explicaram Daniel Jefferis, Ping Gao e o físico de Stanford Aron Wall em 2017, de acordo com o jornal espanhol ABC, a “desvantagem” é que seria necessário encontrar dois buracos negros perfeitamente emaranhados. No entanto, parece altamente improvável que tal coisa exista na natureza.

O próximo passo seria atirar uma pessoa num deles, medir a radiação Hawking emitida pelo buraco e, depois, levá-la (por métodos convencionais) para o segundo buraco para manipulá-la e fazer a pessoa sair novamente. Assim, demoraria mais do que fazer a viagem directamente pelo Espaço.

No entanto, segundo a Relatividade Geral, o tempo passaria de forma muito diferente para a pessoa dentro do buraco. Do seu ponto de vista, a viagem não demoraria muito. Porém, fora do buraco, todos os familiares e conhecidos teriam envelhecido. Assim, o viajante ressurgiria pelo segundo buraco num mundo totalmente diferente àquele que deixou.

Físicos acreditam que seriam capazes de o resgatar de um buraco negro (mas não arrisque)

Um físico da Universidade de Harvard afirma que os wormholes são túneis que permitem cortar caminho no Universo. Por esse…

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Além desse “pequeno incómodo”, a viagem não apresentaria grandes problemas: o viajante perceberia como acelera devagar até atingir uma velocidade vertiginosa, próxima da da luz, e depois diminui até voltar a emergir.

Segundo Maldacena, a viagem seria bastante segura desde que o buraco estivesse totalmente limpo. Caso contrário, cair significaria morte certa. “Contanto que se viaje a uma velocidade próxima à da luz, qualquer partícula ou grão de poeira, ou qualquer outra coisa que nos atingir seria problemática. Mesmo um simples fotão poderia causar problemas”, explicou o investigador.

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

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17 Setembro, 2020

 

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4313: O Universo pode estar cheio de bizarras estrelas transparentes (a fingirem ser buracos negros)

CIÊNCIA/ASTRONOMIA/ASTROFÍSICA

NASA

No ano passado, a comunidade científica viu, pela primeira vez, uma fotografia real de um buraco negro. Agora, para uma equipa de astrofísicos liderada por Hector Olivares, da Radboud University e da Goethe University, a questão é: como sabemos que M87* é verdadeiramente um buraco negro?

“Embora a imagem seja consistente com as nossas expectativas sobre a aparência de um buraco negro, é importante ter certeza de que o que estamos a ver é realmente o que pensamos”, disse Olivares, em declarações ao ScienceAlert.

“Da mesma forma que os buracos negros, as estrelas exóticas são previstas pela relatividade geral e podem crescer até milhões de massas solares e atingir uma compactação muito alta. O facto de partilharem essas características com buracos negros super-massivos levou alguns autores a propor que alguns dos objectos compactos super-massivos localizados no centro das galáxias podem, na verdade, ser estrelas exóticas”, explicou o investigador.

Num novo estudo, Olivares e a sua equipa calcularam a aparência de uma estrela exótica para um telescópio e quão diferente de uma imagem de um buraco negro em formação.

As estrelas exóticas estão entre os objectos teóricos mais estranhos que existem. Não são parecidas com estrelas convencionais, excepto pelo facto de serem globos de matéria. Enquanto as estrelas são compostas principalmente de partículas chamadas férmiões – protões, neutrões, electrões -, as estrelas exóticas são feitas de bosões. Essas partículas não seguem as mesmas regras físicas do férmiões.

Os fermiões estão sujeitos ao princípio de exclusão de Pauli, o que significa que não se pode ter duas partículas idênticas a ocupar o mesmo espaço. Por outro lado, os bosões podem ser sobrepostos. Quando vêm juntos, agem como uma grande partícula ou onda de matéria.

No entanto, nunca foram identificados bosões coma massa necessária para formar uma estrutura estável – muito menos com a massa de um buraco negro super-massivo.

As estrelas exóticas não fundem núcleos e não emitem nenhuma radiação. Apenas estão no Espaço – tal como os buracos negros. Porém, ao contrário dos buracos negros, as estrelas exóticas seriam transparentes – não têm uma superfície absorvente que pare os fotões nem têm um horizonte de eventos. Os fotões podem escapar das estrelas exóticas, embora o seu caminho possa ser um pouco dobrado pela gravidade.

Algumas estrelas exóticas podem estar rodeadas por um anel giratório de plasma – semelhante ao disco de acreção que envolve um buraco negro.

Olivares e a equipa realizaram simulações da dinâmica desses anéis de plasma e compararam-nas com o que poderíamos esperar de um buraco negro. “A configuração do plasma que usamos não é feita sob suposições razoáveis, mas resulta de uma simulação da dinâmica do plasma. Isso permite que o plasma evolua no tempo e forme estruturas como o faria na natureza”, disse Olivares.

“Desta forma, poderíamos relacionar o tamanho da região escura nas imagens da estrela exótica (que imita a sombra de um buraco negro) ao raio onde a instabilidade do plasma para de operar. Por sua vez, isso significa que o tamanho da região escura não é arbitrário – vai depender das propriedades do espaço-tempo da estrela exótica – e também permite prever o seu tamanho para outras estrelas exóticas que não simulámos”.

Os investigadores descobriram que a sombra da estrela exótica seria significativamente menor do que a sombra de um buraco negro de massa semelhante. Assim, descartaram M87* como uma estrela exótica.

Por outro lado, estes resultados podem ser comparados a futuras observações para determinar se o que se está a ver é, de facto, um buraco negro super-massivo.

Este estudo foi publicado em Julho na revista científica Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

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12 Setembro, 2020

 

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4294: Detectados jactos quentes “impossíveis” num buraco negro do Enxame de Fénix

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

NAOJ

Usando o Australia Telescope Compact Array (ATCA), uma equipa de astrónomos detectou jactos de plasma vindos de um buraco negro super-massivo na galáxia central do aglomerado de Fénix.

Uma equipa de astrónomos detectou jactos de gás quente lançados por um buraco negro na galáxia no coração do Aglomerado de Galáxias de Fénix, localizado a 5,9 mil milhões de anos-luz de distância, na constelação de Fénix.

As galáxias não estão distribuídas aleatoriamente no Espaço. Através da atração gravitacional mútua, as galáxias reúnem-se para formar colecções conhecidas como aglomerados. O espaço entre as galáxias não está totalmente vazio. Há um gás muito diluído em todo o aglomerado que pode ser detectado por observações de raios-X.

Se esse gás arrefecesse, condensar-se-ia sob a sua própria gravidade para formar estrelas no centro do aglomerado. No entanto, o gás arrefecido e as estrelas não são geralmente observados nos corações dos aglomerados próximos, indicando que algum mecanismo deve estar a aquecer o gás e a evitar a formação de estrelas.

Um candidato potencial para a fonte de calor são os jactos de gás em alta velocidade acelerados por um buraco negro super-massivo na galáxia central.

O Aglomerado de Galáxias de Fénix é incomum porque mostra sinais de gás arrefecido denso e formação de estrelas massivas ao redor da galáxia central, o que levanta a questão: “a galáxia central também tem jactos de buracos negros?”

Uma equipe liderada por Takaya Akahori no Observatório Astronómico Nacional do Japão usou o Australia Telescope Compact Array (ATCA) para procurar jactos de buraco negro no Aglomerado de Galáxias de Fénix com a maior resolução até hoje. Os investigadores detectaram estruturas correspondentes que se estendem de lados opostos da galáxia central.

Os dados mostram que as estruturas correspondem a cavidades de gás menos denso, indicando que são um par de jactos bipolares emitidos por um buraco negro na galáxia.

Assim, a equipa descobriu o primeiro exemplo em que o arrefecimento de gás e jactos de buraco negro coexistem no Universo distante.

Este é um resultado importante para a compreensão da co-evolução de galáxias, gás e buracos negros em aglomerados de galáxias.

Este estudo foi publicado em Agosto a revista científica Astronomical Society of Japan.

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8 Setembro, 2020

 

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4283: Detectada a mais poderosa colisão de buracos negros. Criou um “tsunami” gravitacional

CIÊNCIA/ASTROFÍSICA

Maxwell Hamilton / Flickr

O LIGO e a Virgo Scientific Collaboration detectaram ondas gravitacionais provenientes da mais massiva colisão de buracos negros já registada. O resultado final criou um buraco negro gigantesco que pertence a uma nova classe.

Um enigma com um século instigado por Albert Einstein chegou ao fim em 2015, quando o LIGO detectou ondas gravitacionais pela primeira vez. Essas ondulações na própria estrutura do espaço-tempo são criadas por alguns dos cataclismos mais poderosos do cosmos, geralmente quando buracos negros ou estrelas de neutrões colidem.

Desde então, nos últimos cinco anos, o LIGO e outras instalações como a Virgo detectaram dezenas de sinais de ondas gravitacionais.

Agora, a Colaboração captou uma onda gravitacional gigante – como se fosse um “tsunami” gravitacional” que sinalizava a presença de uma colisão gigantesca que criou um novo buraco negro com mais de duas vezes a massa de qualquer outro já detectado por ondas gravitacionais.

O sinal, conhecido como GW190521, foi detectado a 21 de Maio de 2019, assumindo a forma de quatro meneios curtos que duraram menos de um décimo de segundo. Parece terem sido as ondas de choque de uma colisão que ocorreu há cerca de seis mil milhões de anos, entre dois buracos negros com massas de cerca de 65 a 85 vezes a massa do Sol.

O buraco negro remanescente que se formou como resultado tem uma massa de 142 vezes a massa do Sol – e as oito massas solares restantes foram convertidas em energia e levadas como ondas gravitacionais.

Isso significa que todos os três buracos negros envolvidos – os dois progenitores e o resultado da fusão – eram muito mais massivos do que quaisquer outros detectados por ondas gravitacionais até agora.

O registo anterior foi um evento chamado GW170729, que viu buracos negros de 50 e 34 massas solares colidirem para criar um buraco negro remanescente de 80 massas solares.

No entanto, esta colisão massiva não é apenas um novo número. Na verdade, levanta várias questões fundamentais sobre os buracos negros. Especificamente, o remanescente cai numa “lacuna de massa” onde buracos negros normalmente não são encontrados.

Os buracos negros como os conhecemos geralmente enquadram-se em duas categorias: existem buracos negros de massa estelar, que têm massas entre cerca de cinco e várias dezenas de massas solares, e existem buracos negros super-massivos, com massas de milhões ou mesmo bilhões de sóis. Isso deixa uma grande lacuna no meio.

Os astrónomos levantaram a hipótese de que pode haver buracos negros de massa intermediária (IMBHs), com massas entre cerca de 100 e 10 mil massas solares. Embora algumas evidências tenham sido encontradas no passado, a sua existência ainda não foi confirmada.

Além disso, com 85 massas solares, o maior dos dois buracos negros que colidiram também era demasiado grande para se formar a partir de uma estrela que se transforma em super-nova. Em vez disso, os cientistas sugerem que engoliu vários buracos negros mais pequenos no passado.

“Esses buracos negros ‘impossivelmente’ massivos podem ser feitos de dois buracos negros mais pequenos que anteriormente se fundiram”, disse Simon Stevenson, um investigador da equipa, em comunicado. “Se for verdade, temos um grande buraco negro feito de buracos negros mais pequenos, com buracos negros ainda mais pequenos dentro deles – como bonecas russas.”

Este cenário sugere um possível mecanismo para a forma como os buracos negros super-massivos se formam. Os buracos negros de massa estelar podem continuar a colidir ao longo de milhões e milhares de milhões de anos, crescendo cada vez mais até que tenham massa suficiente para manter galáxias inteiras juntas.

“Este é um grande passo para entender a ligação entre os buracos negros mais pequenos que foram vistos por detectores de ondas gravitacionais e os buracos negros massivos que são encontrados no centro das galáxias”, disse David Ottaway, co-autor do estudo.

Dois estudos sobre as descobertas foram publicados nas revistas científicas Physical Review Letters e Astrophysical Journal Letters.

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5 Setembro, 2020

 

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Um “bang” nos detectores LIGO e Virgo assinala a mais massiva fonte de ondas gravitacionais até agora

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Impressão de artista de dois buracos negros prestes a colidirem.
Crédito: Mark Myers, OzGrav

Uma fusão de um buraco negro binário provavelmente produziu ondas gravitacionais iguais à energia de oito sóis.

Apesar de todo este vasto vazio, o Universo está repleto de actividade na forma de ondas gravitacionais. Produzidas por fenómenos astrofísicos extremos, estas reverberações ondulam e sacodem o tecido do espaço-tempo, como o toque de um sino cósmico.

Agora, os investigadores detectaram um sinal do que pode ser a fusão de buracos negros mais massiva já observada em ondas gravitacionais. O resultado desta fusão é a primeira detecção clara de um buraco negro de “massa intermédia”, com uma massa entre 100 e 1000 vezes a do Sol.

O sinal, rotulado de GW190521 e ocorrido no dia 21 de Maio de 2019, foi detectado com o LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) da NSF (National Science Foundation), um par de interferómetros idênticos com 4 km de comprimento situados nos EUA; e com o Virgo, um detector de 3 quilómetros de comprimento na Itália.

O sinal, que se assemelha a mais ou menos quatro abanões, é extremamente breve, durando menos de um-décimo de segundo. Pelos que os investigadores conseguem dizer, GW190521 foi gerado por uma fonte que está a cerca de 5 giga-parsecs de distância, quando o Universo tinha cerca de metade da sua idade, tornando-o uma das fontes de ondas gravitacionais mais distantes detectadas até agora.

Quanto ao que produziu este sinal, com base num poderoso conjunto de ferramentas computacionais e de modelagem de última geração, os cientistas pensam que GW190521 foi provavelmente gerado por uma fusão entre dois buracos negros com propriedades invulgares.

Quase todos os sinais de ondas gravitacionais confirmados até agora foram provenientes de uma fusão binária, ou entre dois buracos negros ou duas estrelas de neutrões. Esta fusão mais recente parece ser a mais massiva até agora, envolvendo dois buracos negros com massas de aproximadamente 85 e 66 vezes a massa do Sol.

A equipa do LIGO-Virgo também mediu a rotação de cada buraco negro e descobriu que, à medida que os buracos negros orbitavam cada vez mais próximos um do outro, podiam também estar a girar sob os seus próprios eixos, em ângulos que estavam foram de alinhamento com o eixo da sua órbita. As rotações desalinhadas dos buracos negros provavelmente provocaram a oscilação das suas órbitas, ou “precessão”, à medida que os dois “Golias” espiralavam um em direcção ao outro.

O novo sinal provavelmente representa o instante em que os dois buracos negros se fundiram. A fusão criou um buraco negro ainda mais massivo, com cerca de 142 massas solares, e libertou uma enorme quantidade de energia, equivalente a cerca de 8 massas solares, espalhada por todo o Universo na forma de ondas gravitacionais.

“Isto não se parece muito com um chilrear, que é o que normalmente detectamos,” diz Nelson Christensen, investigador do CNRS (Centre National de la Recherche Scientifique), França, comparando o sinal à primeira detecção de ondas gravitacionais do LIGO em 2015. “Isto é mais como algo que faz ‘bang’, e é o sinal mais massivo que o LIGO e o Virgo já viram.”

A equipa internacional de cientistas, que compõe a Colaboração Científica LIGO e a Colaboração Virgo, relatou as suas descobertas em dois artigos publicados anteontem. Um, publicado na revista Physical Review Letters, detalha a descoberta, e o outro, na The Astrophysical Journal Letters, discute as propriedades físicas do sinal e as implicações astrofísicas.

“O LIGO mais uma vez surpreende-nos não apenas com a detecção de buracos negros em tamanhos difíceis de explicar, mas também com técnicas que não foram projectadas especificamente para fusões estelares,” diz Pedro Marronetti, director do programa de física gravitacional da NSF. “Isto é de extrema importância, pois mostra a capacidade do instrumento em detectar sinais de eventos astrofísicos totalmente imprevistos. O LIGO mostra que também pode observar o inesperado.”

Na divisão de massa

As massas excepcionalmente grandes dos dois buracos negros, bem como o buraco negro final, levantam uma série de questões sobre a sua formação.

Todos os buracos negros observados até ao momento enquadram-se numa de duas categorias: buracos negros de massa estelar, que têm desde algumas massas solares até dezenas de massas solares e pensa-se serem formados quando estrelas massivas morrem; ou buracos negros super-massivos, como aquele no centro da Via Láctea, que variam de centenas de milhares a milhares de milhões de vezes a massa do nosso Sol.

No entanto, o buraco negro final de 142 massas solares produzido pela fusão GW190521 está dentro de uma faixa de massa intermédia entre os buracos negros de massa estelar e os super-massivos – o primeiro do seu tipo já detectado.

Os dois buracos negros progenitores que produziram o buraco negro final também parecem ser únicos no seu tamanho. São tão massivos que os cientistas suspeitam que um ou ambos podem não ter sido formados a partir do colapso de uma estrela, como acontece com a maioria dos buracos negros de massa estelar.

De acordo com a física da evolução estelar, a pressão externa dos fotões e do gás no núcleo de uma estrela suporta-o contra a força da gravidade que o empurra para dentro, de modo que a estrela é estável, como o Sol. Depois do núcleo de uma estrela massiva fundir elementos pesados como o ferro, já não consegue mais produzir pressão suficiente para sustentar as camadas externas. Quando esta pressão externa é menor do que a da gravidade, a estrela colapsa sob o seu próprio peso, numa explosão chamada super-nova de colapso do núcleo, que pode deixar para trás um buraco negro.

Este processo pode explicar como estrelas com 130 vezes a massa do Sol podem produzir buracos negros com até 65 massas solares. Mas para estrelas mais massivas, pensa-se que tenha início um fenómeno conhecido como “instabilidade de par”. Quando os fotões do núcleo se tornam extremamente energéticos, podem transformar-se em pares de electrões e anti-electrões. Estes pares geram menos pressão do que os fotões, fazendo com que a estrela se torne instável contra o colapso gravitacional, e a explosão resultante é forte o suficiente para não deixar nada para trás. Estrelas ainda mais massivas, acima das 200 massas solares, acabariam por colapsar directamente num buraco negro com pelo menos 120 massas solares. Uma estrela em colapso, portanto, não deve ser capaz de produzir um buraco negro entre 65 e 120 massas solares – uma gama que é conhecida como “intervalo de massa de instabilidade de par.”

Mas agora, o mais pesado dos dois buracos negros que produziu o sinal GW190521, com 85 vezes a massa do Sol, é o primeiro até agora detectado dentro do intervalo de massa de instabilidade de par.

“O facto de estarmos a ver um buraco negro nesta divisão de massas fará muitos astrofísicos coçar a cabeça e tentar descobrir como é que estes buracos negros se formaram,” diz Christensen, que é director do Laboratório Artemis no Observatório de Nice, França.

Uma possibilidade, que os investigadores consideram no seu segundo artigo, é a de uma fusão hierárquica, em que os próprios dois buracos negros progenitores podem ter-se formado a partir da fusão de dois buracos negros mais pequenos, antes de migrarem juntos e eventualmente se fundirem.

“Este evento abre mais perguntas do que fornece respostas,” diz Alan Weinstein, membro do LIGO, professor de física do Caltech. “Do ponto de vista da descoberta e da física, é uma coisa muito emocionante.”

“Algo inesperado”

Permanecem muitas perguntas no que toca a GW190521.

Ao mesmo tempo que os detectores LIGO e Virgo escutam as ondas gravitacionais passando pela Terra, buscas automatizadas vasculham os novos dados à procura de sinais interessantes. Estas pesquisas podem usar dois métodos diferentes: algoritmos que identificam padrões de onda específicos nos dados que podem ter sido produzidos por sistemas binários compactos; e pesquisas de “surtos” mais gerais, que procuram essencialmente algo fora do comum.

Salvatore Vitale, membro do LIGO, professor assistente de física no MIT (Massachusetts Institute of Technology), compara as pesquisas binárias a “passar um pente pelos dados, que apanha coisas num certo espaçamento,” em contraste com pesquisas em rajada que têm uma abordagem “apanha tudo”.

No caso de GW190521, foi uma pesquisa em rajada que captou o sinal um pouco mais claramente, abrindo a chance muito pequena de que as ondas gravitacionais surgissem de algo que não uma fusão binária.

“O nível de exigência para afirmar que descobrimos algo novo é muito elevado,” diz Weinstein. “De modo que normalmente aplicamos o princípio da Navalha de Ockham: a solução mais simples é a melhor, que neste caso é um buraco negro binário.”

Mas e se algo inteiramente novo tivesse produzido estas ondas gravitacionais? É uma perspectiva tentadora, e no seu artigo os cientistas consideram brevemente outras fontes no Universo que podem ter produzido o sinal que detectaram. Por exemplo, talvez as ondas gravitacionais tenham sido emitidas por uma estrela em colapso na nossa Galáxia. O sinal também pode ser de uma cadeia cósmica produzida logo após o Universo “inchar” nos primeiros momentos – embora nenhuma destas possibilidades exóticas corresponda aos dados tão bem quanto uma fusão binária.

“Desde que ligámos o LIGO pela primeira vez, tudo o que observámos com confiança tem sido colisões de buracos negros ou de estrelas de neutrões,” diz Weinstein. “Este é o único evento em que a nossa análise permite a possibilidade de que este evento não seja uma colisão. Embora o evento seja consistente com uma fusão de dois buracos negros excepcionalmente massivos, e desfavoreça explicações alternativas, está a empurrar os limites da nossa confiança. E isso potencialmente torna-o extremamente excitante. Porque todos nós estamos à espera de algo novo, algo inesperado, que possa desafiar o que já aprendemos. Este evento tem o potencial de fazer isso.”

Astronomia On-line
4 de Setembro de 2020

 

 

4258: Já se sabe o que acontece quando um buraco negro devora uma estrela

CIÊNCIA/ASTROFÍSICA

Jamie Law-Smith & Enrico Ramirez-Ruiz

Chegar muito perto de um buraco negro super-massivo pode ser fatal para as estrelas. Uma equipa de investigadores descobriu o que acontece quando um buraco negro devora uma estrela.

Quando uma estrela se aproxima demasiado de um buraco negro, experimenta um evento de perturbação de marés e são laceradas antes de entrarem em espiral no buraco negro. A eficiência com que esse material se organiza em torno do buraco negro tem sido motivo de controvérsia nos últimos anos.

Se o material de um evento de perturbação de marés formar um disco de acreção ao redor de um buraco negro, espera-se que poderosas emissões de raios X o acompanhem. No entanto, os cientistas não observaram essas emissões nos últimos anos, levando-os a supor que, afinal, não houve formação de disco.

Agora, uma equipa de investigadores encontrou evidências indirectas do disco que sugerem que algo está a impedir os raios X de chegar até nós.

“Na teoria clássica, o evento de perturbação de marés é alimentado por um disco de acreção, produzindo raios X da região interna onde o gás quente espirala no buraco negro”, disse Tiara Hung, investigadora da UC Santa Cruz, em comunicado. “Mas para a maioria dos eventos de perturbação de marés, não vemos raios-X – brilham principalmente nos comprimentos de onda ultravioleta e óptico – por isso foi sugerido que, em vez de um disco, estamos a ver emissões da colisão de fluxos de detritos estelares.”

O referencial teórico foi desenvolvido nos últimos anos. Simulações sugerem que, dependendo de como o disco está inclinado em relação à nossa linha de visão, isso permitirá que certos tipos de emissões ocorram. Em certas orientações, os raios X serão detectáveis. Noutras, as observações verão uma emissão de pico duplo.

Esta descoberta fornece suporte para a teoria de pico duplo.

As novas observações cruciais vêm do evento de perturbação de marés AT 2018hyz. O evento foi detectado pela primeira vez em Novembro de 2018 mas, em 1 de Janeiro de 2019, a equipa obteve o espectro de luz para o evento usando o Telescópio Shane no Observatório Lick.

“O meu queixo caiu e soube imediatamente que isto seria interessante”, disse o co-autor do estudo Ryan Foley. “O que se destacou foi a linha de hidrogénio – a emissão do gás hidrogénio – que tinha um perfil de pico duplo diferente de qualquer outro evento de perturbação de marés que tínhamos visto.”

“Acho que tivemos sorte com este”, acrescentou Enrico Ramirez-Ruiz. “As nossas simulações mostram que o que observámos é muito sensível à inclinação. Há uma orientação preferencial para ver esses recursos de pico duplo e uma orientação diferente para ver as emissões de raios-X”.

O perfil de pico duplo é uma marca registada do gás hidrogénio em rotação. As emissões peculiares devem-se ao efeito doppler. Assim como a sirene de uma ambulância, os comprimentos de onda da luz são deslocados de uma forma ou de outra se o corpo emissor estiver a vir na nossa direcção ou a afastar-se de nós.

Num disco giratório, alguns gases afastam-se e outros aproximam-se em direcção à Terra. As emissões de hidrogénio são então transformadas num recurso de pico duplo.

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

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2 Setembro, 2020

 

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4252: Astrónomos encontraram três pares de buracos negros super-massivos prestes a colidir

CIÊNCIA/ASTROFÍSICA

NASA / Wikimedia

Uma colaboração internacional de astrónomos descobriu três pares de de buracos negros super-massivos em fusão no universo “local”. Os três sistemas estão a libertar tanta energia que foram classificados como quasares, ofuscando facilmente as suas galáxias hospedeiras.

Buracos negros super-massivos localizam-se no centro de quase todas as galáxias, o que significa que, quando as galáxias se fundem, acabam por criar buracos negros super-massivos em rota de colisão entre si. A forma como essa interacção se desenvolve ainda não é clara.

Encontrar exemplos de buracos negros duplos é difícil – e encontrá-los como quasares é raro. Graças a esses três pares de buracos negros super-massivos em fusão, agora, os investigadores podem estimar o quão raro é.

A fracção de quasares duplos é cerca de 0,3% de todos os quasares e isso não parece mudar muito com o tempo.

A equipa de cientistas começou com uma amostra de 34.476 quasares conhecidos e terminou com três, um dos quais já era conhecido pelos astrónomos.

“Honestamente, não começámos a procurar quasares duplos. Estávamos a examinar imagens desses quasares luminosos para determinar em que tipo de galáxias preferiam residir, quando começámos a ver casos com duas fontes ópticas nos seus centros onde esperávamos apenas uma ”, disse John Silverman, do Instituto Kavli para o Física e Matemática do Universo e investigador principal, em comunicado.

Dada a estimativa, a equipa ainda vai observar muito quasares duplos. Estudá-los ajudará aos cientistas a descobrir muito mais sobre a evolução das galáxias. “Apesar da sua raridade, representam um estágio importante na evolução das galáxias, onde o gigante central é despertado, ganhando massa e potencialmente impactando o crescimento da sua galáxia hospedeira”, disse Shenli Tang, estudante na Universidade de Tóquio.

As fusões de galáxias são um fenómeno comum na longa história do Universo. A nossa própria galáxia dividiu-se e absorveu várias galáxias mais pequenas, mas é um processo lento e longo. As galáxias aproximam-se lentamente umas das outras, perturbam as formas umas das outras e, eventualmente, unem-se num único novo objecto.

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

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Por ZAP
1 Setembro, 2020

 

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4242: Novas observações de buraco negro a devorar uma estrela revelam rápida formação de disco

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Esta imagem de uma simulação de computador mostra a rápida formação de um disco de acreção durante a destruição de uma estrela por um buraco negro super-massivo.
Crédito: Jamie Law-Smith e Enrico Ramirez-Ruiz

Quando uma estrela passa demasiado perto de um buraco negro super-massivo, as forças de maré destroem-na, produzindo um surto de radiação à medida que o material da estrela cai no buraco negro. Os astrónomos estudam a luz destes eventos de perturbação de marés em busca de pistas sobre o comportamento “alimentício” dos buracos negros super-massivos que espreitam nos centros das galáxias.

Novas observações de eventos de perturbação de marés, lideradas por astrónomos da Universidade da Califórnia em Santa Cruz, fornecem agora evidências claras de que os detritos da estrela formam um disco giratório, de nome disco de acreção, em torno do buraco negro. Os teóricos têm debatido se um disco de acreção se pode formar com eficiência durante um evento de perturbação de marés, e os novos achados, aceites para publicação na revista The Astrophysical Journal, disponíveis online, devem ajudar a resolver esta questão, disse a autora principal Tiara Hung, pós-doutorada da mesma universidade.

“Na teoria clássica, o surto de evento de perturbação de marés é alimentado por um disco de acreção, produzindo raios-X da região interna onde o gás quente espirala para o buraco negro,” disse Hung. “Mas para a maioria dos eventos de perturbação de marés, não vemos os raios-X – brilham principalmente nos comprimentos de onda ultravioleta e óptico – de modo que foi sugerido que, em vez de um disco, estamos a ver as emissões da colisão de fluxos de detritos estelares.”

Os co-autores Enrico Ramirez-Ruiz, professor de astronomia e astrofísica da Universidade da Califórnia em Santa Cruz, e Jane Dai da Universidade de Hong Kong, desenvolveram um modelo teórico, publicado em 2018, que pode explicar porque os raios-X geralmente não são observados em eventos de perturbação de marés, apesar da formação de um disco de acreção. As novas observações fornecem forte suporte para este modelo.

“Esta é a primeira confirmação sólida de que os discos de acreção se formam nestes eventos, mesmo quando não vemos raios-X,” disse Ramirez-Ruiz. “A região perto do buraco negro é obscurecida por um vento opticamente espesso, de modo que não vemos as emissões de raios-X, mas vemos a luz óptica de um disco elíptico estendido.”

Evidências reveladoras

As evidências reveladoras de um disco de acreção vêm de observações espectroscópicas. O co-autor Ryan Foley, professor assistente de astronomia e astrofísica da mesma universidade norte-americana, e a sua equipa começaram a monitorizar o evento de perturbação de marés (chamado AT 2018hyz) depois de ter sido detectado pela primeira vez em Novembro de 2018 pelo levantamento ASAS-SN (All Sky Automated Survey for SuperNovae). Foley notou um espectro invulgar ao observar o evento de perturbação de marés com o Telescópio Shane de 3 metros do Observatório Lick da Universidade da Califórnia na noite de 1 Janeiro de 2019.

“O meu queixo caiu, e soube imediatamente que isto ia ser interessante,” disse. “O que se destacou foi a linha do hidrogénio – a emissão do hidrogénio gasoso – que tinha um perfil de pico duplo que era diferente de qualquer outro evento de perturbação de marés que já tínhamos visto.”

Foley explicou que o pico duplo no espectro resulta do efeito Doppler, que muda a frequência da luz emitida por um objecto em movimento. Num disco de acreção que espirala em torno de um buraco negro e visto num ângulo, parte do material mover-se-á em direcção ao observador, de modo que a luz que emite será desviada para uma frequência mais alta e parte do material mover-se-á para longe do observador, a luz emitida desviada para uma frequência mais baixa.

“É o mesmo efeito que faz com que o som de um carro numa pista de corrida mude de um tom alto conforme o carro vem na nossa direcção para um tom mais baixo quando passa por nós e começa a afastar-se,” disse Foley. “Se estivermos sentados nas bancadas, os carros numa curva movem-se todos na nossa direção e os carros na outra curva afastam-se todos de nós. Num disco de acreção, o gás move-se em torno do buraco negro de forma semelhante, e é isso que dá os dois picos no espectro.”

A equipa continuou a recolher dados nos meses seguintes, observando o evento de perturbação de marés com vários telescópios conforme evoluía ao longo do tempo. Hung liderou uma análise detalhada dos dados, o que indica que a formação do disco ocorreu de forma relativamente rápida, em questão de semanas após a fragmentação da estrela. Os achados sugerem que a formação do disco pode ser comum entre os eventos de perturbação de marés detectados opticamente, apesar da raridade da emissão de pico duplo, que depende de factores como a inclinação do disco em relação aos observadores.

“Acho que tivemos sorte com este,” disse Ramirez-Ruiz. “As nossas simulações mostram que o que observamos é muito sensível à inclinação. Há uma orientação preferencial para ver estas características de pico duplo e uma orientação diferente para ver as emissões de raios-X.”

Ele observou que a análise de Hung de observações de acompanhamento em vários comprimentos de onda, incluindo dados fotométricos e espectroscópicos, fornece informações sem precedentes sobre estes eventos invulgares. “Quando temos espectros, podemos aprender muito sobre a cinemática do gás e obter uma compreensão muito mais clara do processo de acreção e do que alimenta as emissões,” disse Ramirez-Ruiz.

Astronomia On-line
28 de Agosto de 2020

 

spacenews

 

4222: Buraco negro giratório alimenta jacto por fluxo magnético

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

O centro do quasar 3C 279 emite radiação gama cintilante, característica do fenómeno de reconexão magnética.
Crédito: Amit Shukla/Instituto Indiano de Tecnologia em Indore

Os buracos negros super-massivos estão no centro de quase todas as galáxias estudadas até agora. Têm uma massa inacreditavelmente grande e, portanto, atraem matéria, gás e até mesmo luz. Mas também podem emitir matéria na forma de jactos de plasma – uma espécie de feixe de plasma que é ejectado do centro da galáxia com uma energia tremenda. Um jacto de plasma pode estender-se por várias centenas de milhares de anos-luz no espaço.

Quando esta radiação intensa é emitida, o buraco negro permanece oculto porque os raios de luz próximos a ele são fortemente curvados, levando ao aparecimento de uma sombra. Isto foi recentemente relatado por investigadores da colaboração EHT (Event Horizon Telescope) para o enorme buraco negro na galáxia elíptica gigante M87.

No quasar 3C 279 – também um buraco negro – a equipa EHT encontrou outro fenómeno: a uma distância de mais de mil vezes o tamanho da sombra do buraco negro, o núcleo de um jacto de plasma subitamente iluminou-se. Não se sabia como a energia deste jacto podia aí chegar, como se por uma chaminé invisível.

Detectada radiação gama extremamente cintilante

Este quasar já foi observado com o telescópio espacial Fermi-LAT da NASA pelo astrofísico Amit Shukla, que até 2018 era investigador na Universidade de Würzburgo, Bavária, Alemanha. Agora está a trabalhar no Instituto Indiano de Tecnologia em Indore. Shukla descobriu que o núcleo do jacto, que foi encontrado na gama de comprimentos de onda milimétricos, também emite radiação gama altamente energética, mas com um brilho extremamente cintilante. Este brilho pode duplicar em poucos minutos, conforme relatado na revista Nature Communications.

O padrão especial de sequência de mudanças de brilho é característico de um processo universal denominado reconexão magnética, que ocorre em muitos objectos astrofísicos com fortes campos magnéticos. A actividade solar também tem a ver com a dinâmica dos campos magnéticos e da reconexão. Isto foi recentemente demonstrado pela observação de “fogueiras” na atmosfera solar com a missão Solar Orbiter da ESA.

Energia invisível armazenada é libertada repentinamente

Mas voltando ao quasar 3C 279: “Vi como a análise dos dados revelou o padrão especial de reconexão magnética na curva de luz. Parecia que havia decifrado um hieróglifo no alfabeto do buraco negro,” diz Amit Shukla.

Durante a reconexão, a energia que é inicialmente armazenada de forma invisível no campo magnético é repentinamente libertada em vários “mini-jactos”. Nestes jatos, as partículas são aceleradas, que então produzem a radiação gama observada. A reconexão magnética explicaria como a energia atinge o núcleo do jacto do buraco negro e de onde vem.

Energia do buraco negro giratório

O professor Karl Mannheim, director da cadeira de Astronomia da universidade alemã e co-autor da publicação, explica: “O espaço-tempo perto do buraco negro no quasar 3C 279 é forçado a girar em co-rotação. Os campos magnéticos ancorados no plasma em torno do buraco negro expelem o jacto, desacelerando a rotação do buraco negro e convertendo parte da sua energia rotacional em radiação.”

Astronomia On-line
25 de Agosto de 2020

 

 

4204: Descoberta a estrela mais veloz da Via Láctea. Faz companhia ao buraco negro super-massivo no centro da galáxia

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

ESO / Wikimedia

Um grupo de astrofísicos da Alemanha detectou várias estrelas desconhecidas muito próximas do buraco negro super-massivo no centro da nossa galáxia, Sagitário A*, e dizem que uma delas é a estrela mais rápida já vista.

A estrela, designada S4714, está numa órbita muito alongada em torno do buraco negro super-massivo da Via Láctea e, quando se aproxima, acelera até 24 mil quilómetros por segundo – 8% da velocidade da luz.

A nova descoberta faz parte de uma “população de estrelas difusas que podem ser encontradas a distâncias de Sagitário A* comparáveis ​​ao tamanho do nosso sistema solar”, de acordo com os investigadores.

As cinco estrelas que os autores relatam ter avistado recentemente no centro da galáxia têm períodos orbitais curtos, começando em 7,6 anos terrestres. Todos elas medem entre 2,0 e 2,8 massas solares e estão no limite de detecção devido às suas pequenas dimensões e à distância que nos separa do centro da Via Láctea (cerca de 25.900 anos-luz).

S4714 gira em torno do buraco negro em cerca de 12 anos: não é o período orbital mais curto de todo o grupo, mas destaca a sua órbita, que é extremamente excêntrica e representa uma elipse muito alongada. Numa escala de 0 a 1, essa excentricidade tem o valor 0,985, dificilmente compatível com uma órbita estável.

Vários anos de observações do Chile, onde está localizado o telescópio VLT do Observatório Europeu do Sul, mostraram que a certa altura a estrela passa a 1,9 mil milhões de quilómetros do buraco negro e é então que acelera ao máximo. A velocidade cai enquanto o S4714 se move até 250 mil milhões de quilómetros do buraco negro.

Durante anos, outra estrela, conhecida como S2 e uma das mais brilhantes do mesmo aglomerado de estrelas, foi considerada a mais próxima do buraco negro super-massivo. No momento da sua abordagem mais próxima, a sua órbita fica a cerca de 10 mil milhões de quilómetros do Sagitário A*.

Os cientistas apontam para esta estrela, um novo recorde de velocidade espacial, como um dos “candidatos perfeitos” para a observação de efeitos gravitacionais.

O primeiro autor do estudo, Florian Peissker, da Universidade de Colónia, falou, ao ScienceAlert, sobre as “interacções relativísticas” muito fortes entre o buraco negro e três das estrelas observadas neste estudo. Além disso, apontou S4714 como um candidato para uma nova e, até agora, hipotética categoria de estrelas “comprimida” por tais interacções.

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

ZAP //

Por ZAP
21 Agosto, 2020

 

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4196: Há uma nuvem cósmica com “batimento cardíaco” (e pulsa ao ritmo do buraco negro vizinho)

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Na constelação de Aquila, existe o remanescente da super-nova W50, também chamada Nebulosa do Peixe-Boi, um nuvem de gás cósmica cuja notável característica é um micro-quasar galáctico.

Nesta nuvem, um buraco negro e uma estrela orbitam-se um ao outro, libertando poderosos jactos de material. Agora, uma equipa de investigadores detectou que esses jactos estão a gerar uma “pulsação” de raios gama na nebulosa a cerca de 100 anos-luz do micro-quasar SS433.

Os micro-quasares são feitos por uma estrela que alimenta um objecto compacto. No caso do 433, o objecto compacto é um buraco negro. Os jactos são uma consequência desse processo de alimentação e, quando interagem com o meio interestelar circundante, podem formar-se raios gama.

O que é intrigante no caso do W50 é a imensidão da escala. Normalmente, o efeito é localizado, mas a 100 anos-luz de distância, este não é o caso.

A equipa de astrónomos relacionou os batimentos cardíacos de raios gama da nebulosa às mudanças no micro-quasar.

A estrela tem cerca de 30 vezes a massa do Sol e o buraco negro tem entre 10 e 20 massas solares. Os dois objectos orbitam-se um ao outro em 13 dias, com o buraco negro a sugar matéria da estrela. Este processo criou um disco de acreção de material ao redor do buraco negro de onde os jactos são libertados. Os investigadores descobriram que a geometria do disco é a chave.

“O disco de acreção não fica exactamente no plano da órbita dos dois objectos. Precessa, ou balança, como um pião que foi colocado inclinado sobre uma mesa”, disse Diego Torres, do Instituto de Ciência Espacial de Barcelona e co-autor do estudo, ​​em comunicado. “Como consequência, os dois jactos espiralam no espaço circundante, em vez de apenas formarem uma linha recta.”

Os jactos demoram 162 dias para voltar à posição original. A equipa viu a emissão gama de outra região da nebulosa com o mesmo período. Segundo os astrónomos, isto é mais do que uma coincidência notável e a equipa está certa de que os dois devem estar ligados.

“Encontrar uma conexão tão inequívoca por tempo, cerca de 100 anos-luz de distância do micro-quasar, nem mesmo ao longo da direcção dos jactos é tão inesperado quanto incrível”, disse Jian Li, do Deutsches Elektronen-Synchrotron e autor principal do estudo. “Mas a forma como o buraco negro consegue alimentar o batimento cardíaco da nuvem de gás não está claro para nós.”

Até as estrelas têm auroras (e já as podemos ver)

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A equipa não acredita que haja interacção directa com os jactos. Em vez disso, propuseram uma hipótese para explicar a conexão: um fluxo de protões pode ser produzido ao redor do buraco negro ou na borda dos jactos e é isso que está a interagir com o resto da nebulosa.

Este estudo foi publicado este mês na revista científica Nature Astronomy.

ZAP //

Por ZAP
20 Agosto, 2020

 

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4171: Estrela mais rápida da Via Láctea move-se a 8% da velocidade da luz

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

De algo tão extenso como o Universo onde estamos inseridos, esperam-se muitas novidades, muitas descobertas. A par de umas quantas recentes, foi agora encontrada a estrela mais rápida conhecida até hoje da nossa galáxia.

A recente descoberta chama-se S4714 e atinge uma velocidade de cerca de 8% da velocidade da luz.

A estrela mais rápida da nossa galáxia

Orbita o gigante buraco negro Sagittarius A*, atinge cerca de 8% da velocidade da luz e é a estrela mais rápida alguma vez conhecida da nossa galáxia. Aliás, pertence a um grupo de estrelas que foram recentemente descobertas, com as órbitas mais próximas do que quaisquer outras estrelas descobertas antes.

Na sua viagem orbital a estrela mais rápida S4714 atinge uns impressionantes 8% da velocidade da luz. Assim, além de demonstrar que existem outras estrelas em órbitas ousadas perto do buraco negro do centro da nossa galáxia, também abriu a porta a um tipo de estrela proposto há cerca de 20 anos.

Isto, porque existem estrelas que, de tão próximas que estão de um buraco negro, acabam por ser esmagadas pela sua força. Por reagirem dessa forma à acção bruta do buraco são conhecidas por “squeezars”. Aliás, este tipo de estrela foi teorizado em 2003.

Conforme foi apresentado pelos autores da investigação, a estrela mais rápida está na região do centro da Via Láctea. Apesar de ser uma zona tranquila, o ambiente em torno do buraco negro é bastante agitado.

Estrelas próximas de um buraco negro ajudam a estudá-lo

Há uns anos, foram descobertas as estrelas que se pensavam ser as mais próximas do buraco negro. Contudo, uma equipa liderada pelo astrofísico Florian Peissker, da University of Cologne, na Alemanha, não se ficaram e, após vários anos de trabalho, encontraram estrelas mais próximas do que as de outrora: S4711, S4712, S4713, S4714 e S4715.

Das cinco descobertas, os astrofísicos destacam duas. Em primeiro lugar, a S4711, é uma estrela azul do tipo B com cerca de 150 milhões de anos. Em segundo lugar, a S4714, com uma órbita excêntrica, ou seja, a forma da elipse é muito alargada, e é a mais rápida já registada.

De acordo com Peissker, estas estrelas são as primeiras verdadeiras candidatas a “squeezars”. Ou seja, Apesar de uma estrela chamada S2 ter sido durante muito tempo conhecida como a mais próxima do buraco negro, estas novas descobertas abrem a porta a estudos que pretendem compreender as interacções entre os buracos negros e as estrelas que eles devoram.

O S4711 é o primeiro “squeezar” alguma vez detectado.

Revelou Peissker.

Ainda que as descobertas sejam surpreendentes, a equipa não vai parar e tenciona descobrir, se as houver, outras estrelas escondidas com velocidades ou órbitas diferentes.

Pplware
Autor: Ana Sofia
16 Ago 2020

 

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4145: Metais estranhos. Novo estado da matéria partilha semelhanças com buracos negros

CIÊNCIA/FÍSICA

ESO/WFI, MPIfR/ESO/APEX/A. Weiss et al., NASA/CXC/CfA/R. Kraft et al.

Os “metais estranhos” exibem algumas propriedades condutivas incomuns que, surpreendentemente, têm semelhanças com buracos negros.

Os “metais estranhos” são materiais cuja resistência eléctrica exibe um comportamento de temperatura muito incomum. De acordo com um novo estudo, publicado recentemente na Proceedings of the National Academy of Sciences, estes metais podem ser um novo e bizarro estado da matéria, com propriedades semelhantes às dos buracos negros.

De acordo com o New Atlas, na mecânica quântica, a resistência eléctrica é um subproduto de electrões que colidem com outras partículas. Nos metais, à medida que os electrões fluem, chocam com outros electrões ou impurezas no material. Quanto mais tempo houver entre cada colisão, menor será a resistência eléctrica.

Em metais comuns, a resistência eléctrica aumenta de acordo com a temperatura. Os super-condutores permitem que a corrente eléctrica flua quase sem resistência – mas apenas abaixo de uma certa temperatura. Muitos materiais precisam de descer ao zero quase absoluto, enquanto alguns mantêm as propriedades super-condutoras até sob temperaturas mais altas.

No entanto, os electrões mais “estranhos” dissipam energia muito rapidamente. Em muitos super-condutores de alta temperatura, alterar a temperatura ou o número de electrões de fluxo livre no material pode alterá-lo de um estado supercondutor para um estado de metal estranho, ou vice-versa.

Neste tipo de materiais, a resistência eléctrica é proporcional à temperatura e às constantes de Planck e Boltzmann – as mesmas características que definem algumas das propriedades dos buracos negros.

“Encontrar essa mesma escala em todos estes sistemas diferentes é fascinante”, comentou Olivier Parcollet, cientista do Centro de Física Quântica Computacional do Instituto Flatiron e co-autor do artigo científico.

Este estudo determina, então, que os metais estranhos são um novo estado da matéria, que fica entre duas fases conhecidas: os espelhos giratórios isolantes de Mott e os líquidos Fermi.

“Descobrimos que existe uma região inteira no Espaço que exibe um comportamento planckiano que não pertence a nenhuma das duas fases”, explicou o professor de Física da Cornell, Eun-Ah Kim. “Este estado líquido de rotação quântica é metálico, mas relutantemente metálico“, acrescentou.

ZAP //

Por ZAP
11 Agosto, 2020

 

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Buraco negro não “consegue fazer o seu trabalho”

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Composição de imagens obtidas pelo Chandra, em raios-X, com dados ópticos do Hubble que mostram um enxame galáctico com um buraco negro no seu centro que não está activo. As consequências deste buraco negro adormecido é que a formação estelar foi autorizada a permanecer desenfreada – a um ritmo 300 vezes maior do que o visto na Via Láctea. Os dados do Chandra revelam que sem um buraco negro super-massivo central activo na maior galáxia do enxame, enormes quantidades de gás são capazes de arrefecer o suficiente para desencadear uma grande quantidade de nascimento estelar.
Crédito: raios-X – NASA/CXO/Univ. de Montreal/J. Hlavacek-Larrondo et al; Ótico – NASA/STScI

Astrónomos descobriram o que pode acontecer quando um buraco negro gigante não interfere na vida de um enxame de galáxias. Usando o Observatório de raios-X Chandra da NASA e outros telescópios, mostraram que o comportamento passivo do buraco negro pode explicar uma notável quantidade de formação estelar que ocorre num distante enxame galáctico.

Os enxames de galáxias contêm centenas ou milhares de galáxias permeadas por gás quente que emite raios-X e que supera a massa combinada de todas as galáxias. As ejecções de material alimentadas por um buraco negro super-massivo na galáxia central do enxame geralmente evitam que esse gás quente arrefeça para formar um grande número de estrelas. Este aquecimento permite que os buracos negros super-massivos influenciem ou controlem a actividade e a evolução do seu enxame hospedeiro.

Mas o que é que acontece se esse buraco negro deixar de estar activo? O enxame de galáxias SpARCS104922.6+564032.5 (SpARCS1049 para abreviar), localizado a 9,9 mil milhões de anos-luz de distância da Terra, está a fornecer uma resposta.

Com base nas observações do Telescópio Espacial Hubble da NASA e do Telescópio Espacial Spitzer, os astrónomos descobriram anteriormente que estavam a formar-se estrelas a um ritmo extraordinário de aproximadamente 900 novos sóis (em termos de massa) por ano no enxame SpARCS1049. Isto é superior a 300 vezes o ritmo a que a nossa Galáxia, a Via Láctea, forma as suas estrelas (à taxa observada no enxame SpARCS1049, todas as estrelas da Via Láctea formar-se-iam em apenas 100 milhões de anos, o que é um período de tempo curto em comparação com a idade da nossa Galáxia, que tem mais de 10 mil milhões de anos).

“Isto lembra-me o antigo ditado ‘quando o gato sai de casa os ratos passeiam,'” disse Julie Hlavacek-Larrondo da Universidade de Montreal no Canadá, que liderou o estudo. “Aqui o gato, o buraco negro, está calmo e os ratos, as estrelas, estão muito ocupados.”

Esta formação estelar furiosa está a acontecer a cerca de 80.000 anos-luz do centro de SpARCS1049, numa região fora de qualquer das galáxias do enxame. Os astrónomos perguntam-se: o que está a provocar este prodigioso ciclo de nascimento estelar?

A resposta pode vir de novos dados do Chandra que revelam o comportamento do gás quente em SpARCS1049. Na maior parte do enxame, a temperatura do gás é de cerca de 36 milhões de graus Celsius. No entanto, no local da formação estelar, o gás é mais denso do que a média e arrefeceu até uma temperatura de cerca de 5,5 milhões de graus Celsius. A presença deste gás mais frio sugere que outros reservatórios de gás não detectados arrefeceram a temperaturas ainda mais baixas que permitem a formação de um grande número de estrelas.

“Sem o buraco negro a bombardear activamente energia para o ambiente, o gás pode arrefecer o suficiente para que este ritmo impressionante de formação estelar possa ocorrer,” disse o co-autor Carter Rhea, também da Universidade de Montreal. “Este tipo de buraco negro ‘desligado’ pode ser uma maneira crucial para as estrelas se formarem no início do Universo.”

Embora existam muitos exemplos em que a energia injectada pelos buracos negros para o seu ambiente é responsável por reduzir a taxa de formação estelar por factores de dezenas ou milhares de vezes, ou mais, estes enxames estão tipicamente a poucas centenas de milhões de anos-luz da Terra e são muito mais antigos do que SpARCS1049.

No caso de SpARCS1049, os astrónomos não veem nenhum sinal de que um buraco negro super-massivo na galáxia central esteja activamente a puxar matéria. Por exemplo, não há evidências de um jacto de material soprando para longe do buraco negro no rádio, ou de uma fonte de raios-X do meio da galáxia, indicando que a matéria foi aquecida quando caiu em direcção a um buraco negro.

“Muitos astrónomos pensaram que, sem a intervenção de um buraco negro, a formação estelar ficaria fora de controlo,” disse a co-autora Tracy Webb da Universidade McGill, que descobriu SpARCS1049 pela primeira vez em 2015 com o Telescópio Espacial Spitzer da NASA. “Agora temos evidências observacionais de que isso é realmente o que ocorre.”

Porque é que o buraco negro está tão silencioso? A diferença observada na posição entre o gás mais denso e a galáxia central pode ser a causa. Isto significaria que o buraco negro super-massivo no centro desta galáxia está sedento de combustível. A perda de uma fonte de combustível do buraco negro evita surtos e permite que o gás arrefeça sem impedimentos, com o gás mais denso arrefecendo mais depressa. Uma explicação para este deslocamento é que dois enxames galácticos mais pequenos colidiram em algum momento no passado para formar SpARCS1049, afastando o gás mais denso da galáxia central.

O artigo que descreve estes resultados foi publicado na revista The Astrophysical Journal Letters e está disponível online.

Astronomia On-line
7 de Agosto de 2020

 

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4048: Casos de buracos negros com identidade equivocada

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

No painel à esquerda, impressão de artista de como estes buracos negros estão envoltos em casulos de material, tornando difícil a sua identificação precisa. O casulo (vermelho) rodeia um disco de material que cai para o buraco negro, mais um vento de material (azul) que sopra para longe do disco. Uma porção do casulo está cortado para mostrar o buraco negro altamente obscurecido. Esta descoberta tem importantes implicações para a compreensão de como os buracos negros super-massivos crescem e evoluem ao longo de milhares de milhões de anos.
No painel à direita, a posição dos 28 buracos negros identificados, anteriormente classificados erroneamente, na imagem do levantamento CDF-S. As cores vermelho, verde e azul representam raios-X de baixa energia, média e alta que o Chandra detecta.
Crédito: NASA/CXC/M. Weiss; raios-X – NASA/CXC/Penn State/B. Luo et al.

Graças a um conjunto de telescópios, incluindo o Observatório de raios-X Chandra da NASA, os astrónomos descobriram um tipo de buraco negro super-massivo mascarado como outro. A verdadeira identidade destes buracos negros ajuda a resolver um mistério de longa data na astrofísica.

Os buracos negros mal identificados são de um levantamento conhecido como CDF-S (Chandra Deep Field-South), a imagem de raios-X mais profunda jamais obtida.

Os buracos negros super-massivos crescem puxando material circundante, que é aquecido e que produz radiação numa ampla gama de comprimentos de onda, incluindo raios-X. Muitos astrónomos pensam que este crescimento inclui uma fase, ocorrida há milhares de milhões de anos, em que um denso casulo de poeira e gás cobre a maioria dos buracos negros. Estes casulos de material são a fonte de combustível que permite com que o buraco negro cresça e gere radiação.

Com base no conhecimento actual, deviam existir muitos buracos negros imersos nestes casulos (referidos como buracos negros “altamente obscurecidos”). No entanto, este tipo de buraco negro em crescimento é notoriamente difícil de encontrar, e até agora o número observado ficou aquém das previsões – mesmo nas imagens mais profundas, como a do levantamento CDF-S.

“Com as nossas novas identificações, encontrámos muitos buracos negros altamente obscurecidos anteriormente não descobertos,” disse Erini Lambrides da Universidade Johns Hopkins em Baltimore, no estado norte-americano de Maryland, que liderou o estudo. “Gostamos de dizer que encontrámos estes buracos negros gigantes, mas na realidade já lá estavam o tempo todo.”

O último estudo combinou mais de 80 dias de tempo de observação com o Chandra no CDF-S com grandes quantidades de dados em diferentes comprimentos de onda de outros observatórios, incluindo o Telescópio Espacial Hubble e o Telescópio Espacial Spitzer. A equipa analisou buracos negros localizados a 5 mil milhões de anos-luz ou mais da Terra. A estas distâncias, os cientistas já haviam encontrado 67 buracos negros altamente obscurecidos no CDF-S com dados de raios-X e no infravermelho. Neste estudo mais recente, os autores identificaram outros 28.

Estes 28 buracos negros super-massivos foram anteriormente classificados de maneira diferente – como buracos negros de crescimento lento, com casulos de baixa densidade ou inexistentes, ou como galáxias distantes.

“Isto pode ser considerado um caso de buracos negros com identidade equivocada,” disse o co-autor Marco Chiaberge do STScI (Space Telescope Science Institute) em Baltimore, Maryland, “mas estes buracos negros são excepcionalmente bons a esconder exactamente o que são.”

Lambrides e colegas compararam os seus dados com as expectativas de um buraco negro em típico crescimento. Usando dados de todos os comprimentos de onda, excepto raios-X, previram a quantidade de raios-X que deviam estar a detectar em cada buraco negro. Os investigadores descobriram um nível muito menor de raios-X do que o esperado em 28 fontes, o que implica que o casulo em seu redor é cerca de dez vezes mais denso do que os cientistas estimaram previamente para estes objectos.

Levando em consideração a densidade mais alta do casulo, a equipa mostrou que os buracos negros mal identificados estão a produzir mais raios-X do que se pensava anteriormente, mas o casulo mais denso impede que a maioria destes raios-X escapem e alcancem o telescópio Chandra. Isto implica que estão a crescer mais depressa.

Grupos anteriores não aplicaram a técnica de análise adoptada por Lambrides e pela sua equipa, nem utilizaram todo o conjunto de dados disponíveis para o CDF-S, fornecendo-lhes poucas informações sobre a densidade dos casulos.

Estes casulos são importantes para modelos teóricos que estimam o número de buracos negros no Universo e suas taxas de crescimento, incluindo aqueles com diferentes quantidades de obscurecimento (por outras palavras, quão densos são os seus casulos). Os cientistas projectam estes modelos para explicar um brilho uniforme de raios-X pelo céu, chamado “fundo de raios-X”, descoberto pela primeira vez na década de 1960. Os buracos negros individuais e em crescimento, observados em imagens como a do levantamento CDF-S, são responsáveis pela maior parte do fundo de raios-X.

O fundo de raios-X actualmente não resolvido em fontes individuais é dominado por raios-X com energias acima do limiar que o Chandra consegue detectar. Os buracos negros altamente obscurecidos são uma explicação natural para este componente não resolvido porque os raios-X menos energéticos são mais absorvidos pelo casulo do que os raios-X mais energéticos e, portanto, são menos detectáveis. Os buracos negros altamente obscurecidos adicionais aqui relatados ajudam a reconciliar as diferenças passadas entre os modelos teóricos e as observações.

“É como se o fundo de raios-X fosse uma imagem desfocada que vem lentamente a ser focada há décadas,” disse o co-autor Roberto Gilli do INAF (Istituto Nazionale de Astrofisica) em Bolonha, Itália. “O nosso trabalho envolveu a compreensão da natureza dos objectos que foram alguns dos últimos a serem resolvidos.”

Além de ajudar a explicar o fundo de raios-X, estes resultados são importantes para compreender a evolução dos buracos negros super-massivos e das suas galáxias hospedeiras. As massas das galáxias e dos seus buracos negros super-massivos estão relacionadas, o que significa que quanto mais massiva a galáxia, mais massivo o buraco negro.

O artigo que descreve os resultados deste estudo foi publicado na revista The Astrophysical Journal e está disponível online.

Astronomia On-line
24 de Julho de 2020

 

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Estrela “fugitiva” pode explicar brilho invulgar em redor de buraco negro

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Esta ilustração mostra um buraco negro rodeado por um disco de gás. No painel à esquerda, uma corrente de detritos cai para o disco. No painel à direita, os detritos dispersaram parte do gás, fazendo com que a coroa (a bola de luz branca acima do buraco negro) desaparecesse.
Crédito: NASA/JPL-Caltech

No centro de uma galáxia distante, um buraco negro está a consumir lentamente um disco de gás que gira em seu redor como água num dreno. À medida que um fluxo constante de gás é puxado para a “boca” do “monstro”, partículas ultra-quentes reúnem-se perto do buraco negro, acima e abaixo do disco, gerando um brilho de raios-X que pode ser visto a 300 milhões de anos-luz de distância, a partir da Terra. Sabemos que estas colecções de gás ultra-quente, chamadas coroas, exibem mudanças visíveis na sua luminosidade, brilhando ou escurecendo por um factor de até 100 vezes quando um buraco negro se alimenta.

Mas há dois anos, os astrónomos assistiram com admiração os raios-X da coroa do buraco negro numa galáxia conhecida como 1ES 1927+654 a desaparecerem completamente, diminuindo por um factor de 10.000 em cerca de 40 dias. Quase imediatamente, começou a recuperar, e cerca de 100 dias depois tornou-se quase 20 vezes mais brilhante do que era antes do evento.

Os raios-X da coroa de um buraco negro são subprodutos directos da alimentação do buraco negro, de modo que o desaparecimento desta radiação de 1ES 1927+654 provavelmente significa que o seu suprimento de alimentos foi cortado. Num novo estudo publicado na revista científica The Astrophysical Journal Letters, os cientistas teorizam que uma estrela em fuga pode ter chegado demasiado perto do buraco negro e ter sido destruída. Se fosse esse o caso, os detritos em movimento da estrela podiam ter colidido com parte do disco, dispersando brevemente o gás.

“Normalmente, não vemos variações como esta na acreção de buracos negros,” disse Claudio Ricci, professor assistente da Universidade Diego Portales, em Santiago, Chile, autor principal do estudo. “Foi tão estranho que ao início pensámos que havia algo errado com os nossos dados. Quando vimos que era real, foi muito excitante. Mas também não fazíamos ideia do que estávamos a lidar; nunca ninguém tinha visto nada como isto.”

Quase todas as galáxias do Universo podem hospedar um buraco negro super-massivo no seu centro, como o de 1ES 1927+654, com massas milhões ou milhares de milhões de vezes maiores que a do nosso Sol. Crescem consumindo o gás que os rodeia, também conhecido como disco de acreção. Dado que os buracos negros não emitem ou refletem luz, não podem ser vistos directamente, mas a luz das suas coroas e dos seus discos de acreção fornecem uma maneira de aprender mais sobre estes objectos escuros.

A hipótese estelar dos autores também é apoiada pelo facto de que alguns meses antes do desaparecimento do sinal de raios-X, observatórios na Terra viram o disco a aumentar consideravelmente de brilho em comprimentos de onda visíveis (aqueles que podem ser vistos pelo olho humano). Isto pode ter resultado da colisão inicial dos detritos estelares com o disco.

O evento de desaparecimento em 1ES 1927+654 é único não apenas por causa da dramática mudança no brilho, mas também devido à profundidade com que os astrónomos foram capazes de o estudar. A explosão de luz visível levou Ricci e colegas a solicitar observações de acompanhamento do buraco negro usando o NICER (Neutron star Interior Composition Explorer) da NASA, um telescópio de raios-X a bordo da Estação Espacial Internacional. No total, o NICER observou o sistema 265 vezes ao longo de 15 meses. Monitorização adicional em raios-X foi obtida com o Observatório Swift Neil Gehrels da NASA – que também observou o sistema sob luz ultravioleta – bem como com o NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) da NASA e com o Observatório XMM-Newton da ESA.

Quando os raios-X da coroa desapareceram, o NICER e o Swift observaram raios-X menos energéticos do sistema, de modo que, colectivamente, estes observatórios forneceram um fluxo contínuo de informações durante todo o evento.

Embora uma estrela rebelde pareça a culpada mais provável, os autores observam que podem existir outras explicações para o evento sem precedentes. Uma característica notável das observações é que a queda geral no brilho não foi uma transição suave: dia a dia, os raios-X de baixa energia que o NICER detectou mostravam variação dramática, às vezes mudando o brilho por um factor de 100 em menos de 8 horas. Em casos extremos, sabe-se que as coroas dos buracos negros se tornam 100 vezes mais brilhantes ou mais ténues, mas em escalas de tempo muito mais longas. Tais mudanças rápidas, ocorrendo continuamente durante meses, são extraordinárias.

“Este conjunto de dados contém muitos quebra-cabeças,” disse Erin Kara, professora assistente de física no MIT (Massachusetts Institute of Technology) e co-autora do novo estudo. “Mas isso é emocionante, porque significa que estamos a aprender algo novo sobre o Universo. Pensamos que a hipótese estelar é boa, mas também acho que vamos continuar a analisar este evento durante muito tempo.”

É possível que este tipo de variabilidade extrema em discos de acreção de buracos negros seja mais comum do que os astrónomos pensem. Muitos observatórios em operação e de próxima geração estão projectados para procurar mudanças a curto prazo nos fenómenos cósmicos, uma prática conhecida como “astronomia no domínio do tempo”, que podem revelar mais eventos como este.

“Este novo estudo é um óptimo exemplo de como a flexibilidade na calendarização das observações permite que as missões da NASA e da ESA estudem objetos que evoluem relativamente depressa e procurem mudanças a longo prazo no seu comportamento médio,” disse Michael Loewenstein, co-autor do artigo e astrofísico da missão NICER da Universidade de Maryland em College Park e do Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, no mesmo estado norte-americano. “Será que este buraco negro activo vai regressar ao estado em que se encontrava antes do evento de perturbação? Ou será que o sistema foi alterado fundamentalmente? Estamos a continuar as nossas observações para descobrir.”

Astronomia On-line
21 de Julho de 2020

 

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4026: Avanço na decifração do nascimento de buracos negros supermassivos

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

O “Fantasma de Mirach” à esquerda, visto através do Telescópio Espacial Hubble. À direita, dados do ALMA revelam detalhes sem precedentes de gás rodopiante na mesma região.
Crédito: Universidade de Cardiff

Uma equipa de investigação liderada por cientistas da Universidade de Cardiff diz que está mais perto de entender como os buracos negros super-massivos nascem, graças a uma nova técnica que lhes permitiu ampliar um destes objectos cósmicos enigmáticos com detalhes sem precedentes.

Os cientistas não sabem ao certo se os buracos negros super-massivos se formaram em condições extremas logo após o Big Bang, ou num processo chamado de “colapso directo”, ou foram cultivados muito mais tarde a partir de “sementes” de buracos negros que resultam da morte de estrelas massivas.

Caso o primeiro método fosse verdadeiro, os buracos negros super-massivos nasceriam com massas extremamente elevadas – centenas de milhares a milhões de vezes mais massivos do que o nosso Sol – e teriam um tamanho mínimo fixo.

Se o último caso fosse verdadeiro, então os buracos negros super-massivos começariam relativamente pequenos, com cerca de 100 vezes a massa do nosso Sol, e continuariam a crescer com o tempo, alimentando-se das estrelas e nuvens de gás que vivem em seu redor.

Os astrónomos há muito que se esforçam para encontrar os buracos negros super-massivos de menor massa, que são os elos perdidos necessários para decifrar este problema.

Num estudo publicado a semana passada, uma equipa expandiu os limites, revelando um dos buracos negros super-massivos de menor massa já observados no centro de uma galáxia próxima, com menos de um milhão de vezes a massa do nosso Sol.

O buraco negro super-massivo vive numa galáxia conhecida como “Fantasma de Mirach” (NGC 404), devido à sua proximidade relativa com uma estrela muito brilhante chamada Mirach, dando-lhe uma sombra fantasmagórica.

As descobertas foram feitas usando uma nova técnica e com o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), um radiotelescópio de última geração situado no alto do planalto de Chajnantor, nos Andes Chilenos, usado para estudar a luz de alguns dos objectos mais frios do Universo.

“O buraco negro super-massivo na galáxia ‘Fantasma de Mirach’ parece ter uma massa dentro do intervalo previsto pelos modelos de ‘colapso directo'”, disse o Dr. Tim Davis, da Escola de Física e Astronomia da Universidade de Cardiff.

“Sabemos que está actualmente activo e a engolir gás, de modo que alguns dos modelos mais extremos de ‘colapso directo’, que apenas produzem buracos negros super-massivos de massa elevada, não podem ser verdadeiros.”

Os buracos negros são objectos que colapsaram sob o peso da gravidade, deixando para trás regiões pequenas, mas incrivelmente densas, do espaço das quais nada pode escapar, nem mesmo a luz.

Os buracos negros super-massivos são o maior tipo de buraco negro, com centenas de milhares, se não milhares de milhões de vezes a massa do Sol.

Pensa-se que quase todas as galáxias grandes, como por exemplo a nossa Via Láctea, contenham um buraco negro super-massivo localizado no seu centro.

“Os buracos negros super-massivos também foram encontrados em galáxias muito distantes, como apareciam apenas algumas centenas de milhões de anos após o Big Bang,” disse o Dr. Marc Sarzi, membro da equipa do Dr. Davis, do Observatório e Planetário Armagh.

“Isto sugere que pelo menos alguns dos buracos negros super-massivos podem ter crescido para massas gigantescas em pouco tempo, o que é difícil de explicar de acordo com modelos para a formação e evolução das galáxias.”

“Todos os buracos negros crescem à medida que engolem nuvens de gás e perturbam estrelas que se aventuram demasiado perto deles, mas alguns têm vidas mais activas do que outros.”

“A procura pelos buracos negros super-massivos mais pequenos, nas galáxias mais próximas, pode, portanto, ajudar-nos a revelar como os buracos negros super-massivos começam,” continuou o Dr. Sarzi.

No seu estudo, a equipa internacional usou novas técnicas para ampliar ainda mais o coração de uma pequena galáxia próxima, de nome NGC 404, permitindo observar as nuvens rodopiantes de gás que rodeiam o buraco negro super-massivo no seu centro.

O telescópio ALMA permitiu que a equipa resolvesse as nuvens de gás no coração da galáxia, revelando detalhes com apenas 1,5 anos-luz de diâmetro, tornando este num dos mapas de gás com mais alta resolução já obtidos para outra galáxia.

A capacidade de observar esta galáxia com tão alta resolução permitiu que a equipa superasse os resultados conflituantes de uma década e revelasse a verdadeira natureza do buraco negro super-massivo no centro da galáxia.

“O nosso estudo demonstra que, com esta nova técnica, podemos realmente começar a explorar as propriedades e as origens destes objectos misteriosos,” continuou o Dr. Davis.

“Se existe uma massa mínima para os buracos negros super-massivos, ainda não a encontrámos.”

Os resultados do estudo foram publicados na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Astronomia On-line
21 de Julho de 2020

 

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4023: A maioria das colisões entre buracos negros permanece oculta dos telescópios

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

LIGO
Concepção artística da colisão de dois buracos negros por Aurore Simonnet

A maioria das colisões entre buracos negros permanece escondida dos telescópios convencionais, de acordo com uma campanha de observação sobre colisões de objectos compactos no Universo.

A busca por colisões entre buracos negros baseia-se na análise de fontes de ondas gravitacionais detectadas pelo maior observatório de ondas gravitacionais do mundo, o Laser Interferometric Observatory (LIGO) e revela que todas as fontes são opticamente “escuras”.

A Universidade da Austrália Ocidental (UWA) e a Universidade de Paris coordenaram uma abordagem para controlar várias instalações e observatórios em todo o mundo que publicariam os resultados em publicações mensais da Royal Astronomical Society.

A colaboração, denominada GRANDMA, é uma rede multinacional de 25 telescópios robóticos de 12 países com a capacidade electromagnética de acompanhar ondas gravitacionais.

Segundo o Europa Press, a capacidade de detectar fontes de ondas gravitacionais é relativamente nova. Até agora, apesar de terem sido detectadas várias, só uma foi observada através de um telescópio óptico.

Os especialistas argumentam que a indescritibilidade destes objectos se deve à incerteza da sua localização exacta, que pode diferir de milhares de quadrados graduados no Espaço – o mesmo que encontrar uma agulha num palheiro.

Bruce Gendre, investigador da UWA, realça que esta iniciativa destaca a importância de ter uma rede dedicada de telescópios que possam contribuir para o conhecimento global.

ZAP //

Por ZAP
21 Julho, 2020

 

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4022: Encontrados 28 buracos negros super-massivos escondidos à vista de todos. Estavam dentro do seu casulo

CIÊNCIA/ASTROFÍSICA

Mais de duas dúzias de buracos negros desaparecidos foram reencontrados depois de os investigadores terem analisado melhor mapas de raios-X do céu.

Todos os 28 objectos celestes reencontrados, que são buracos negros super-massivos com milhares de milhões de vezes a massa do nosso Sol, estão a passar por um estágio de desenvolvimento em que se envolvem numa bolha escura de poeira e outros materiais.

Estes casulos obscurecem os brilhantes raios-X emitidos pelo material quente que gira em torno dos seus horizontes de eventos, o ponto de não retorno para a matéria infalível, fazendo-os parecer mais obscuros do que realmente são.

Modelos de formação de buracos negros sugerem que deve haver muitos buracos negros destes no céu, mas até agora, os cientistas não tinham visto tantos como o esperado. Esta nova investigação, baseada em observações de um pedaço do céu do sul, sugere que muitos deles estavam escondidos à vista de todos.

Para identificar os buracos negros disfarçados, os investigadores compararam imagens de raios-X do Chandra Deep Field-South (CDF-S), uma imagem de raios-X ultra-detalhada de um pedaço do céu do sul, com observações ópticas e infravermelhas do mesmo pedaço de céu. 67 desses buracos negros super-massivos encobertos já tinham sido encontrados.

No entanto, os cientistas descobriram 28 objectos que pareciam fracos na imagem de raios-X, mas brilhantes nos comprimentos de onda infravermelha e óptica. Eram buracos negros nos centros activos de galáxias que estavam tão bem escondidos pelos seus casulos que, para o telescópio de raios-X Chandra, pareciam buracos negros super-massivos mais escuros, mais antigos ou galáxias mais distantes.

“Gostamos de dizer que encontrámos estes buracos negros gigantes, mas estavam lá o tempo todo”, disse Erini Lambrides, astrónoma da Johns Hopkins que liderou o estudo, em comunicado do Observatório de Raios-X Chandra.

O desenvolvimento de buracos negros super-massivos é complexo e os astrofísicos ainda não o entendem bem. Os objectos são tão grandes que é difícil explicar como adquiriram toda a sua massa, mesmo com milhares de milhões de anos para devorar matéria. Estes novos dados podem melhorar os modelos teóricos sobre como estes gigantes se formam, revelando que os buracos negros passam mais tempo no casulo do que se pensava.

Além disso, as observações de raios-X do céu revelam muitos objectos distintos, mas há um brilho difuso fora da faixa de energia dos raios-X que o Chandra consegue detectar facilmente. Muitos investigadores suspeitam que buracos negros invisíveis estejam envolvidos nesse brilho produção. Uma população maior do que o esperado de buracos negros em casulos poderia ajudar a explicar partes menos compreendidas desses raios-X.

Teoria com 50 anos comprovada. Alienígenas podem estar a aproveitar buracos negros para obter energia

Uma equipa de cientistas da Universidade de Glasgow, na Escócia, demonstrou que a teoria proposta há meio século pelo físico…

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Este estudo está disponível desde maio na plataforma de pré-publicação ArXiv e vai ser publicado no The Astrophysical Journal.

ZAP //

Por ZAP
21 Julho, 2020

 

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4000: Cientistas propõem plano para determinar se Planeta Nove é um buraco negro primordial

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Impressão de artista dos surtos de acreção resultantes do encontro de um cometa da nuvem de Oort com um hipotético buraco negro no Sistema Solar exterior.
Crédito: M. Weiss

Cientistas da Universidade de Harvard e da BHI (Black Hole Initiative) desenvolveram um novo método para encontrar buracos negros no Sistema Solar exterior e, juntamente com ele, determinar de uma vez por todas a verdadeira natureza do hipotético Planeta Nove. O artigo, aceite para publicação na revista The Astrophysical Journal Letters, destaca a capacidade do levantamento LSST (Legacy Survey of Space and Time) do futuro Observatório Vera C. Rubin para observar surtos de acreção, cuja presença pode provar ou descartar o Planeta Nove como um buraco negro.

O Dr. Avi Loeb, professor em Harvard, e Amir Siraj, estudante, desenvolveram o novo método para procurar buracos negros no Sistema Solar exterior, com base em surtos que resultam da perturbação de cometas interceptados. O estudo sugere que o LSST tem a capacidade de encontrar buracos negros observando surtos que resultam do impacto de pequenos objectos da nuvem de Oort.

“Nas proximidades de um buraco negro, pequenos corpos que se aproximam dele ‘derreterão’ como resultado do aquecimento da acumulação de gás do meio interestelar para o buraco negro,” diz Siraj. “Depois de derreterem, os pequenos corpos estão sujeitos a perturbações de maré pelo buraco negro, seguidas da acreção do corpo perturbado pelas marés no buraco negro”. Loeb acrescentou: “dado que os buracos negros são intrinsecamente escuros, a radiação que a matéria emite a caminho da ‘boca’ do buraco negro é a única maneira de iluminar este ambiente escuro.”

As pesquisas futuras de buracos negros primordiais podem ser informadas pelo novo cálculo. “Este método pode detectar ou descartar buracos negros de massa planetária até à orla da nuvem de Oort, ou cerca de 100.000 UA,” explicou Siraj. “Poderá ser capaz de colocar novos limites na fracção de matéria escura contida nos buracos negros primordiais.”

Espera-se que o LSST tenha a sensibilidade necessária para detectar surtos de acreção, enquanto a tecnologia actual não o consegue fazer sem orientação. “O LSST tem um amplo campo de visão, cobrindo o céu inteiro repetidamente e procurando surtos transientes,” disse Loeb. “Outros telescópios são bons a apontar para um alvo conhecido, mas nós não sabemos exactamente onde procurar o Planeta Nove. Conhecemos apenas a ampla região em que pode residir”. Siraj acrescentou: “A capacidade do LSST em examinar o céu duas vezes por semana é extremamente valiosa. Além disso, a sua profundidade sem precedentes permitirá a detecção de explosões resultantes de objectos impactantes relativamente pequenos, que são mais frequentes do que os grandes.”

O novo artigo concentra-se no famoso Planeta Nove como o primeiro candidato à detecção. Assunto de muita especulação, a maioria das teorias sugere que o Planeta Nove é um planeta ainda por detectar, mas também pode sinalizar a existência de um buraco negro de massa planetária.

“O Planeta Nove é uma explicação convincente para o agrupamento observado de alguns objectos para lá da órbita de Neptuno. Se a existência do Planeta Nove for confirmada através de uma pesquisa electromagnética directa, será a primeira detecção de um novo planeta no Sistema Solar em dois séculos, sem contar com Plutão, disse Siraj, acrescentando que uma falha na detecção de luz do Planeta Nove – ou outros modelos recentes, como a sugestão de enviar sondas para medir a influência gravitacional – tornaria o modelo do buraco negro intrigante. “Tem havido muita especulação sobre explicações alternativas para as órbitas anómalas observadas no Sistema Solar exterior. Uma das ideias apresentadas foi a possibilidade de o Planeta Nove ser um buraco negro do tamanho de uma toranja com uma massa de cinco a dez vezes a da Terra.”

O foco no Planeta Nove é baseado na importância científica sem precedentes que uma hipotética descoberta de um buraco negro de massa planetária no Sistema Solar teria, bem como no interesse continuado em entender o que existe por aí. “A periferia do Sistema Solar é o nosso quintal. Encontrar o Planeta Nove é como descobrir um primo a morar no barracão por trás da nossa casa, um primo que nunca conhecemos,” disse Loeb. “Imediatamente levanta questões: porque é que está ali? Como é que obteve as suas propriedades? Será que moldou a história do Sistema Solar? Será que existem mais como ele?”

Astronomia On-line
14 de Julho de 2020

 

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3968: Investigadores descobrem origem e massa máxima de buracos negros observados por detectores de ondas gravitacionais

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Diagrama esquemático do percurso evolutivo de buraco negro binário para GW170729. Uma estrela com menos de 80 massas solares evolui e desenvolve-se numa super-nova de colapso de núcleo. A estrela não sofre instabilidade de par, de modo que não há uma ejecção significativa de massa por pulsação. Depois da estrela formar um núcleo massivo de ferro, colapsa sob a sua própria gravidade e forma um buraco negro abaixo das 38 massas solares. Uma estrela entre 80 e 140 massas solares evolui e transforma-se numa super-nova por instabilidade de par pulsante. Depois da estrela formar um núcleo massivo de carbono-oxigénio, o núcleo sofre uma criação catastrófica de pares electrão-positrão. Isto estimula uma forte pulsação e ejecção parcial dos materiais estelares. Os materiais ejectados formam a nuvem que envolve a estrela. Depois, a estrela continua a evoluir forma um núcleo massivo de ferro, que colapsa de maneira semelhante a uma super-nova comum de colapso de núcleo, mas com um buraco negro com massa final entre 38 e 52 massas solares. Estes dois caminhos podem explicar a origem das massas dos buracos negros binários detectados no evento de ondas gravitacionais GW170729.
Crédito: Shing-Chi Leung et al./Instituto Kavli para Física e Matemática do Universo

Através de simulações de uma estrela moribunda, uma equipa de físicos teóricos descobriu a origem evolutiva e a massa máxima de buracos negros que são descobertos graças à detecção de ondas gravitacionais.

A excitante descoberta de ondas gravitacionais com o LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) e com o Virgo mostrou a presença de buracos negros em sistemas binários íntimos.

As massas dos buracos negros observados foram medidas antes da fusão e resultaram numa massa muito maior do que o esperado anteriormente, cerca de 10 vezes a massa do Sol (massa solar). Num destes eventos, GW170729, a massa observada de um buraco negro, antes da fusão, é na realidade tão grande quanto 50 massas solares. Mas não está claro que tipo de estrela pode formar um buraco negro tão massivo, ou qual a massa máxima para um buraco negro observado pelos detectores de ondas gravitacionais.

Para responder a esta pergunta, uma equipa de investigação do Instituto Kavli para Física e Matemática do Universo estudou o estágio final da evolução de estrelas muito massivas, em particular com 80 a 130 massas solares, em sistemas binários íntimos. O seu achado está ilustrado nos desenhos (a-e) e nos gráficos.

Em sistemas binários íntimos, inicialmente estrelas com 80 a 130 massas solares perdem o seu invólucro rico em hidrogénio e tornam-se estrelas de hélio com 40 a 65 massas solares. Quando as estrelas com massa inicial entre 80 e 130 vezes a do Sol formam núcleos ricos em oxigénio, as estrelas sofrem pulsação dinâmica, porque a temperatura no interior estelar torna-se alta o suficiente para que os fotões sejam convertidos em pares electrão-positrão. Esta “criação de pares” torna o núcleo instável e acelera a contracção para o colapso (ilustração b).

Na estrela super-comprimida, o oxigénio é queimado explosivamente. Isto desencadeia um salto de colapso e em seguida uma rápida expansão da estrela. Uma parte da camada estelar externa é expelida, enquanto a parte mais interna arrefece e colapsa novamente (ilustração c). A pulsação (colapso e expansão) repete-se até que o oxigénio se esgote (ilustração d). Este processo é chamado “instabilidade de par pulsante” (PPI – “pulsational pair-instability”). A estrela forma um núcleo de ferro e colapsa finalmente para um buraco negro, o que desencadeia a explosão de super-nova (ilustração e), chamada super-nova-PPI (PPSISN).

Ao calcularem várias destas pulsações e ejecções associadas de massa até ao colapso da estrela e formação do buraco negro, a equipa descobriu que a massa máxima de um buraco negro formado a partir de uma super-nova-PPI (super-nova por instabilidade de par pulsante) é de 52 massas solares.

As estrelas inicialmente mais massivas do que 130 massas solares (que formam estrelas de hélio com mais de 65 massas solares) passam por uma “super-nova por instabilidade de par” devido à queima explosiva de oxigénio, que interrompe completamente a estrela sem nenhum remanescente de buraco negro. As estrelas acima das 300 massas solares colapsam e podem formar um buraco negro mais massivo do que aproximadamente 150 massas solares.

Os resultados acima preveem a existência de uma “lacuna de massa” na massa do buraco negro entre 52 e aproximadamente 150 massas solares. Os resultados significam que o buraco negro com 50 massas solares em GW170729 é provavelmente o remanescente de uma super-nova por instabilidade de par pulsacional.

O resultado também prevê que um meio circum-estelar massivo seja formado pela perda de massa pulsacional, de modo que a explosão de super-nova associada com a formação do buraco negro induzirá a colisão do material ejectado com o material circum-estelar para se tornar uma super-nova super-luminosa. Os futuros sinais de ondas gravitacionais vão fornecer uma base sobre a qual estas previsões teóricas podem ser testadas.

Astronomia On-line
7 de Julho de 2020

 

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3964: O buraco negro mais faminto do Universo engole por dia uma massa equivalente à do Sol

CIÊNCIA/ASTROFÍSICA

ESA/Hubble, ESO, M. Kornmesse

No centro do quasar mais brilhante já descoberto “mora” um dos maiores buracos negros que é também o mais “faminto” de todo o Universo: por dia, engole o equivalente à massa do nosso Sol.

As estimativas são de um grupo de astrónomos da Austrália, Estados Unidos e do Observatório Europeu do Sul (ESO) e constam num novo artigo que foi recentemente publicado na revista científica Monthly Notices da Royal Astronomical Society.

Em causa está o buraco negro super-massivo J2157-3602, localizado na constelação de Southern Fish, a 12.000 milhões de anos-luz de distância. Pesa aproximadamente 8.000 vezes a massa de Sagitário A *, o buraco negro central de nossa galáxia.

A sua massa é equivalente a 34 mil milhões de vezes a do Sol, frisa o portal Sci News.

Estas estimativas, frisam os cientistas no novo estudo, refletem o estado do quasar quando o Universo tinha apenas 1,2 mil milhões de anos (cerca de 10% da sua idade actual), devido à enorme distância que existe entre este corpo e a Terra.

A partir desta idade estimada, os cientistas foram capazes de calcular a taxa de crescimento do seu buraco negro e concluíram que esta é a maior conhecida até agora – este corpo engole diariamente o equivalente à massa solar.

“A quantidade de massa que os buracos negros podem absorver depende da quantidade de massa que já possuem”, começou por explicar Fuyan Bian, co-autor do estudo e especialista do Observatório Europeu do Sul, sediado no Chile. “Por isso, para este objecto devorar uma taxa de matéria tão elevada como esta, pensamos que possa ser detentor de um novo recorde. E agora sabemos disso”, continuou, citado em comunicado.

As novas estimativas do objecto foram calculadas tendo por base dados de um telescópio australiano e do Very Large Telescope (VLT) do ESO.

“Se o buraco negro da Via Láctea quisesse engordar até este ponto, teria que engolir dois terços de todas as estrelas da nossa galáxia”, compara o astrónomo australiano Christopher Onken, que também participou na nova investigação.

ZAP //

Por ZAP
7 Julho, 2020

 

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