2171: Campo magnético pode manter o buraco negro da Via Láctea relativamente calmo

Linhas de fluxo que mostram os campos magnéticos sobrepostos a uma imagem a cores do anel de poeira que rodeia o buraco negro super-massivo da Via Láctea. A estrutura azul em forma de Y é material quente que cai em direcção ao buraco negro, localizado próximo do ponto onde os dois braços da figura em forma de Y se intersectam. As linhas revelam que o campo magnético segue a forma da estrutura empoeirada. Cada dos braços azuis tem o seu próprio campo que é totalmente distinto do resto do anel, visto em rosa.
Crédito: poeira e campos magnéticos – NASA/SOFIA; imagem do campo estelar – NASA/Telescópio Espacial Hubble

Existem buracos negros super-massivos no centro da maioria das galáxias, e a nossa Via Láctea não é excepção. Mas muitas outras galáxias têm buracos negros altamente activos, o que significa que está a cair neles muito material, emitindo radiação altamente energética neste processo de “alimentação”. O buraco negro central da Via Láctea, por outro lado, está relativamente calmo. Novas observações do SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy) da NASA estão a ajudar os cientistas a compreender as diferenças entre buracos negros activos e silenciosos.

Estes resultados fornecem informações sem precedentes sobre o forte campo magnético no centro da Via Láctea. Os cientistas usaram o mais novo instrumento do SOFIA, o HAWC+, para realizar estas medições.

Os campos magnéticos são forças invisíveis que influenciam os percursos de partículas carregadas e têm efeitos significativos sobre os movimentos e a evolução da matéria em todo o Universo. Mas os campos magnéticos não podem ser visualizados directamente, portanto o seu papel não é bem compreendido. O instrumento HAWC+ detecta luz infravermelha distante e polarizada, invisível aos olhos humanos, emitida por grãos de poeira. Estes grãos alinham-se perpendicularmente aos campos magnéticos. A partir dos resultados do SOFIA, os astrónomos podem mapear a forma e inferir a força do campo magnético, de outra forma invisível, ajudando a visualizar esta força fundamental da natureza.

“Este é um dos primeiros exemplos em que podemos realmente ver como os campos magnéticos e a matéria interestelar interagem uns com os outros,” observou Joan Schmelz, astrofísica do Centro de Pesquisas Espaciais Universitárias do Centro Ames da NASA em Silicon Valley, Califórnia, EUA, co-autora do artigo que descreve as observações. “O HAWC+ muda o jogo.”

Observações anteriores do SOFIA tinham mostrado o anel inclinado de gás e poeira em órbita do buraco negro da Via Láctea, de nome Sagitário A* (Sgr A*). Mas os novos dados do HAWC+ fornecem uma visão única do campo magnético nesta área, que parece traçar a história da região ao longo dos últimos 100.000 anos.

Os detalhes destas observações do campo magnético, pelo SOFIA, foram apresentados na reunião de Junho de 2019 da Sociedade Astronómica Americana e serão submetidos à revista The Astrophysical Journal.

A gravidade do buraco negro domina a dinâmica do centro da Via Láctea, mas o papel do campo magnético tem sido um mistério. As novas observações com o HAWC+ revelam que o campo magnético é forte o suficiente para restringir os movimentos turbulentos do gás. Se o campo magnético canalizar o gás para que entre no próprio buraco negro, o buraco negro torna-se activo porque consome muito gás. No entanto, se o campo magnético canalizar o gás para que entre em órbita em redor do buraco negro, então o buraco negro ficará quieto porque não está a ingerir nenhum gás que, de outra forma, acabaria por formar novas estrelas.

Os investigadores combinaram imagens no infravermelho médio e longínquo das câmaras do SOFIA com novas linhas de fluxo que visualizam a direcção do campo magnético. A estrutura azul em forma de Y (ver figura) é material quente que cai em direcção ao buraco negro, localizado próximo do ponto onde os dois braços da figura em forma de Y se intersectam. Colocando a estrutura do campo magnético sobre a imagem revela que o campo magnético segue a forma da estrutura empoeirada. Cada dos braços azuis tem o seu próprio componente de campo que é totalmente distinto do resto do anel, visto em rosa. Mas também existem lugares onde o campo se distancia das principais estruturas de poeira, como nas extremidades superior e inferior do anel.

“A forma espiral do campo magnético canaliza o gás para uma órbita em torno do buraco negro,” comentou Darren Dowll, cientista do JPL da NASA e investigador principal do instrumento HAWC+, autor principal do estudo. “Isto pode explicar porque é que o nosso buraco negro está calmo enquanto outros estão activos.”

As novas observações do SOFIA com o HAWC+ ajudam a determinar como o material no ambiente extremo de um buraco negro super-massivo interage com ele, abordando uma antiga questão de porque é que o buraco negro central da Via Láctea é relativamente ténue, enquanto os de outras galáxias são tão brilhantes.

Astronomia On-line
14 de Junho de 2019

2170: Stephen Hawking estava certo. Buracos negros podem evaporar-se

CIÊNCIA

JPL-Caltech / NASA

Em 1974, Stephen Hawking fez uma das suas mais famosas predições: que os buracos negros poderiam, eventualmente, evaporar-se.

De acordo com a teoria de Hawking, os buracos negros não são perfeitamente “negros”. Em vez disso, emitem partículas. Essa radiação, acreditava o cientista, poderia eventualmente extrair energia e massa suficientes dos buracos negros para fazer com que desaparecessem. A teoria é amplamente aceite como verdadeira, mas já foi quase impossível provar.

Pela primeira vez, no entanto, os físicos mostraram a indescritível radiação de Hawking – pelo menos em laboratório. Embora a radiação de Hawking seja demasiado fraca para ser detectada no espaço pelos nossos instrumentos actuais, os físicos já viram a radiação num buraco negro analógico criado usando ondas sonoras e algumas das mais frias e estranhas matérias do universo.

Os buracos negros exercem uma força gravitacional incrivelmente poderosa que até mesmo um fotão, que viaja à velocidade da luz, não conseguiria escapar. Enquanto o vácuo do espaço é geralmente visto como vazio, a incerteza da mecânica quântica dita que o vácuo está repleto de partículas virtuais que entram e saem da existência em pares matéria-antimatéria.

Normalmente, depois de um par de partículas virtuais aparecer, aniquilam-se imediatamente. Ao lado de um buraco negro, no entanto, as forças extremas da gravidade, em vez disso, separam as partículas, com uma partícula absorvida pelo buraco negro, enquanto a outra é disparada para o espaço.

A partícula absorvida tem energia negativa, o que reduz a energia e a massa do buraco negro. Engolindo suficientes partículas virtuais, o buraco negro acabará eventualmente por evaporar. A partícula que escapa é conhecida como radiação de Hawking. Essa radiação é demasiado fraca e é impossível actualmente observá-la no espaço.

O físico Jeff Steinhauer e os seus colegas do Technion – Instituto de Tecnologia de Israel em Haifa usaram um gás extremamente frio chamado condensado de Bose-Einstein para modelar o horizonte de eventos de um buraco negro, a fronteira invisível além da qual nada pode escapar. Num fluxo desse gás, colocaram um penhasco, criando uma “cascata” de gás. Quando o gás fluía sobre a cascata, transformava energia potencial em energia cinética para fluir mais rápido do que a velocidade do som.

Em vez de partículas de matéria e antimatéria, os investigadores usaram pares de fonões, ou ondas sonoras quânticas, no fluxo de gás. O fonão no lado lento conseguia viajar contra o fluxo do gás, longe da cascata, enquanto o fonão no lado rápido não conseguia, ficando preso pelo “buraco negro” do gás supersónico.

“É como se estivesse a tentar nadar contra uma corrente mais rápida do que poderia nadar”, disse Steinhauer ao Live Science. “Isso é análogo a um fotão num buraco negro a tentar sair, mas a ser puxado pela gravidade da maneira errada”.

Hawking previu que a radiação das partículas emitidas estaria num espectro contínuo de comprimentos de onda e energias. O físico também disse que poderia ser descrito por uma única temperatura que dependesse apenas da massa do buraco negro. A recente experiência confirmou ambas as previsões no buraco negro sónico.

Este estudo é um passo ao longo de um longo processo. Por outro lado, este estudo não mostrou os pares de fonões a ser correlacionados a nível quântico, que é outro aspecto importante das previsões de Hawking.

ZAP //

Por ZAP
14 Junho, 2019

2160: A todo o gás: GTC detecta ventos poderosos produzidos por um buraco negro super-massivo

Os ventos de um buraco negro “varrem” o gás das galáxias.
Crédito: ESA/ATG medialab

Os buracos negros super-massivos nos centros de muitas galáxias parecem ter uma influência básica nas suas evoluções. Isto acontece durante uma fase em que o buraco negro está a consumir o material da galáxia em que reside a uma grande velocidade, crescendo em massa ao fazê-lo. Durante esta fase, dizemos que a galáxia tem um núcleo activo (AGN, “active galactic nucleus).

O efeito que esta actividade tem sobre a galáxia hospedeira é conhecido como feedback AGN e uma das suas propriedades são os ventos galácticos: este é o gás do centro da galáxia que é expelido pela energia libertada pelo núcleo activo. Estes ventos podem atingir velocidades de até milhares de quilómetros por segundo e nos AGNs mais energéticos, por exemplo, nos quasares, podem limpar os centros das galáxias impedindo a formação de novas estrelas. Mostrou-se que a evolução da formação estelar ao longo de escalas de tempo cosmológicas não pode ser explicada sem a existência de um mecanismo regulador.

Para estudar estes ventos em quasares utilizou-se o espectrógrafo infravermelho EMIR acoplado ao GTC (Gran Telescopio Canarias). O EMIR é um instrumento completamente desenvolvido no Instituto de Astrofísica das Canárias, construído para estudar os objectos mais frios e mais distantes do Universo, analisando a luz infravermelha. Desde Junho de 2016 que está instalado no GTC, depois de passar por uma fase exaustiva de testes nas oficinas da Divisão de Instrumentos da sede do IAC em La Laguna.

Os dados obtidos desde então têm sido utilizados para produzir vários artigos científicos dos quais o mais recente é o estudo do quasar obscurecido J1509 + 0434, publicado na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Letters e produzido por uma equipa internacional liderada pela investigadora do IAC Cristina Ramos Almeida. Este quasar está no Universo local e é um análogo dos quasares mais distantes e muito mais numerosos onde o feedback AGN deve estar a afectar seriamente a formação de novas estrelas.

“O EMIR permitiu-nos estudar os ventos do gás ionizado e molecular deste quasar usando o espectro infravermelho. Esta análise é muito importante porque nem sempre mostra propriedades semelhantes, o que nos diz muito sobre como estes ventos são produzidos e como afectam as suas galáxias hospedeiras,” explica Ramos Almeida. O estudo deste e de outros quasares locais permitirá entender o que estava a acontecer nas galáxias quando eram mais jovens e quando estavam a formar as suas estruturas que vemos hoje.

Com base nos novos dados obtidos com o EMIR, a equipa descobriu que o vento ionizado é mais rápido do que o vento molecular, atingindo velocidades de até 1200 km/s. No entanto, seria o vento molecular a esvaziar os reservatórios de gás da galáxia (até 176 massas solares por ano). “Novas observações com o ALMA vão permitir confirmar esta estimativa,” explicou José Acosta Pulido, investigador do IAC e co-autor deste estudo.

O próximo passo é observar uma amostra completa de quasares próximos obscurecidos com o EMIR para estudar os seus ventos ionizados e moleculares. Os cientistas também querem investigar as populações estelares das suas galáxias hospedeiras. Isto permitirá confirmar directamente o feedback AGN na evolução das galáxias.

Astronomia On-line
11 de Junho de 2019

2157: A Terra pode mesmo ser engolida por um buraco negro

CIÊNCIA

ESA/Hubble, ESO, M. Kornmesse

Um físico da Universidade de Yale, nos Estados Unidos, afirmou recentemente que há possibilidade de o planeta Terra ser engolido por um buraco negro.

Não é uma hipótese tão remota quanto imaginávamos. A Via Láctea tem um buraco negro super-massivo no seu centro que, um dia, colidirá com o buraco negro super-massivo que vive na nossa vizinha Andrómeda. Desta colisão catastrófica, a Terra pode não sair ilesa.

Ao Daily Star, o físico Fabio Pacucci, da Universidade de Yale, nos Estados Unidos, explicou que há dois tipos principais de buracos negros. Os menores, chamados buracos negros de massa estelar, que têm uma massa de até 100 vezes maior que a do nosso Sol, e os maiores, que são mil milhões de vezes maiores. Ambos podem destruir o nosso planeta, ou mesmo toda a galáxia, revelou.

O especialista acrescentou ainda que vários objectos destes género estão em movimento, “tão próximos quanto 3.000 anos-luz de distância”. Aliás, na nossa Via Láctea, pode mesmo haver “até 100 milhões de pequenos buracos negros“.

Estes buracos negros menores, completamente “vazios no Espaço”, representam um verdadeiro perigo, na medida em que são incertos. A probabilidade de colisão é muito pequena, mas basta uma “passagem rasante” entre buracos negros para empurrar o nosso planeta para o forno nuclear e, assim, engolir a Terra.

“Apesar da sua grande massa, os buracos negros estelares têm apenas um raio de cerca de 300 quilómetros ou menos, tornando minúsculas as hipóteses de um impacto directo com a Terra. Apesar de os seus campos gravitacionais poderem afectar um planeta a grande distância, eles podem ser perigosos mesmo sem uma colisão directa”, disse o especialista.

Pacucci ressaltou ainda que “se um típico buraco negro de massa estelar passasse na região de Neptuno, a órbita da Terra seria consideravelmente modificada, com resultados terríveis”.

Quanto aos buracos negros super-massivos, o físico alertou que “estes gigantes podem atingir proporções imensas, engolindo matéria e fundindo-se com outros buracos negros”. “Ao contrário dos seus primos estelares, os buracos negros super-massivos não estão a vaguear pelo Espaço. O nosso Sistema Solar está numa órbita estável em torno de um buraco negro super-massivo no centro da Via Láctea, a uma distância segura de 25.000 anos-luz”, esclarece o cientista, avisando no entanto que “isso pode mudar“.

“Se a nossa galáxia colidir com outra, a Terra pode ser lançada para o centro galáctico, suficientemente perto do buraco negro super-massivo para ser eventualmente engolida. Prevê-se que uma colisão com a galáxia Andrómeda aconteça daqui a quatro mil milhões de anos”, rematou.

ZAP // SputnikNews

Por ZAP
12 Junho, 2019

2135: Anel nublado e frio em torno do buraco negro super-massivo da Via Láctea

Impressão de artista do anel de gás interestelar frio em redor do buraco negro super-massivo no centro da Via Láctea. Novas observações do ALMA revelaram, pela primeira vez, esta estrutura.
Crédito: NRAO/AUI/NSF; S. Dagnello

Novas observações do ALMA revelam um disco nunca antes visto de gás interestelar frio envolvido em torno do buraco negro super-massivo no centro da Via Láctea. Este disco nublado dá aos astrónomos novas informações sobre o funcionamento da acreção: o desvio de material para a superfície de um buraco negro. Os resultados foram publicados na revista Nature.

Através de décadas de estudo, os astrónomos desenvolveram uma imagem mais clara da vizinhança caótica e povoada em redor do buraco negro super-massivo no centro da Via Láctea. O nosso Centro Galáctico está a aproximadamente 26.000 anos-luz da Terra e o buraco negro super-massivo, conhecido como Sagitário A*, tem 4 milhões de vezes a massa do nosso Sol. Sabemos agora que esta região está repleta de estrelas errantes, nuvens de poeira interestelar e um grande reservatório de gases fenomenalmente quentes e comparativamente mais frios. Pensa-se que estes gases orbitem o buraco negro num vasto disco de acreção que se estende a poucas décimas de um ano-luz do horizonte de eventos do buraco negro.

No entanto, até agora, os astrónomos só tinham conseguido fotografar a porção quente e ténue deste gás em acreção, que forma um fluxo aproximadamente esférico e que não mostra uma rotação óbvia. A sua temperatura está estimada em 10 milhões de graus Celsius, ou cerca de metade da temperatura do núcleo do nosso Sol. A esta temperatura, o gás brilha intensamente em raios-X, permitindo que seja estudado por telescópios de raios-X no espaço, até à escala de um-décimo de um ano-luz do buraco negro.

Além deste gás incandescente e quente, observações anteriores com telescópios de comprimento de onda milimétrico detectaram um grande reservatório de hidrogénio gasoso comparativamente mais frio (cerca de 10 mil graus Celsius) a poucos anos-luz em torno do buraco negro. A contribuição deste gás para o fluxo de acreção do buraco negro era anteriormente desconhecida.

Embora o buraco negro do nosso Centro Galáctico seja relativamente calmo, a radiação em seu redor é forte o suficiente para fazer com que os átomos de hidrogénio continuem a perder e a recombinar-se com os seus electrões. Esta recombinação produz um sinal distintivo de comprimento de onda milimétrico, que é capaz de atingir a Terra com muito poucas perdas no caminho. Com a sua notável sensibilidade e capacidade em ver detalhes, o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) foi capaz de detectar este ténue sinal de rádio e de produzir a primeira imagem do disco de gás mais frio que rodeia o buraco negro super-massivo da Via Láctea a apenas um-centésimo de ano-luz de distância, ou cerca de 1000 vezes a distância da Terra ao Sol. Estas observações permitiram que os astrónomos mapeassem a localização e rastreassem o movimento desse gás. Os investigadores estimam que a quantidade de hidrogénio neste disco frio é equivalente a um-décimo da massa de Júpiter, ou a 1/10.000 da massa do Sol.

Através do mapeamento dos desvios nos comprimentos de onda desta radiação de rádio devido ao efeito Doppler (a luz dos objectos que se movem em direcção à Terra é ligeiramente desviada para a porção mais “azul do espectro enquanto a luz dos objectos que se movem para longe da Terra é ligeiramente desviada para a porção mais “vermelha”), os astrónomos puderam ver claramente que o gás está a girar em torno do buraco negro. Esta informação fornecerá novas informações sobre como os buracos negros devoram a matéria e a complexa interacção entre um buraco negro e a sua vizinhança galáctica.

“Fomos os primeiros a fotografar este disco elusivo e a estudar a sua rotação,” comentou Elena Murchikova, membro, em astrofísica, do Instituto de Estudos Avançados em Princeton, Nova Jersey, EUA. “Também estamos a estudar a acreção para o buraco negro. Isto é importante porque é o buraco negro super-massivo mais próximo. Mesmo assim, ainda não temos um bom entendimento de como funciona a acreção. Esperamos que estas novas observações do ALMA ajudem o buraco negro a ceder alguns dos seus segredos.”

Astronomia On-line
7 de Junho de 2019



2068: Dois buracos negros em fusão

Dois buracos negros em fusão.
Crédito: ESA

Os buracos negros estão entre os objectos mais fascinantes do Universo. Envolvendo enormes quantidades de matéria em regiões relativamente pequenas, estes objectos compactos têm densidades enormes que dão origem a alguns dos campos gravitacionais mais fortes do cosmos, tão fortes que nada pode escapar – nem mesmo a luz.

Esta impressão artística mostra dois buracos negros que estão em espiral um em direcção ao outro e, eventualmente, ir-se-ão fundir. Uma fusão de um buraco negro foi detectada pela primeira vez em 2015 pelo LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), que detectou as ondas gravitacionais – flutuações no tecido do espaço-tempo – criadas pela colisão gigante.

Buracos negros e ondas gravitacionais são previsões da relatividade geral de Albert Einstein, a qual foi apresentada em 1915 e permanece, até hoje, a melhor teoria para descrever a gravidade em todo o Universo.

Karl Schwarzschild derivou as equações para buracos negros em 1916, mas estas permaneceram uma curiosidade teórica durante várias décadas, até que as observações de raios-X realizadas com telescópios espaciais puderam finalmente sondar a emissão altamente energética da matéria na vizinhança desses objectos extremos. A primeira imagem da silhueta escura de um buraco negro, lançada contra a luz da matéria no seu entorno imediato, só foi capturada recentemente pelo EHT (Event Horizon Telescope) e publicada no mês passado.

Quanto às ondas gravitacionais, foi o próprio Einstein quem previu a sua existência a partir da sua teoria, também em 1916, mas levaria outro século para finalmente se observar essas flutuações. Desde 2015, os observatórios terrestres LIGO e Virgo reuniram mais de uma dúzia de detecções e a astronomia de ondas gravitacionais é um novo campo de investigação em desenvolvimento.

Mas outra das previsões de Einstein encontrou prova de observação muito mais cedo: a curvatura gravitacional da luz, que foi demonstrada apenas alguns anos depois da teoria aparecer, durante um eclipse total do Sol em 1919.

No contexto da relatividade geral, qualquer objecto com massa dobra o tecido do espaço-tempo, desviando o caminho de qualquer coisa que passe por perto – incluindo a luz. Uma visão artística dessa distorção, também conhecida como lente gravitacional, encontra-se retratada nesta representação de dois buracos negros em fusão.

Há cem anos, os astrónomos começaram a testar a relatividade geral, observando se e como a massa do Sol desvia a luz de estrelas distantes. Esta experiência só poderia ser realizada obscurecendo a luz do Sol para revelar as estrelas ao seu redor, algo que é possível durante um eclipse solar total.

Em 29 de maio de 1919, Sir Arthur Eddington observou as estrelas distantes ao redor do Sol durante um eclipse na ilha do Príncipe, na África Ocidental, enquanto Andrew Crommelin realizou observações semelhantes em Sobral, no nordeste do Brasil. Os seus resultados, apresentados seis meses depois, indicaram que as estrelas observadas perto do disco solar durante o eclipse foram levemente deslocadas em relação à sua posição normal no céu, aproximadamente pela quantidade prevista pela teoria de Einstein para o seu desvio devido à massa do Sol.

“Acende todos os mortos no céu”, destacou o New York Times em Novembro de 1919 para anunciar o triunfo da nova teoria de Einstein. Isto inaugurou um século de experiências excitantes a investigar a gravidade na Terra e no espaço e a provar a relatividade geral de um modo cada vez mais preciso.

Demos saltos gigantescos nos últimos cem anos, mas ainda há muito para descobrir. Athena, o futuro observatório de raios-X da ESA, investigará detalhadamente, e sem precedentes, os buracos negros super-massivos que se situam no centro das galáxias. LISA, outra futura missão da ESA, detectará as ondas gravitacionais a partir de órbita, procurando as flutuações de baixa frequência que são libertadas quando dois buracos negros super-massivos se fundem e só podem ser detectados a partir do espaço.

Ambas as missões estão actualmente em fase de estudo e estão programadas para lançamento no início da década de 2030. Se Athena e LISA pudessem operar em conjunto por pelo menos alguns anos, poderiam realizar uma experiência única: observar a fusão de buracos negros super-massivos tanto em ondas gravitacionais quanto em raios-X, utilizando uma abordagem conhecida como astronomia multi-mensageira.

Nunca observámos tal fusão: precisamos de LISA para detectar as ondas gravitacionais e nos dizer onde procurar no céu, depois precisamos que Athena a observe com alta precisão em raios-X para ver como a poderosa colisão afecta o gás que circunda os buracos negros. Não sabemos o que acontece durante um confronto cósmico deste tipo, portanto, essa experiência, muito parecida com o eclipse de 1919 que primeiro provou a teoria de Einstein, está preparada para abalar a nossa compreensão da gravidade e do Universo.

Astronomia On-line
28 de Maio de 2019


2061: Civilizações avançadas podem estar a comunicar através de feixes de neutrinos

CIÊNCIA

Uma nova investigação, liderada pelo cientista Albert Jackson, sugere que civilizações avançadas no Universo podem ser capazes de se comunicar através de feixes de neutrinos que seriam transmitidos por constelações de satélites localizadas em torno de estrelas de neutrões ou buracos negros. 

A ideia da existência de “mega-estruturas” extraterrestres do tipo esfera de Dyson (estruturas hipotéticas que orbitariam uma estrela, capturando toda ou a maior parte da energia por ela emitida), colocadas como “faróis cósmicos“, depende de onde a civilização extraterrestre avançada em causa se encaixa na Escala de Kardashev.

Esta escala mede o grau de desenvolvimento tecnológico de uma civilização, isto é, se se trata de uma civilização planetária (tipo I), estelar (tipo II) ou galáctica (tipo III).

Numa nova investigação, cujos resultados foram esta semana disponibilizados no arXiv, Albert Jackson, investigador da Triton Systems, sugere que uma civilização Tipo II seria capaz de englobar uma estrela de neutrões ou um buraco negro através da criação de uma constelação de satélites de transmissão neutrinos.

Jackson cita no início da publicação um ensaio de Freeman Dyson, o “pai” destas “mega-estruturas”. Datado de 1966, o documento sob o título A procura pela tecnologia extraterrestre resume as suas metas na investigação: “A primeira regra do meu jogo é: pensar sobre as maiores actividades artificiais possíveis [no Universo] com limites apenas estabelecidos pelas leis das Física e procurá-las”.

Num estudo anterior, o cientista sugeriu que as civilizações avançadas poderia usar pequenos buracos negros como lentes gravitacionais para enviar sinais de ondas pela galáxia, visando assim transmitir informações.

Um outro estudo de Jackson defende que uma civilização suficientemente avançada poderia usar o mesmo tipo de lente gravitacional para criar um farol laser.

Em ambos os casos, observa a agência Europa Press, os requisitos tecnológicos seriam surpreendentes e exigiriam infra-estruturas de escala estelar. Ultrapassando estas condições, Jackson explora no novo estudo a possibilidade de neutrinos serem usados para transmitir informação, uma vez que estes – à semelhança das ondas gravitacionais – viajam bastante bem pelo meio interestelar.

Comparativamente com os feixes focalizados de fotões (também conhecidos como lasers), os neutrinos apresentam várias vantagens no que respeita aos faróis cósmicos, tal como explicou o especialista ao Universe Today.

“Os neutrinos chegam quase sem atenuação desde qualquer direcção de origem, o que seria [uma] vantagem no plano galáctico. Os fotões em comprimentos de onda – tal como os infravermelhos – também são bons, mas com o gás e o pó ainda há alguma absorção. Os neutrinos podem viajar pelo Universo quase sem absorção”, sustentou.

Mil milhões: o número de estrelas da Via Láctea

Simplificando: o novo conceito parte do fenómeno da lente gravitacional, onde os cientistas confiam a existência de objecto interveniente maciço para focalizar e ampliar a luz oriunda de um objecto mais distante. Neste estudo em particular, a fonte da luz seriam os neutrinos e o efeito de focá-los daria ao “farol cósmico” um sinal mais forte.

Ou seja, um buraco negro ou uma estrela de neutrões são as lentes gravitacionais, lente esta que foca os neutrinos num feixe intenso que, por sua vez, quando é visto à distância é tão “ajustado” que é necessário colocar uma constelações de transmissores de neutrinos na lente gravitacional para obter um transmissor isotrópico aproximado.

“Neste caso, o número de” transmissores” é cerca de 10 elevado para 18, ou seja, cerca de mil milhões de vezes o número das estrelas na Via Láctea”, estimou Jackson.

Tal como a construção de uma Esfera de Dyson, este tipo de estrutura só seria possível de ser alcançado por uma civilização de Tipo II. Noutras palavras, seria necessária uma civilização capaz de aproveitar e canalizar a energia irradiada pela sua própria estrela, que equivale a aproximadamente 4×1026 watts de energia – mil milhões de vezes maior do que a energia consumida anualmente por toda a Humanidade.

ZAP //

Por ZAP
27 Maio, 2019


1951: Astrónomos podem ter detectado uma colisão espacial nunca antes vista

Goddard NASA

O Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferómetro Laser (LIGO), da Fundação Nacional para a Ciência dos Estados Unidos, e o interferómetro de Virgo, em Itália, gravaram ondas gravitacionais que podem ser resultado de uma colisão entre duas titãs do Espaço: uma estrela neutrões a ser engolida por um buraco negro, algo nunca antes visto. 

A detecção, a 26 de Abril, foi inicialmente encarada como uma colisão entre duas estrelas de neutrões. Contudo, e segundo explica o LIGO em nota de imprensa, o cenário de colisão entre uma estrela de neutrões e um buraco negro está também em cima da mesa.

A confirmar-se o segundo cenário, a detecção pode esclarecer o que acontece exactamente quando estrelas colidem como buracos negros. Uma das perguntas mais importantes para os cientistas passa por compreender se a estrela foi destruída antes de ser destruída pelo buraco negro ou se simplesmente deslizou no seu sentido.

Os detectores funcionam reconhecendo as minúsculas ondas na estrutura do espaço e no tempo em que viajam pelo Universo quando dois gigantes cósmicos colidem.

Patrick Brady, porta-voz do LIGO e professor de Física na Universidade de Wisconsin-Milwaukee (Estados Unidos), explicou que o sinal da possível colisão é “bastante fraco” e, por isso, os astrónomos precisam ainda de examinar minuciosamente todos os dados antes de dar o evento como confirmado

“É como ouvir alguém a sussurrar uma palavra num café movimentada: pode ser difícil distinguir a palavra ou até mesmo ter a certeza que a pessoa sussurrou realmente alguma coisa”, exemplificou. “Levará algum tempo até chegarmos a uma conclusão definitiva”.

Os cientistas calcularam as possíveis distâncias para ambos os cenários de colisão. De acordo com o comunicado da LIGO, acredita-se que o choque estrela-estrela — baptizado de S190425z — ocorreu cerca de 500 milhões de anos-luz da Terra. A outra hipótese de colisão (estrela-buraco negro) – apelidado de S190426c — ocorreu mais longe do nosso planeta, a cerca de 1.2 mil milhões de anos-luz.

Os cientistas já sabem o que acontece quando dois buracos negros se enfrentam, bem como o que acontece quando duas estrelas de neutrões colidem. Fica ainda por responder o que acontece quando uma estrela de neutrões é engolida por um buraco negro.

“O Universo mantém-nos alerta“, referiu Patrick Brady.

ZAP //

Por ZAP
10 Maio, 2019

 

1923: Buraco negro veloz e torto observado a cuspir “balas” de plasma

Dados do observatório de alta energia, Integral, da ESA, ajudaram a esclarecer o funcionamento de um misterioso buraco negro que se encontra a lançar “balas” de plasma enquanto gira no espaço.

O buraco negro faz parte de um sistema binário conhecido como V404 Cygni e está a sugar material de uma estrela companheira. Encontra-se na nossa Via Láctea, a cerca de 8000 anos-luz da Terra, e foi identificado pela primeira vez em 1989, quando provocou um enorme surto de radiação altamente energética e de material.

Após 26 anos de dormência, acordou novamente em 2015, tornando-se por um curto período de tempo o objecto mais brilhante no céu observável em raios-X altamente energéticos. Astrónomos de todo o mundo apontaram os seus telescópios terrestres e espaciais na direcção do objecto celeste e descobriram que o buraco negro estava a comportar-se de maneira um tanto ou quanto estranha.

Um novo estudo, com base em dados recolhidos durante a explosão de 2015, revelou agora o funcionamento interno desse monstro cósmico. Os resultados foram esta semana divulgados na revista científica Nature.

“Durante a explosão observámos detalhes das emissões dos jactos quando o material é expelido a uma velocidade muito alta da vizinhança do buraco negro,” diz Simone Migliari, astrofísica da ESA e co-autora do artigo. “Podemos ver os jactos disparados em várias direcções numa escala de tempo de menos de uma hora, o que significa que as regiões internas do sistema estão a girar muito depressa.”

Normalmente, os astrónomos observam os jactos disparados directamente dos pólos dos buracos negros, perpendicularmente ao disco circundante de material que é acretado da estrela companheira. Anteriormente, havia apenas um buraco negro observado com um jacto giratório. No entanto, estava a girar muito mais lentamente, completando um ciclo a cada seis meses.

Os astrónomos puderam observar os jactos de V404 Cygni no rádio recorrendo a telescópios como o VLBA (Very Long Baseline Array) nos EUA. Entretanto, dados de raios-X altamente energéticos obtidos pelo Integral e por outros observatórios espaciais ajudaram a descodificar o que estava a acontecer ao mesmo tempo dentro da região interna do disco de acrecção com 10 milhões de quilómetros de diâmetro. Isto foi importante, já que é a mecânica do disco que provoca o comportamento estranho do jacto.

“V404 Cygni é diferente pois achamos que o disco de material e o buraco negro estão desalinhados,” diz o professor James Miller-Jones, do ICRAR (International Centre for Radio Astronomy Research) e da Universidade Curtin, na Austrália, que é o principal autor do novo artigo científico. “Parece estar a fazer com que a parte interna do disco oscile como um pião que está a desacelerar, e dispara jactos em direcções diferentes conforma muda de orientação.”

Durante a explosão, uma grande quantidade do material circundante estava a cair no buraco negro de uma só vez, aumentando temporariamente a taxa de acrecção do material do disco em direcção ao buraco negro e resultando num súbito surto energético. Isto foi visto pelo Integral como um aumento repentino na emissão de raios-X.

As observações do Integral foram usadas para estimar a energia e a geometria da acrecção para o buraco negro, o que por sua vez foi crucial para entender a ligação entre o material que entra e o que sai para criar uma imagem completa da situação. “Com o Integral, pudemos observar V404 Cygni continuamente durante 4 semanas, enquanto outros satélites de alta energia só podiam obter exposições mais curtas,” explica Erik Kuulkers, cientista do projecto Integral na ESA.

“Os dados de raios-X suportam um modelo em que a parte interna do disco de acrecção está inclinada em relação ao resto do sistema, provavelmente devido à rotação do buraco negro, inclinado em relação à órbita da estrela companheira,” explica Simone.

Os cientistas têm vindo a estudar o que provocou este estranho desalinhamento. Uma possibilidade é que o eixo de rotação do buraco negro pode ter sido inclinado pelo “pontapé” recebido durante a explosão da super-nova que o criou. “Os resultados encaixam num cenário, também estudado em simulações computacionais recentes, onde o fluxo de acrecção na vizinhança do buraco negro e os jactos podem girar juntos,” diz Erik.

“Devemos esperar dinâmicas semelhantes em qualquer buraco negro com forte acrecção cuja rotação está desalinhada com o influxo de gás, e temos que levar em conta os diferentes ângulos de inclinação do jacto ao interpretar observações de buracos negros em todo o Universo.”

ZAP // CCVAlg

Por ZAP
3 Maio, 2019

 

O gigante no nosso “quintal cósmico”

O centro da nossa Galáxia, a Via Láctea, só é visível aos radiotelescópios. O buraco negro super-massivo no seu núcleo brilha no rádio rodeado por anéis de gás e poeira de remanescentes de super-nova e arcos de material apanhados nos fortes campos magnéticos do núcleo. Esta imagem gigantesca é uma composição de várias observações obtidas pelo VLA (Very Large Array).
Crédito: NRAO/NAUI/NSF

Recentemente, foram combinados vários observatórios rádio para formar o GMVA (Global mm-VLBI Array), uma poderosa ferramenta que sondou a região perto do buraco negro super-massivo da nossa Galáxia. Foram produzidas imagens curiosas desta região, brilhando intensamente no rádio. Estas observações, que envolveram três radiotelescópios norte-americanos – VLA, VLBA e GBT – são um passo importante para a observação do horizonte de eventos de um buraco negro. Aqui fica a história desta investigação até agora.

Há um gigante no nosso “quintal cósmico”. Sabemos que lá está, mas nunca ninguém o viu. É um buraco negro super-massivo e esconde-se no centro da nossa Galáxia.

Em 1931, o engenheiro Karl Jansky observou pela primeira vez um forte sinal cósmico de rádio proveniente da constelação de Sagitário, que se encontra na direcção do centro da nossa Galáxia. Jansky assumiu que os sinais de rádio eram originários do centro da nossa Galáxia, mas não fazia ideia do que essa fonte podia ser e o seu telescópio era incapaz de identificar a localização exacta. Isso sucedeu em 1974, quando Bruce Balick e Robert Brown usaram três antenas rádio do Observatório Green Bank e uma quarta antena mais pequena a cerca de 35 km de distância para formar um radiotelescópio muito mais preciso chamado interferómetro.

Interferometria é um método de usar vários radiotelescópios ou antenas como um único telescópio virtual. Quando duas antenas estão apontadas para o mesmo objecto no céu, recebem o mesmo sinal, mas os sinais estão em dessintonia porque um demora um pouco mais a alcançar uma antena do que a outra. A diferença de tempo depende da direcção das antenas e da distância entre elas. Ao correlacionar os dois sinais, podemos determinar a localização da fonte com muita precisão. Com o GBI (Green Bank Interferometer), Balick e Brown confirmaram a fonte rádio como uma região muito pequena perto do Centro Galáctico. Brown mais tarde denominou a fonte Sagitário A*, ou Sgr A* para abreviar.

O GBI foi um antecessor do VLA (Very Large Array) do NRAO (National Radio Astronomy Observatory). O VLA é composto por 28 antenas capazes de configurações amplamente separadas e juntas, tornando-se a ferramenta perfeita para estudar Sgr A*. Em 1983, uma equipa liderada por Ron Ekers usou o VLA para fazer a primeira imagem rádio do Centro Galáctico, que revelou uma mini-espiral de gás quente. Observações posteriores mostraram não apenas a espiral de gás, mas também uma fonte de rádio distinta e brilhante no centro exacto da Via Láctea.

Nesta altura suspeitava-se fortemente que esta fonte de rádio fosse um enorme buraco negro. Entre 1982 e 1998, Don Backer e Dick Stramek, no VLA, mediram a posição de Sgr A* e descobriram que quase não havia movimento aparente. Isto significava que devia ser extremamente massivo, já que os puxões gravitacionais de estrelas próximas não o faziam mover-se. Eles estimaram que devia ter uma massa equivalente a pelo menos dois milhões de sóis. Observações a longo prazo das estrelas em órbita do Centro Galáctico descobriram que Sgr A* tem aproximadamente 3,6 milhões de massas solares, e imagens rádio detalhadas confirmaram que não deve ser maior que a órbita de Mercúrio em torno do Sol. Sabemos agora que é, de facto, um buraco negro super-massivo.

Estar ciente da existência de um buraco negro não é o mesmo que o ver directamente. Os astrónomos há muito que sonham em observar directamente um buraco negro e talvez até vislumbrar o seu horizonte de eventos. Sagitário A* é o buraco negro super-massivo mais próximo da Terra, de modo que têm havido vários esforços para o observar directamente. Mas há dois grandes desafios a serem superados. O primeiro é que o centro da nossa Via Láctea está rodeado por gás e poeira densos. Quase toda a luz visível da região é obscurecida, por isso não podemos observar o buraco negro com um telescópio óptico. Felizmente, o gás e a poeira são relativamente transparentes ao rádio, o que significa que os radiotelescópios podem ver o coração da nossa Galáxia. Mas isto leva ao segundo grande desafio: a resolução.

Embora o buraco negro Sgr A* seja massivo, tem apenas o tamanho de uma estrela grande. Segundo a teoria da relatividade geral de Einstein, um buraco negro com 3,6 milhões de vezes a massa do Sol teria um horizonte de eventos apenas 15 vezes maior que a nossa estrela. Tendo em conta que o Centro Galáctico está a aproximadamente 26.000 anos-luz da Terra, o buraco negro tem um tamanho aparente muito pequeno no céu, mais ou menos equivalente a ver uma bola de basebol à superfície da Lua. Para ver um objecto rádio tão pequeno, precisamos de um telescópio do tamanho da própria Terra.

Obviamente, não podemos construir um radiotelescópio do tamanho do nosso planeta, mas com a interferometria rádio podemos construir um telescópio virtual do tamanho da Terra. Os observatórios do NRAO estão actualmente a trabalhar em dois projectos que tentam observar um buraco negro, o EHT (Event Horizon Telescope) e o GMVA (Global mm-VLBI Array). O ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) está a participar em ambos os projectos, enquanto o GBT (Green Bank Telescope) e o VLBA (Very Long Baseline Array) fazem parte do GMVA. Tal como o VLA, estes projectos combinam sinais de múltiplas antenas. Dado que as antenas estão localizadas por todo o mundo, este telescópio virtual tem mais ou menos o tamanho da Terra. Mas, ao contrário das antenas do VLA, todas elas têm diferentes tamanhos e sensibilidades. Esta diversidade de antenas dificulta a combinação dos sinais, mas também fornece uma grande vantagem aos projectos.

No VLA, por exemplo, todas as antenas da rede são idênticas. Cada antena contribui igualmente e a sensibilidade do complexo depende do tamanho de uma única antena. Mas quando telescópios, ou antenas de diferentes tamanhos, são combinados, a sensibilidade das antenas maiores ajuda a aumentar a sensibilidade das menores. O GBT, por exemplo, tem um diâmetro de 100 metros. Quando combinado com telescópios mais pequenos num grande interferómetro, a sensibilidade total depende do tamanho médio de todas as antenas. Isso torna o ALMA – ligado ao EHT e ao GMVA – e o GBT – ligado ao GMVA – muito mais sensível aos sinais do buraco negro da Via Láctea, e os cientistas precisam de toda a sensibilidade possível para capturar a imagem de um buraco negro.

Em Janeiro de 2019, o GMVA capturou uma imagem de Sagitário A* a comprimentos de onda de 3mm, mas a dispersão de luz a 3mm pelo plasma situado entre nós e Sgr A* tornou impossível ver a sombra do seu horizonte de eventos. A primeira imagem nítida de um buraco negro foi anunciada pelo EHT em Abril de 2019. Era uma imagem do buraco negro da galáxia M87. Embora M87 esteja mais de 2000 vezes mais distante que o buraco negro no centro da nossa Galáxia, o seu buraco negro central é também 1500 vezes mais massivo. É um buraco negro muito activo e não está obscurecido pelo gás e poeira da nossa Galáxia, facilitando a observação. A observação do nosso buraco negro, mais pequeno e calmo, é um desafio maior. Mas ao trabalharem com observatórios espalhados por todo o mundo, o ALMA e o GBT terão em breve a primeira imagem nítida do gigante situado no nosso “quintal cósmico”.

Astronomia On-line
26 de Abril de 2019

 

One of Stephen Hawking’s Most Famous Theories About Black Holes Just Suffered a Huge Blow


An image of the Andromeda Galaxy captured with the Hyper-Suprime-Cam. A recent snapshot of Andromeda found only one signal that could have come from a medium-sized primordial black hole, or one that formed soon after the Big Bang.
Credit: Copyright HSC-SSP and NAOJ

One of Stephen Hawking’s most famous theories about dark matter — that this mysterious and invisible substance is made up of primordial black holes — recently suffered a huge blow. That conclusion comes from a massive telescope that captured an image of an entire galaxy in one shot.

The findings don’t completely rule out Stephen Hawking’s famous notion. But they suggest that primordial black holes would have to be truly tiny to explain dark matter.

Dark matter is the name given by physicists to explain a particularly mysterious phenomenon: Everything in the universe moves, orbits and rotates as if there were more mass than we can detect. Explanations for dark matter range from ghostly particles called neutrinos to unknown particles, to new laws of physics. In the 1970s, Stephen Hawking and his colleagues theorized that the Big Bang may have created a large number of relatively small black holes — each about the size of a proton. These tiny, ancient black holes would be difficult to see, yet would exert a large gravitational pull on other objects — the two known properties of dark matter. [The 11 Biggest Unanswered Questions About Dark Matter]

Until now, this theory could only be tested for primordial black holes heavier than the moon. But as technology has improved, scientists have been able to take sharper and sharper pictures of outer space. The Hyper Suprime-Cam (HSC) digital camera on the Subaru telescope in Hawaii is an advanced piece of imaging technology that can take a picture of the entire Andromeda galaxy (the nearest galaxy to our own) in one shot. Masahiro Takada and his team at the Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe in Japan used this camera to search for primordial black holes;; their results were published earlier this month in the journal Nature Astronomy.

Black holes emit no light, though,supermassive black holes, like the one at the heart of galaxy Messier 87, are fringed by bright disks of hot matter. Primordial black holes, however, are billions of times smaller and have no visible, glowing matter surrounding them. Instead, searching for small black holes means looking for places where their powerful gravitational fields bend light — a phenomenon called microlensing.

Telescopes find microlensing black holes by taking many different pictures of a star over time. A black hole passing in front of that star will distort its light, making it flash; the smaller the black hole, the quicker the flash. “If a microlensing object has, let’s say one solar mass,” Takada told Live Science, referring to the mass of the sun, “the timescale [of the microlensing ‘flash’] is like a few months or a year.” But the primordial black holes they were looking for had only a small fraction of that mass, approximately the mass of the moon. That means their flashes would be much shorter. The HSC is “unique,” Takada said, in that it let them take images of all the stars in the Andromeda galaxy at once, at breathtakingly fast (to astronomers) exposure intervals — each interval was just 2 minutes long.

Takada and his team took about 200 pictures of the Andromeda galaxy over 7 hours on a clear night. They found just one potential microlensing event. If primordial black holes made up a significant fraction of dark matter, Takada said, they should have seen approximately 1,000 microlensing signals.

“Microlensing is the gold standard for detecting black holes or ruling them out,” said Simeon Bird, a black- hole physicist at the University of California — Riverside, who was not involved in the work. “This work rules out primordial black holes as dark matter in a range of masses where the previous constraints were not as strong nor as robust as this new one. It’s a very nice result.”

Was this the final nail in the coffin? Is Hawking’s theory really dead? Not so, according to Bird and Takada, who say that primordial black holes of a certain range of masses still haven’t been totally eliminated as candidates. [Stephen Hawking’s Most Far-Out Ideas About Black Holes]

“There are still some masses where the constraints are weak, around 20-30 solar masses,” Bird told Live Science. “Those could still be 1% to 10% of dark matter … and there’s still a window at lower masses, like the mass of a very small asteroid.”

“Our physicists are very excited because there is still a window,” Takada said. The data can’t rule out those teensy tiny black holes because the flashes from those black holes would be much too short, “so we need to think of another method to do it.”

There was, however, one “flash” detected in their survey. While it was a single, preliminary result, it could end up being incredibly important: the very first detection of a primordial black hole, which would be a groundbreaking validation of some of Hawking’s work.

“Only one observation is not that convincing,” Takada said. “We need more observations to confirm. If it was really [a primordial black hole], we should continue to find the same thing” as they continue to use the HSC to look for more microlensing.

Livescience
By Meredith Fore, Live Science Contributor
April 25, 2019 07:15am ET