3393: XMM-Newton mapeia os arredores de um buraco negro

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Esta animação mostra os arredores de um buraco negro que se alimenta de gás circundante. À medida que este material cai para o buraco negro, espirala para formar um disco achatado aquecido. No próprio centro do disco, perto do buraco negro, uma região de electrões muito quentes – com temperaturas na ordem dos mil milhões de graus – conhecida como coroa produziu raios-X altamente energéticos que são expelidos para o espaço.
Crédito: ESA

O material que cai num buraco negro lança raios-X para o espaço – e agora, pela primeira vez, o observatório de raios-X XMM-Newton da ESA usou os ecos reverberantes desta radiação para mapear o comportamento dinâmico e os arredores do próprio buraco negro.

A maior parte dos buracos negros são demasiado pequenos, no céu, para resolvermos o seu ambiente imediato, mas ainda assim podemos explorar estes objectos misteriosos observando como a matéria se comporta quando se aproxima e cai neles.

À medida que o material espirala em direcção a um buraco negro, é aquecido e emite raios-X que, por sua vez, ecoam e reverberam à medida que interagem com o gás próximo. Estas regiões do espaço são altamente distorcidas devido à natureza extrema e à gravidade esmagadoramente forte do buraco negro.

Pela primeira vez, investigadores usaram o XMM-Newton para rastrear estes ecos de luz e mapear os arredores do buraco negro no núcleo de uma galáxia activa. Com o nome IRAS 13224–3809, a galáxia hospedeira do buraco negro é uma das fontes de raios-X mais variáveis do céu, passando por flutuações muito grandes e rápidas de brilho, na ordem de 50 em poucas horas.

“Todos nós estamos habituados à forma como o eco das nossas vozes soa diferente quando falamos numa sala de aula, em comparação com uma catedral – isto deve-se simplesmente à geometria e aos materiais dos locais, que fazem com que o som se comporte e se mova de maneira diferente,” explica William Alston da Universidade de Cambridge, autor principal do novo estudo.

“De maneira semelhante, podemos observar como os ecos da radiação de raios-X se propagam nas proximidades de um buraco negro, a fim de mapear a geometria de uma região e o estado de um aglomerado de matéria antes de desaparecer na singularidade. É um pouco como eco-localização cósmica.”

Como a dinâmica do gás em queda está fortemente ligada com as propriedades do buraco negro, William e colegas foram também capazes de determinar a massa e a rotação do buraco negro central da galáxia, observando as propriedades da matéria enquanto espiralava para dentro.

O material em espiral forma um disco enquanto cai para o buraco negro. Acima deste disco encontra-se uma região de electrões muito quentes – com temperaturas na ordem dos mil milhões de graus – chamada coroa. Embora os cientistas esperassem ver os ecos de reverberação que usaram para mapear a geometria da região, também avistaram algo inesperado: a própria coroa mudou de tamanho incrivelmente depressa, em questão de dias.

“À medida que o tamanho da coroa muda, o mesmo ocorre com o eco de luz – um pouco como se o tecto da catedral estivesse a subir e a descer, mudando o eco das nossas vozes,” acrescenta William.

“Ao rastrear os ecos de luz, fomos capazes de rastrear esta coroa em mudança e – ainda mais excitante – obter valores muito melhores para a massa e para a rotação do buraco negro do que poderíamos determinar se a coroa não estivesse a mudar de tamanho. Sabemos que a massa do buraco negro não pode estar a flutuar; portanto, qualquer alteração no eco deve ser devida ao ambiente gasoso.”

O estudo usou a observação mais longa de um buraco negro em acreção já obtida com o XMM-Newton, recolhida ao longo de 16 órbitas em 2011 e 2016 e totalizando 2 milhões de segundos – pouco mais de 23 dias. Isto, combinado com a variabilidade forte e de curto prazo do próprio buraco negro, permitiu a William e colaboradores modelarem os ecos de maneira abrangente ao longo de escalas de tempo de um dia.

A região explorada neste estudo não é acessível a observatórios como o EHT (Event Horizon Telescope), que conseguiu obter a primeira imagem do gás na vizinhança imediata de um buraco negro – aquele localizado no centro da massiva galáxia vizinha M87. O resultado, com base em observações realizadas com radiotelescópios em todo o mundo em 2017 e publicado o ano passado, tornou-se imediatamente uma sensação global.

“A imagem do EHT foi obtida usando um método conhecido como interferometria – uma técnica maravilhosa que só pode funcionar nos pouquíssimos buracos negros super-massivos mais próximos da Terra, como o de M87 e o da nossa Galáxia, a Via Láctea, porque o seu tamanho aparente no céu é grande o suficiente para este método funcionar,” diz o co-autor Michael Parker, cientista da ESA no Centro Europeu de Astronomia perto de Madrid, Espanha.

“Em contraste, a nossa abordagem é capaz de investigar as centenas de buracos negros super-massivos mais próximos que consomem activamente matéria – e este número aumentará significativamente com o lançamento do satélite Athena da ESA.

A caracterização dos ambientes próximos dos buracos negros é um objectivo científico essencial da missão Athena da ESA, com lançamento previsto para o início da década de 2030 e que revelará os segredos do Universo quente e energético.

A medição da massa, rotação e ritmos de acreção de uma grande amostra de buracos negros é fundamental para entender a gravidade em todo o cosmos. Além disso, dado que os buracos negros super-massivos estão fortemente ligados às propriedades das suas galáxias hospedeiras, estes estudos também são fundamentais para aprofundar o nosso conhecimento de como as galáxias se formam e evoluem ao longo do tempo.

“O grande conjunto de dados fornecidos pelo XMM-Newton foi essencial para este resultado,” disse Norbert Schartel, cientista do projecto XMM-Newton da ESA.

“O mapeamento da reverberação é uma técnica excitante que promete revelar muito sobre os buracos negros e sobre o Universo em geral nos próximos anos. Espero que o XMM-Newton realize campanhas de observação semelhantes para mais algumas galáxias activas nos próximos anos, para que o método esteja totalmente estabelecido quando a missão Athena for lançada.”

Astronomia On-line
24 de Janeiro de 2020

spacenews

 

3348: SOFIA revela novo panorama do centro da Via Láctea

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Composição infravermelha do centro da nossa Galáxia, a Via Láctea. Esta imagem abrange mais de 600 anos-luz e está a ajudar os cientistas a aprender como muitas estrelas massivas se formam no centro da nossa Galáxia. Novos dados do SOFIA, obtidos a 25 e 37 micrómetros, vistos em azul e verde, foram combinados com dados do Observatório Espacial Herschel vistos a vermelho (70 micrómetros) e com dados do Telescópio Espacial Spitzer a branco (8 micrómetros). A imagem do SOFIA revela características poeirentas em detalhes sem precedentes.
Crédito: NASA/SOFIA/Caltech/ESA/Herschel

A NASA capturou uma imagem infravermelha extremamente nítida do centro da nossa Galáxia, a Via Láctea. Abrangendo uma distância de mais de 600 anos-luz, este panorama revela detalhes no interior de densos redemoinhos de gás e poeira em alta resolução, abrindo a porta para futuras investigações sobre como as estrelas massivas estão a ser formadas e sobre o que está a alimentar o buraco negro super-massivo no Núcleo Galáctico.

Entre as características em foco estão as curvas salientes do Enxame do Arco, que contém a concentração mais densa de estrelas na nossa Galáxia, bem como o Enxame do Quintupleto, com estrelas um milhão de vezes mais brilhantes do que o Sol. O buraco negro da nossa Galáxia toma forma com um vislumbre do anel de gás de aparência ardente em seu redor.

Esta nova visão foi possível graças ao maior telescópio aéreo do mundo, o SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy). Voando alto na atmosfera, este Boeing 747 modificado apontou a sua câmara infravermelha FORCAST (Faint Object Infrared Camera for the SOFIA Telescope) para observar material galáctico quente emitindo em comprimentos de onda que outros telescópios não podem detectar. A imagem combina a nova perspectiva de regiões quentes do SOFIA com dados anteriores que expõem materiais muito quentes e frios do Telescópio Espacial Spitzer da NASA e do Observatório Espacial Herschel da ESA.

Um artigo científico que destaca os resultados iniciais foi submetido para publicação na revista The Astrophysical Journal. A imagem foi apresentada pela primeira vez esta semana na reunião da Sociedade Astronómica Americana em Honolulu, Hawaii.

“É incrível ver o nosso Centro Galáctico em detalhe como nunca vimos antes,” disse James Radomski, cientista da USRA (Universities Space Research Association) no Centro de Ciências do SOFIA pertencente ao Centro de Pesquisa Ames da NASA em Silicon Valley, no estado norte-americano da Califórnia. “Estudar esta área tem sido como tentar montar um quebra-cabeças com peças em falta. Os dados do SOFIA preenchem algumas das lacunas, colocando-nos significativamente mais perto de ter uma imagem completa.”

Nascimento Estelar

As regiões centrais da Via Láctea possuem significativamente mais do denso gás e da densa poeira que são os elementos básicos de novas estrelas em comparação com outras partes da Galáxia. No entanto, há 10 vezes menos estrelas massivas aqui nascidas do que o esperado. Tem sido difícil entender o porquê desta discrepância devido à poeira que se interpõe entre a Terra e o Núcleo Galáctico – mas ao observarmos no infravermelho conseguimos estudar melhor esta situação.

Os novos dados infravermelhos iluminam estruturas indicativas de nascimento estelar perto do Enxame do Quintupleto e material ameno perto do Enxame do Arco que podem ser as sementes de novas estrelas. A observação destas características em alta resolução pode ajudar os cientistas a explicar como algumas das estrelas mais massivas de toda a nossa Galáxia conseguiram se formar tão perto uma das outras, numa região relativamente pequena, apesar da baixa taxa de natalidade nas áreas circundantes.

“Compreender como o nascimento estelar massivo ocorre no centro da nossa Galáxia dá-nos informações que podem ajudar a aprender mais sobre outras galáxias mais distantes,” disse Matthew Hankins, investigador pós-doutorado do Instituto de Tecnologia da Califórnia em Pasadena, EUA, e investigador principal do projecto. “A utilização de vários telescópios dá-nos pistas que precisamos para entender estes processos, e ainda há mais por descobrir.”

Anel em Redor do Buraco Negro

Os cientistas também conseguem ver mais claramente o material que pode estar a alimentar o anel em torno do buraco negro super-massivo da nossa Galáxia. O anel tem cerca de 10 anos-luz de diâmetro e desempenha um papel fundamental para aproximar a matéria do buraco negro, onde pode ser devorada. A origem deste anel há muito que é um enigma para os cientistas, pois pode esgotar-se ao longo do tempo, mas os dados do SOFIA revelam várias estruturas que podem representar material sendo nele incorporado.

Os dados foram recolhidos em Julho de 2019 durante o destacamento anual do SOFIA em Christchurch, Nova Zelândia, onde os cientistas estudam os céus do hemisfério sul. O conjunto de dados, completo e calibrado, está actualmente disponível aos astrónomos de todo o mundo para pesquisas adicionais através do Programa do Legado SOFIA.

O Telescópio Espacial Spitzer será desactivado no dia 30 de Janeiro, depois de operar durante mais de 16 anos. O SOFIA continua a explorar o Universo estudando comprimentos de onda no infravermelho médio e distante com alta resolução, inacessíveis a outros telescópios, e a ajudar os cientistas a compreender a formação estelar e planetária, o papel que os campos magnéticos desempenham na formação do nosso Universo e a evolução química das galáxias. Alguns dos pontos muitos fracos e regiões escuras reveladas na imagem do SOFIA podem ajudar a planear alvos para os telescópios do futuro, como o Telescópio Espacial James Webb.

Astronomia On-line
10 de Janeiro de 2020

spacenews

 

3328: Astrónomos encontram buracos negros errantes e massivos em galáxias anãs

CIÊNCIA/ESPAÇO

Impressão de artista de uma galáxia anã, com a sua forma distorcida, provavelmente por uma interacção passada com outra galáxia, e um buraco negro massivo nos seus arredores (inserção). O buraco negro está a atrair material que forma um disco giratório e produz jactos de material expelidos para fora.
Crédito: Sophia Dagnello, NRAO/AUI/NSF

Os astrónomos que procuram aprender mais sobre os mecanismos que formaram os buracos negros massivos no início da história do Universo ganharam novas pistas importantes com a descoberta de 13 desses buracos negros em galáxias anãs a menos de mil milhões de anos-luz da Terra.

Estas galáxias anãs, mais de 100 vezes menos massivas do que a nossa própria Via Láctea, estão entre as galáxias mais pequenas que se sabem abrigar buracos negros gigantes. Os cientistas esperam que os buracos negros nestas galáxias pequenas tenham, em média, cerca de 400.000 vezes a massa do nosso Sol.

“Esperamos, ao estudar estes buracos negros e as suas galáxias, melhor compreender como buracos negros semelhantes no Universo primitivo se formaram e depois cresceram, através de fusões galácticas ao longo de milhares de milhões de anos, produzindo os buracos negros super-massivos que vemos hoje em galáxias maiores, com massas de milhões ou milhares de milhões de vezes a massa do Sol,” disse Amy Reines da Universidade Estatal do Montana, EUA.

Reines e colegas usaram o VLA (Karl G. Jansky Very Large Array) da NSF (National Science Foundation) para fazer a descoberta, que relataram na reunião da Sociedade Astronómica Americana em Honolulu, Hawaii.

Reines e colaboradores usaram o VLA para descobrir o primeiro buraco negro massivo numa galáxia anã com formação estelar explosiva em 2011. Essa descoberta foi uma surpresa para os astrónomos e estimulou uma pesquisa no rádio por mais.

Os cientistas começaram por seleccionar uma amostra de galáxias do Atlas NASA-Sloan, um catálogo de galáxias feito com telescópios ópticos. Depois, escolheram galáxias com estrelas que totalizavam menos de 3 mil milhões de vezes a massa do Sol, mais ou menos a massa da Grande Nuvem de Magalhães, uma pequena companheira da Via Láctea. A partir desta amostra, escolheram candidatos que também apareciam no levantamento FIRST (Faint Images of the Radio Sky at Twenty centimeters) do NRAO (National Radio Astronomy Observatory), realizado entre 1993 e 2011.

Usaram então o VLA para criar imagens novas, mais sensíveis e de alta resolução de 111 das galáxias seleccionadas.

“As novas observações do VLA revelaram que 13 destas galáxias têm fortes evidências de um enorme buraco negro que está a consumir activamente o material circundante. Ficámos muito surpresos ao descobrir que, em aproximadamente metade destas 13 galáxias, o buraco negro não está no centro da galáxia, ao contrário das galáxias maiores,” explicou reines.

Os cientistas disseram que isto indica que as galáxias provavelmente fundiram-se com outras no início da sua história. Isto é consistente com simulações de computador que preveem que aproximadamente metade dos buracos negros massivos nas galáxias anãs podem ser encontrados a vaguear nos arredores das suas galáxias.

“Este trabalho ensinou-nos que devemos ampliar as nossas buscas por buracos negros massivos em galáxias anãs para lá dos seus centros a fim de obter uma compreensão mais completa da população e aprender quais os mecanismos que ajudaram a formar os primeiros buracos negros massivos no início do Universo,” concluiu Reines.

Astronomia On-line
7 de Janeiro de 2020

spacenews

 

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

CIÊNCIA/ESPAÇO

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Astronomia On-line
7 de Janeiro de 2020

spacenews

 

3296: Surto violento de buraco negro fornece novas informações sobre a evolução de enxames galácticos

CIÊNCIA/ESPAÇO

Cavidades gigantes no meio intra-enxame em raios-X (a azul, observado pelo Observatório de raios-X Chandra) foram escavadas pelo surto de um buraco negro. Os dados em raios-X estão sobrepostos numa imagem óptica pelo Telescópio Espacial Hubble (em vermelho/laranja), onde a galáxia central que provavelmente contém o buraco negro super-massivo culpado é também visível.
Crédito: cortesia dos investigadores

Há milhares de milhões de anos, no centro de um enxame de galáxias muito longínquo (15 mil milhões de anos-luz, para sermos exactos; este valor é a distância própria, que é diferente do tempo de viagem da luz até nós), um buraco negro expeliu jactos de plasma. À medida que o plasma saía do buraco negro, empurrava material, criando duas cavidades a 180 graus uma da outra. Da mesma forma que podemos calcular a energia de um impacto de asteróide pelo tamanho da sua cratera, Michael Calzadilla, estudante no Instituto Kavli de Astrofísica e Investigação Espacial, usou o tamanho destas cavidades para descobrir o poder da explosão do buraco negro.

Num artigo publicado recentemente na revista The Astrophysical Journal Letters, Calzadilla e co-autores descrevem o surto no enxame galáctico SPT-CLJ0528-5300, ou SPT-0528 para abreviar. Combinando o volume e a pressão do gás deslocado com a idade das duas cavidades, foram capazes de calcular a energia total da explosão. Com uma energia superior a 1054 joules, uma força equivalente a mais ou menos 1038 bombas nucleares, esta é a erupção mais poderosa já relatada num enxame galáctico distante. Os co-autores do artigo incluem Matthew Bayliss e o professor assistente de física Michael McDonald, ambos do mesmo instituto.

O Universo está repleto de enxames de galáxias, colecções de centenas e até milhares de galáxias permeadas com gás quente e matéria escura. No centro de cada aglomerado, há um buraco negro que passa por períodos de alimentação, onde devora o plasma do enxame, seguidos por períodos de surtos explosivos, em que dispara jactos de plasma. “Este é um caso extremo da fase de explosão,” diz Calzadilla sobre a observação de SPT-0528. Embora a explosão tenha acontecido há milhares de milhões de anos, antes da formação do nosso Sistema Solar, a luz do enxame de galáxias demorou cerca de 6,7 mil milhões de anos até chegar ao Chandra, o observatório de raios-X da NASA que orbita a Terra.

Dado que os enxames de galáxias estão cheios de gás, as primeiras teorias previram que, à medida que o gás arrefecia, os enxames teriam altas taxas de formação estelar, formação esta que precisa de gás frio. No entanto, estes aglomerados não são tão frios como o previsto e, como tal, não estavam a produzir novas estrelas à taxa esperada. Algo estava a impedir que o gás arrefecesse completamente. Os culpados eram buracos negros super-massivos, cujas explosões de plasma mantêm o gás demasiado quente nos enxames de galáxias para a rápida formação de estrelas.

A explosão registada em SPT-0528 tem outra peculiaridade que a diferencia de outras explosões de buracos negros. É desnecessariamente grande. Os astrónomos veem o processo de arrefecimento do gás e libertação de gás quente dos buracos negros como um equilíbrio que mantém a temperatura no enxame de galáxias – que ronda os 10 milhões de graus Celsius – estável. “É como um termostato,” diz McDonald. A explosão de SPT-0528, no entanto, não está em equilíbrio.

De acordo com Calzadilla, se determinarmos a quantidade de energia libertada à medida que o gás arrefece para o buraco negro vs. a quantidade de energia contida na explosão, esta última é largamente superior. Na analogia de McDonald, a explosão de SPT-0528 é um termostato com defeito. “É como se arrefecêssemos o ar 2 graus e a resposta do termostato seria aquecer a sala 100 graus,” explicou McDonald.

No início de 2019, McDonald e colegas divulgaram um artigo que analisava um enxame de galáxias diferente, que exibe um comportamento completamente oposto ao de SPT-0528. Em vez de uma explosão desnecessariamente violenta, o buraco negro neste enxame, o Enxame da Fénix, não é capaz de impedir o arrefecimento do gás. Ao contrário de todos os outros enxames galácticos conhecidos, o da Fénix está repleto de berçários estelares, o que o diferencia da maioria dos enxames de galáxias.

“Com estes dois enxames de galáxias, estamos realmente a olhar para os limites do que é possível nos dois extremos,” diz McDonald acerca do enxame SPT-0528 e do Enxame da Fénix. Ele e Calzadilla também vão caracterizar enxames de galáxias mais normais, a fim de entender a evolução dos aglomerados de galáxias ao longo do tempo cósmico. Para explorar isto, Calzadilla está a caracterizar 100 enxames de galáxias.

A razão para a caracterização de uma colecção tão grande de enxames galácticos é porque cada imagem telescópica captura os enxames num momento específico no tempo, enquanto os seus comportamentos ocorrem ao longo do tempo cósmico. Estes aglomerados cobrem uma variedade de distâncias e idades, permitindo que Calzadilla investigue como as propriedades dos enxames mudam ao longo do tempo cósmico. “Estas são escalas de tempo muito maiores do que uma escala humana ou que podemos observar,” explica Calzadilla.

A investigação é semelhante à de um paleontólogo que tenta reconstruir a evolução de um animal a partir de um registo fóssil esparso. Mas, em vez de ossos, Calzadilla está a estudar enxames de galáxias, variando de SPT-0528 (com a sua violenta explosão de plasma) numa extremidade até ao Enxame da Fénix (com o seu rápido arrefecimento) na outra. “Estamos a observar diferentes instantâneos no tempo,” diz Calzadilla. “Se construirmos amostras suficientemente grandes de cada um destes instantâneos, podemos ter uma noção de como um enxame de galáxias evolui.”

Astronomia On-line
31 de Dezembro de 2019

 

spacenews

 

3270: Os buracos negros “comiam” nuvens geladas ao pequeno almoço (e é por isso que cresceram tanto)

CIÊNCIA

Josh Valenzuela / Universidade do Novo México

Utilizando o Very Large Telescope, no Chile, uma equipa de astrónomos observaram reservatórios de gás frio em redor de algumas das primeiras galáxias do Universo.

Estes halos de gás são o alimento perfeito para os buracos negros super-massivos, situados no centro destas galáxias que agora se vem como eram há mais de 12.500 milhões de anos. Esta reserva de alimento pode explicar como é que os buracos negros cresceram tão rápido durante o período da história do Universo conhecido como Amanhecer Cósmico.

“Agora podemos demonstrar, pela primeira vez, que as galáxias primordiais têm comida suficiente à sua volta para manter tanto o crescimento dos buracos negros super-massivos como a intensa formação de estrelas”, afirmou Emanuele Paolo Farina, autor do estudo e investigador no Instituto Max Planck de Astronomia de Heidelberg, na Alemanha, em comunicado. “Isto acrescenta uma peça fundamental ao quebra-cabeças que os astrónomos estão a montar para descrever como as estruturas cósmicas se formaram há mais de doze mil milhões de anos”.

Os primeiros buracos negros, que podem ter-se formado a partir do colapso das primeiras estrelas, devem ter crescido muito rápido. No entanto, até agora, não se haviam detectado os “alimentos” destes buracos em suficiente quantidade para explicar o crescimento.

Observações anteriores tinham revelado uma grande quantidade de poeira e gás nas primeiras galáxias que alimentaram a rápida formação de estrelas, o que sugeriram que haveria poucas sobras para alimentar um buraco negro.

Para resolver o mistério, Farina e osseus colegas usaram o instrumento MUSE, instalado no Very Large Telescope (VLT) do ESO, no deserto chileno de Atacama, para estudar quasares, objectos extremamente brilhantes alimentados por buracos negros super-massivos encontrados no centro de galáxias massivas. Foram estudados 31 quasares, vistos há mais de 12.500 milhões de anos, numa época em que o universo ainda era um bebé e tinha apenas 870 milhões de anos.

De acordo com o estudo publicado na revista científica The Astrophysical Journal, os astrónomos descobriram que 12 dos quasares estudados estavam cercados por enormes reservatórios de gás: halos de gás hidrogénio frio e denso que se estendem por 100 mil anos-luz dos buracos negros centrais e com milhares de milhões de vezes a massa do Sol.

A equipa descobriu que os halos de gás estavam intimamente ligados às galáxias, fornecendo a fonte de alimento perfeita para manter o crescimento de buracos negros super-massivos e intensa formação de estrelas.

No futuro, o ELT (Extremely Large Telescope) do ESO ajudará os cientistas a revelar ainda mais detalhes sobre galáxias e buracos negros super-massivos nos primeiros dois milhares de milhões de anos após o Big Bang

ZAP //

Por ZAP
26 Dezembro, 2019

 

spacenews

 

Observações do ESO revelam “pequeno almoço” de buracos negros na madrugada cósmica

CIÊNCIA

Esta imagem mostra um dos halos de gás recentemente observados pelo instrumento MUSE, montado no VLT (Very Large Telescope) do ESO, sobreposto a uma imagem mais antiga de uma fusão de galáxias vista pelo ALMA. O enorme halo de hidrogénio gasoso está a azul e os dados do ALMA encontram-se a laranja.
O halo está ligado à galáxia, a qual contém um quasar no seu centro. O hidrogénio gasoso, de brilho ténue, é a fonte de “alimento” perfeita para o buraco negro super-massivo situado no centro do quasar.
Os objectos da imagem encontram-se a um desvio para o vermelho de 6,2, o que significa que os vemos tal como eram há 12,8 mil milhões de anos atrás. Apesar dos quasares serem muito brilhantes, os reservatórios de gás que os circundam são muito mais difíceis de observar. Ainda assim, o MUSE conseguiu detectar o brilho ténue do hidrogénio gasoso nos halos, permitindo aos astrónomos descobrir finalmente estes depósitos de “comida” que alimentavam os buracos negros super-massivos no Universo primitivo.
Crédito: ESO/Farina et al.; ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Decarli et al.

Com o auxílio do VLT (Very Large Telescope) do ESO, os astrónomos observaram reservatórios de gás frio em torno de algumas das galáxias mais primordiais do Universo. Estes halos de gás são o “alimento” perfeito dos buracos negros super-massivos situados no centro destas galáxias, as quais observamos tal como eram há cerca de 12,5 mil milhões de anos atrás. Este depósito de “comida” pode muito bem explicar como é que estes monstros cósmicos cresceram tão depressa durante um período da história do Universo conhecido por Madrugada Cósmica.

“Podemos demonstrar pela primeira vez que as galáxias primordiais dispõem de ‘alimento’ suficiente nas suas vizinhanças para conseguirem fazer com que os buracos negros super-massivos nos seus centros cresçam ao mesmo tempo que mantêm uma formação estelar intensa,” diz Emanuele Paolo Farina, do Instituto Max Planck de Astronomia em Heidelberg, na Alemanha, que liderou o trabalho de investigação publicado na revista da especialidade The Astrophysical Journal. “Juntámos assim uma peça fundamental ao puzzle que os astrónomos estão a construir para compreender como é que as estruturas cósmicas se formaram há mais de 12 mil milhões de anos atrás.”

Os astrónomos perguntavam-se como é que os buracos negros super-massivos conseguiam crescer tanto tão cedo na história do Universo. “A presença destes monstros primordiais, com massas de vários milhares de milhões de vezes a massa do Sol, constituía um mistério,” diz Farina, também afiliado ao Instituto Max Planck de Astrofísica em Garching bei München, na Alemanha. Isto significa que os primeiros buracos negros, que se devem ter formado do colapso das primeiras estrelas, cresceram muito depressa. No entanto, e até agora, os astrónomos não tinham descoberto “comida de buraco negro” — ou seja, gás e poeira — em quantidades suficientemente elevadas para explicar este crescimento tão rápido.

Para complicar ainda mais a situação, observações obtidas anteriormente com o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) revelaram uma enorme quantidade de poeira e gás nestas galáxias primordiais, mas que parecia desencadear essencialmente formação estelar muito intensa, sugerindo que poderia restar muito pouco material para alimentar um buraco negro.

Para desvendar este mistério, Farina e colegas usaram o instrumento MUSE montado no Very Large Telescope do ESO (VLT), instalado no deserto chileno do Atacama, para estudar quasares — objectos extremamente luminosos situados no centro de galáxias massivas e alimentados por buracos negros super-massivos. Este estudo observou 31 quasares vistos tal como eram há mais de 12,5 mil milhões de anos atrás, numa altura em que o Universo era ainda muito jovem, com apenas 870 milhões de anos de idade. Trata-se de uma das maiores amostras de quasares tão primordiais na história do Universo a serem estudadas.

Os astrónomos descobriram que 12 destes quasares encontram-se rodeados por enormes reservatórios de gás: halos de hidrogénio gasoso denso e frio que se estendem até 100.000 anos-luz de distância dos buracos negros centrais, com milhares de milhões de massas solares. A equipa descobriu também que estes halos de gás se encontram fortemente ligados às galáxias, fornecendo-lhes assim uma fonte de “alimento” perfeita para manter tanto o crescimento do buraco negro como uma formação estelar intensa.

Este trabalho foi possível graças à extrema sensibilidade do instrumento MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer) montado no VLT do ESO, o qual Farina descreve como “decisivo” no estudo de quasares. “Com apenas algumas horas de observação por alvo, conseguimos investigar os arredores dos maiores e mais esfomeados buracos negros presentes no Universo primordial,” acrescenta Farina. Apesar dos quasares serem muito brilhantes, os reservatórios de gás que os circundam são muito mais difíceis de observar. Ainda assim, o MUSE conseguiu detectar o brilho ténue do hidrogénio gasoso nos halos, permitindo aos astrónomos descobrir finalmente estes depósitos de “comida” que alimentavam os buracos negros super-massivos no Universo primitivo.

Num futuro próximo, o Extremely Large Telescope (ELT) do ESO ajudará os cientistas a revelar ainda mais detalhes sobre as galáxias e os buracos negros super-massivos nos dois primeiros milhares de milhões de anos após o Big Bang. “Com o ELT poderemos observar ainda mais profundamente o Universo primordial e descobrir muitas mais destas nebulosas de gás,” conclui Farina.

Astronomia On-line
24 de Dezembro de 2019

 

spacenews

 

3237: Revista Science elege primeira imagem real de um buraco negro como avanço científico do ano

CIÊNCIA

EHT Collaboration

A revista Science elegeu a primeira imagem real de um buraco negro, revelada a 10 de Abril, como o avanço científico de 2019.

A Science elegeu a primeira imagem real de um buraco negro como o avanço científico de 2019, no qual esteve envolvido o astrofísico português Hugo Messias.

Justificando a escolha, o editor de notícias da revista, Tim Appenzeller, disse, citado num comunicado divulgado esta quinta-feira, que se trata de “um feito surpreendente da tecnologia e de uma equipa” de cientistas. O feito foi distinguido em Novembro, nos Estados Unidos, com o Prémio Breakthrough, no valor de 2,7 milhões de euros.

A imagem da silhueta do buraco negro, situado no centro da galáxia Messier 87, na constelação Virgem, a 55 milhões de anos-luz da Terra, foi obtida graças a uma rede de oito radiotelescópios em várias partes do mundo. Hugo Messias, investigador do Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço, participou nas observações a partir do Chile, com o radiotelescópio ALMA.

Até à divulgação da imagem da sombra deste corpo denso, do qual nem a luz escapa, só havia imagens artísticas de buracos negros.

Na imagem, o buraco negro, que tem uma massa 6,5 milhões de vezes superior à do Sol, surge envolto por um anel de gás quente e luminoso – matéria incandescente no estado de plasma.

“O diâmetro do anel revela que no interior existe um corpo extremamente ‘massivo’. Não só isso, mas pela assimetria, por essa morfologia ter permanecido igual ao longo da campanha de observação e pela existência de um jacto a sair das suas redondezas”, explicou anteriormente à Lusa Hugo Messias, assinalando que o objecto “está a rodar no mesmo sentido que a matéria incandescente em volta”.

A sombra do buraco negro é o mais próximo do buraco negro em si que é possível captar em imagem, uma vez que este é um corpo denso e totalmente escuro e, portanto, não se vê.

O termo buraco é enganoso, pois não existe qualquer buraco. O que se passa é que “qualquer matéria que se aproxime para lá da última órbita de fotões [partículas de luz] não regressará, dando a impressão que caiu para um poço sem fundo”, esclareceu Hugo Messias.

Ao todo, mais de 300 cientistas de diversos países estiveram mobilizados nas observações e no tratamento de dados. A “fotografia” foi obtida a partir de dados recolhidos em 2017 das observações feitas no comprimento de onda rádio.

Além de inédita, a imagem permitiu comprovar mais uma vez a Teoria da Relatividade Geral, de 1915, do físico Albert Einstein, que postula que a presença de buracos negros, os objectos cósmicos mais extremos do Universo, deforma o espaço-tempo e sobreaquece o material em seu redor.

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

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

A revelação da “foto” permitirá aprofundar a investigação sobre a natureza dos buracos negros, que “habitam” os centros das galáxias, e perceber melhor como as galáxias se formaram.

ZAP // Lusa

Por ZAP
20 Dezembro, 2019

 

spacenews

 

3217: Giant Black Hole at the Center of Our Galaxy May Have a Friend

SCIENCE

Two black holes merge, generating gravitational waves.
(Image: © Shutterstock)

Do supermassive black holes have friends? The nature of galaxy formation suggests that the answer is yes, and in fact, pairs of supermassive black holes should be common in the universe.

I am an astrophysicist and am interested in a wide range of theoretical problems in astrophysics, from the formation of the very first galaxies to the gravitational interactions of black holes, stars and even planets. Black holes are intriguing systems, and supermassive black holes and the dense stellar environments that surround them represent one of the most extreme places in our universe.

The supermassive black hole that lurks at the center of our galaxy, called Sgr A*, has a mass of about 4 million times that of our Sun. A black hole is a place in space where gravity is so strong that neither particles or light can escape from it. Surrounding Sgr A* is a dense cluster of stars. Precise measurements of the orbits of these stars allowed astronomers to confirm the existence of this supermassive black hole and to measure its mass. For more than 20 years, scientists have been monitoring the orbits of these stars around the supermassive black hole. Based on what we’ve seen, my colleagues and I show that if there is a friend there, it might be a second black hole nearby that is at least 100,000 times the mass of the Sun.

At the center of our galaxy is a supermassive black hole in the region known as Sagittarius A. It has a mass of about 4 million times that of our sun. (Image credit: ESA–C. Carreau)

Supermassive black holes and their friends

Almost every galaxy, including our Milky Way, has a supermassive black hole at its heart, with masses of millions to billions of times the mass of the Sun. Astronomers are still studying why the heart of galaxies often hosts a supermassive black hole. One popular idea connects to the possibility that supermassive holes have friends.

To understand this idea, we need to go back to when the universe was about 100 million years old, to the era of the very first galaxies. They were much smaller than today’s galaxies, about 10,000 or more times less massive than the Milky Way. Within these early galaxies the very first stars that died created black holes, of about tens to thousand the mass of the Sun. These black holes sank to the center of gravity, the heart of their host galaxy. Since galaxies evolve by merging and colliding with one another, collisions between galaxies will result in supermassive black hole pairs — the key part of this story. The black holes then collide and grow in size as well. A black hole that is more than a million times the mass of our son is considered supermassive.

If indeed the supermassive black hole has a friend revolving around it in close orbit, the center of the galaxy is locked in a complex dance. The partners’ gravitational tugs will also exert its own pull on the nearby stars disturbing their orbits. The two supermassive black holes are orbiting each other, and at the same time, each is exerting its own pull on the stars around it.

The gravitational forces from the black holes pull on these stars and make them change their orbit; in other words, after one revolution around the supermassive black hole pair, a star will not go exactly back to the point at which it began.

Using our understanding of the gravitational interaction between the possible supermassive black hole pair and the surrounding stars, astronomers can predict what will happen to stars. Astrophysicists like my colleagues and me can compare our predictions to observations, and then can determine the possible orbits of stars and figure out whether the supermassive black hole has a companion that is exerting gravitational influence.

Using a well-studied star, called S0-2, which orbits the supermassive black hole that lies at the center of the galaxy every 16 years, we can already rule out the idea that there is a second supermassive black hole with mass above 100,000 times the mass of the Sun and farther than about 200 times the distance between the Sun and the Earth. If there was such a companion, then I and my colleagues would have detected its effects on the orbit of SO-2.

But that doesn’t mean that a smaller companion black hole cannot still hide there. Such an object may not alter the orbit of SO-2 in a way we can easily measure.

The physics of supermassive black holes

The first image of a black hole. This is the supermassive black hole at the center of the galaxy M87. (Image credit: Event Horizon Telescope Collaboration)

Supermassive black holes have gotten a lot of attention lately. In particular, the recent image of such a giant at the center of the galaxy M87 opened a new window to understanding the physics behind black holes.

The proximity of the Milky Way’s galactic center — a mere 24,000 light-years away — provides a unique laboratory for addressing issues in the fundamental physics of supermassive black holes. For example, astrophysicists like myself would like to understand their impact on the central regions of galaxies and their role in galaxy formation and evolution. The detection of a pair of supermassive black holes in the galactic center would indicate that the Milky Way merged with another, possibly small, galaxy at some time in the past.

That’s not all that monitoring the surrounding stars can tell us. Measurements of the star S0-2 allowed scientists to carry out a unique test of Einstein’s general theory of relativity. In May 2018, S0-2 zoomed past the supermassive black hole at a distance of only about 130 times the Earth’s distance from the Sun. According to Einstein’s theory, the wavelength of light emitted by the star should stretch as it climbs from the deep gravitational well of the supermassive black hole.

The stretching wavelength that Einstein predicted — which makes the star appear redder — was detected and proves that the theory of general relativity accurately describes the physics in this extreme gravitational zone. I am eagerly awaiting the second closest approach of S0-2, which will occur in about 16 years, because astrophysicists like myself will be able to test more of Einstein’s predictions about general relativity, including the change of the orientation of the stars’ elongated orbit. But if the supermassive black hole has a partner, this could alter the expected result.

Finally, if there are two massive black holes orbiting each other at the galactic center, as my team suggests is possible, they will emit gravitational waves. Since 2015, the LIGO-Virgo observatories have been detecting gravitational wave radiation from merging stellar-mass black holes and neutron stars. These groundbreaking detections have opened a new way for scientists to sense the universe.

Any waves emitted by our hypothetical black hole pair will be at low frequencies, too low for the LIGO-Virgo detectors to sense. But a planned space-based detector known as LISA may be able to detect these waves which will help astrophysicists figure out whether our galactic center black hole is alone or has a partner.

This article was originally published at The Conversation. The publication contributed the article to Live Science’s Expert Voices: Op-Ed & Insights.

By Smadar Naoz – Associate Professor of Physics & Astronomy, UCLA
16/12/2019

 

spacenews

 

3186: Um novo método de medir buracos negros

CIÊNCIA

Mapa que mostra o agrupamento de galáxias com buracos negros activos criado com o Astera, uma ferramenta de visualização cósmica desenvolvida na Universidade de Southampton.
Crédito: Chris Marsden

Os buracos negros super-massivos são os maiores buracos negros, com massas que podem exceder mil milhões de sóis. Apenas esta primavera foi divulgada a primeira imagem do buraco negro super-massivo no centro da galáxia M87, e os investigadores recentemente avistaram o maior buraco negro super-massivo conhecido. Apesar destes esforços inovadores, descobrir como esses buracos negros moldam e estruturam uma galáxia continua a ser um desafio, porque a maioria delas está demasiada longe para os telescópios actuais as resolverem com precisão.

Um estudo publicado na Nature Astronomy descreve uma nova maneira de “pesar” buracos negros super-massivos no centro das galáxias usando galáxias vizinhas como representantes. A investigação foi uma colaboração global envolvendo investigadores de instituições do Reino Unido, Itália, Alemanha, Chile e Estados Unidos.

A obtenção de uma estimativa precisa da massa de um buraco negro super-massivo é geralmente feita medindo a velocidade da poeira e do gás que gira em seu redor. Isto requer telescópios extremamente sensíveis usando uma análise complexa e só pode ser feito para buracos negros grandes o suficiente para serem resolvidos relativamente perto da Terra. No entanto, se esta massa estiver correlacionada com outras propriedades da galáxia hospedeira, aquelas que podem ser medidas mesmo quando o buraco negro é mais pequeno ou está mais distante, é possível usar estas outras propriedades como “representantes” da massa.

No entanto, como explica Mariangela Bernardi da Universidade da Pensilvânia, EUA: “Percebemos que existe um viés na amostra vizinha usada para calibrar as massas. Os objectos para os quais actualmente podemos medir massas não parecem ser típicos. O nosso trabalho sugeriu que os buracos negros super-massivos não são, em média, tão grandes quanto se pensava anteriormente.”

Para verificar esta diferença de massa, os cientistas desenvolveram uma maneira nova e muito diferente de estimar as massas dos buracos negros. Usaram o facto de que, enquanto um buraco negro é cercado pela sua galáxia hospedeira, a própria galáxia é cercada por um “halo” ainda maior de matéria escura. Sabe-se que galáxias cercadas por halos mais massivos se agrupam com outras galáxias grandes e massivas. Como existem buracos negros mais massivos em galáxias mais massivas com halos mais massivos, a força deste agrupamento na verdade “pesa” os halos de matéria escura e, por conseguinte, as massas dos buracos negros nos seus centros.

Esta nova medição também sugere que os buracos negros super-massivos são menos massivos do que se pensava anteriormente e podem explicar por que é que algumas experiências em andamento não produziram os resultados esperados. Como exemplo, os pulsares, remanescentes de estrelas que explodiram, brilham como faróis que giram centenas de vezes por segundo. A luz dos pulsares é emitida em intervalos incrivelmente curtos e regulares, à medida que o feixe varre a Terra repetidamente. Os investigadores estão actualmente à procura de ondas gravitacionais produzidas pela colisão de dois buracos negros super-massivos, que devem fazer com que estes feixes oscilem na direcção da Terra e para longe da Terra, à medida que a onda passa e afeta o campo dos pulsos.

Como as mudanças esperadas ainda não foram vistas, diz Ravi Sheth, também da mesma universidade norte-americana, “as pessoas estavam a começar a ficar preocupadas com a possibilidade de que talvez a gravidade fosse estranha, ou talvez não compreendêssemos completamente a física das fusões que formam ondas gravitacionais. Mas se as verdadeiras massas dos buracos negros forem menores do que se pensava, então as ondas gravitacionais previstas seriam mais fracas, dificultando a detecção das mudanças no ‘timing’ do pulsar.”

Nos próximos 10 anos, espera-se que novos telescópios sejam capazes de obter medições de massa mais precisas para buracos negros e proporcionem uma oportunidade para os investigadores testarem o seu novo método em conjuntos maiores de dados. Instalações como o ELT (Extremely Large Telescope), com 39 metros, com conclusão para 2025, podem permitir que os cientistas meçam buracos negros mais pequenos e mais distantes e as suas galáxias hospedeiras directamente.

“Estas descobertas têm implicações significativas para a nossa compreensão da evolução e crescimento dos buracos negros super-massivos,” diz o autor principal Francesco Shankar. Bernardi acrescenta que este trabalho também permitirá que os cientistas estudem mais detalhadamente a ligação entre o crescimento dos buracos negros super-massivos e a evolução das galáxias.

Astronomia On-line
13 de Dezembro de 2019

spacenews

 

3176: Estrelas mortas estão a explodir em todo o Universo (e a matéria escura pode ser a culpada)

CIÊNCIA

Estrelas mortas estão a explodir em todo o Universo e não sabemos porquê. No entanto, agora, dois investigadores consideram que minúsculos buracos negros feitos de matéria escura podem ser os culpados.

Um par de cientistas, Joseph Bramante e Javier Acevedo, da Universidade Queen, têm uma nova teoria sobre o que pode fazer explodir estrelas mortas, ou seja, anãs brancas, transformando-as em super-novas.

O gatilho oculto que desencadeia a reacção em cadeia destrutiva, segundo sugere a equipa, pode ser um minúsculo buraco negro feito de matéria escura que cresce no núcleo da estrela, de acordo com a New Scientist.

Os astrónomos observaram estrelas anãs brancas – os cadáveres de estrelas demasiado pequenas para serem super-novas – a detonar, mas não conseguiram desenvolver modelos que explicassem o porquê. O novo estudo, publicado em Agosto na revista científica Physical Review D, preenche o gatilho que faltava.

A dupla fez uma simulação no computador do que aconteceria se matéria escura encontrasse uma anã branca com entre 1 e 1,4 vezes o tamanho do sol. Anãs brancas maiores devem ter suficiente pressão interna para criar um buraco negro.

Bramante e Acevedo consideram que a matéria escura, quando entra na anã branca a cerca de 1% da velocidade da luz, é muito mais quente do que o material que faz a estrela. Após a reacção da matéria escura e da matéria na estrela, a matéria escura deve arrefecer e acumular-se no centro.

Assim, a matéria escura – a substância misteriosa e invisível que compõe a maior parte da matéria no universo – acumula-se no centro de uma anã branca até que esta chegue ao limite, entrando em colapso, desmoronando-se e explodindo.

“O segredo das super-novas é que, nos modelos de computador, nunca conseguimos que façam a ignição final”, disse, em declarações ao New Scientist, a astrofísica da Universidade de Charleston, Ashley Pagnotta, que não trabalhou no estudo. “Tem de haver sempre um gatilho injectado.”

Os investigadores não têm certeza de como poderiam confirmar a sua ideia, porque os cientistas ainda não descobriram como observar a matéria escura. Fazer isso durante uma super-nova seria ainda mais difícil. “Seria algo como o tamanho de um protão, mas ainda é extremamente massivo”, disse Joseph Bramante ao mesmo jornal.

Tanto a matéria escura como a antimatéria têm tirado o sono aos cientistas. O mundo em que vivemos é apenas feito de matéria, apesar de o Big Bang dever ter criado quantidades iguais de matéria e antimatéria.

Em relação à matéria escura – que compõe cerca de 80% de toda a matéria do Universo – as observações astronómicas mostram que uma massa desconhecida está a influenciar as órbitas das estrelas nas galáxias, mas ninguém foi capaz de determinar as propriedades microscópicas exactas destas partículas. Aliás, só sabemos da existência da matéria escura devido ao efeito gravitacional que causa na matéria visível, denunciando o seu “rastro”.

Há alguns cientistas que defendem que a matéria escura é composta por uma partícula elementar hipotética – o axião – que desempenha um papel importante para explicar os misteriosos “buracos” no Modelo Padrão da Física de Partículas.

ZAP //

Por ZAP
11 Dezembro, 2019

spacenews

 

3150: Peso-pesado no coração da galáxia central do enxame Abell 85

CIÊNCIA

Imagem do enxame de galáxias Abell 85 obtida no Observatório Wendelstein da Universidade Ludwig-Maximilians em Munique. A brilhante galáxia central Holm 15A tem um núcleo estendido. Uma equipa de astrónomos do Instituto Max Planck para Física Extraterrestre e do Observatório da Universidade de Munique foi capaz de usar novos dados para medir directamente a massa do buraco negro central desta galáxia: tem 40 mil milhões de vezes a massa do nosso Sol.
Crédito: Matthias Kluge/USM/MPE

No espaço, os buracos negros têm diferentes tamanhos e massas. O recorde é agora detido por um tal objecto no enxame de galáxias Abell 85, onde um buraco negro ultra-massivo com 40 mil milhões de vezes a massa do Sol fica no meio da galáxia central Holm 15A. Os astrónomos do grupo de investigação de Ralf Bender, no Instituto Max Planck para Física Extraterrestre e no Observatório da Universidade Ludwig-Maximilians em Munique, descobriram-no analisando dados fotométricos e novas observações espectrais com o VLT (Very Large Telescope).

Embora a galáxia central do enxame Abell 85 tenha uma enorme massa visível de aproximadamente 2 biliões de massas solares em estrelas, o centro da galáxia é extremamente difuso e ténue. É por isso que um grupo de astrónomos do Instituto Max Planck para Física Extraterrestre e do Observatório da Universidade Ludwig-Maximilians em Munique se interessou pela galáxia. Esta região difusa central na galáxia é quase tão grande quanto a Grande Nuvem de Magalhães, e esta era uma pista suspeita da presença de um buraco negro com uma massa muito alta.

O enxame de galáxias Abell 85, que consiste em mais de 500 galáxias individuais, está a uma distância de 700 milhões de anos-luz da Terra, o dobro da distância para medições directas anteriores da massa de buracos negros. “Existem apenas algumas dúzias de medições directas da massa de buracos negros super-massivos, e nunca antes foi tentada a uma distância tão grande,” explica o cientista Jens Thomas, que liderou o estudo. “Mas nós já tínhamos uma ideia do tamanho do buraco negro nesta galáxia em particular, de modo que tentámos.”

Os novos dados obtidos no Observatório Wendelstein da Universidade Ludwig-Maximilians em Munique e com o instrumento MUSE no VLT permitiram à equipa realizar uma estimativa da massa baseada directamente nos movimentos estelares em redor do núcleo da galáxia. Com uma massa de 40 mil milhões de massas solares, este é o buraco negro mais massivo conhecido hoje no Universo local. “É várias vezes maior do que o esperado a partir de medições indirectas, como a massa estelar ou a dispersão da velocidade das estrelas,” observa Roberto Saglia, cientista sénior do Instituto Max Planck para Física Extraterrestre e professor na Universidade Ludwig-Maximilians.

O perfil de luz da galáxia mostra um centro com um brilho superficial extremamente baixo e muito difuso, muito mais ténue do que outras galáxias elípticas. “O perfil de luz no núcleo interno é também muito plano,” explica o estudante de doutoramento Kianusch Mehrgan, que realizou parte da análise dos dados. “Isto significa que a maioria das estrelas no centro deve ter sido expulsa devido a interacções durante fusões anteriores.”

Na visão mais aceite, os núcleos destas galáxias elípticas tão massivas formam-se por meio de uma fusão entre duas galáxias, onde as interacções gravitacionais da fusão dos seus buracos negros super-massivos levam a “fisgas” gravitacionais que expelem estrelas em órbitas predominantemente radiais do centro da galáxia remanescente. Se não existir gás no centro para formar novas estrelas – como nas galáxias mais jovens – isto leva a um núcleo esgotado.

“A mais recente geração de simulações por computador de fusões galácticas deu-nos previsões que, de facto, correspondem bastante bem às propriedades observadas,” afirma Jens Thomas, que também forneceu os modelos dinâmicos. “Estas simulações incluem interacções entre estrelas e um buraco negro binário, mas o ingrediente crucial são duas galáxias elípticas que já possuem núcleos empobrecidos. Isto significa que a forma do perfil de luz e as trajectórias das estrelas contêm informações arqueológicas valiosas sobre as circunstâncias específicas da formação do núcleo nesta galáxia – bem como noutras galáxias muito massivas.”

No entanto, mesmo com esta história invulgar de fusão, os cientistas podem estabelecer uma nova e robusta relação entre a massa do buraco negro e o brilho superficial da galáxia: o buraco negro ganha massa a cada fusão e o centro da galáxia perde estrelas. Os astrónomos podem usar esta relação para estimar a massa de buracos negros em galáxias mais distantes, onde medições diretas dos movimentos estelares próximos o suficiente do buraco negro não são possíveis.

Astronomia On-line
6 de Dezembro de 2019

spacenews

 

3139: Físico constrói calculadora para mostrar o que aconteceria se a Terra colidisse com um buraco negro

CIÊNCIA

(PD/CC0) Comfreak / pixabay

Se o planeta Terra atingisse um buraco negro seria catastrófico em termos de danos? Um nova ferramenta online calcula o nível de destruição.

A Calculadora de Colisão de Buracos Negros determina o nível de expansão de um buraco negro e a quantidade de energia libertada se este absorvesse o nosso planeta – ou outro objecto qualquer, uma vez que esta ferramenta é totalmente personalizável.

Álvaro Díez, um estudante de física de partículas da Polónia, criou esta ferramenta, que está hospedada no projecto Omni Calculator. Com base nos seus cálculos, se um buraco negro engolisse a Terra libertaria 32.204.195.564.497.649.676.480.000.000.000.000 megajoules de energia, cerca de 54 quatriliões o consumo anual de energia de todo o planeta.

Ainda assim, o nosso planeta não afectaria a aparência do cenário ao redor de um buraco negro super-massivo. Sagittarius A*, o buraco negro que mora no coração da Via Láctea, tem cerca 4 milhões de vezes a massa do Sol. Se a Terra fosse engolida por este buraco negro, o horizonte de eventos – o ponto próximo ao buraco negro de onde nada, nem mesmo a luz, consegue escapar – aumentaria em meros 0,00000000007281%.

No entanto, se tivéssemos um encontro inesperado com um buraco negro menor, com “apenas” 20 massas solares, a diferença que causaríamos no horizonte de eventos seria maior – 0,000014562%.

Esta calculadora permite escolher não apenas os efeitos da colisão da Terra com um buraco negro, como também estimar colisões com outros objectos massivos, incluindo estrelas.

A probabilidade de sermos devorados por um buraco negro não deve ser totalmente descartada. Ainda assim, podemos ficar tranquilos em relação a este evento catastrófico durante os próximos milhares de milhões de anos.

A melhor possibilidade de este evento cataclísmico acontecer será quando houver uma colisão entre a Via Láctea e a galáxia de Andrómeda, prevista para daqui a 4 mil milhões de anos.

ZAP // CanalTech

Por ZAP
4 Dezembro, 2019

spacenews

 

Buraco negro “alimenta” bebés estelares a um milhão de anos-luz

CIÊNCIA

Esta imagem contém um buraco negro que está a despoletar formação estelar à maior distância alguma vez vista. À medida que o gás gira em torno do buraco negro, emite grandes quantidades de raios-X que o Chandra detecta. O buraco negro é também a fonte de emissão de ondas de rádio de um jacto de partículas altamente energéticas – anteriormente detectadas pelos cientistas com o VLA – que alcança um milhão de anos-luz. Os astrónomos descobriram que este buraco negro e o jacto são responsáveis por aumentar o ritmo de formação estelar em galáxias recém-descobertas.
Crédito: raios-X – NASA/CXC/INAF/R. Gilli et al.; rádio – NRAO/VLA; ótico – NASA/STScI

Os buracos negros são famosos por rasgar objectos astronómicos, incluindo estrelas. Mas agora, os astrónomos descobriram um buraco negro que pode ter provocado os nascimentos de estrelas a uma distância incompreensível e através de várias galáxias.

Se confirmada, esta descoberta, feita com o Observatório de raios-X Chandra da NASA e outros telescópios, representaria o maior alcance já visto para um buraco negro que age como “gatilho” estelar. O buraco negro parece ter melhorado a formação estelar a mais de um milhão de anos-luz de distância.

“Esta é a primeira vez que vimos um único buraco negro aumentar o nascimento estelar em mais de uma galáxia,” disse Roberto Gilli do INAF (Instituto Nacional de Astrofísica) em Bolonha, Itália, autor principal do estudo que descreve a descoberta. “É incrível pensar que o buraco negro de uma galáxia pode ter alguma influência no que acontece noutras galáxias a triliões de quilómetros de distância.”

Um buraco negro é um objecto extremamente denso do qual nenhuma luz pode escapar. A imensa gravidade do buraco negro atrai gás e poeira, mas partículas de uma pequena quantidade desse material também podem ser catapultadas para longe quase à velocidade da luz. Essas partículas em movimento rápido formam dois feixes estreitos ou “jactos” perto dos pólos do buraco negro.

O buraco negro super-massivo que os cientistas observaram no novo estudo está localizado no centro de uma galáxia a cerca de 9,9 mil milhões de anos-luz da Terra. Esta galáxia possui pelo menos sete galáxias vizinhas, de acordo com observações do VLT (Very Large Telescope) do ESO e do LBT (Large Binocular Telescope).

Usando o VLA (Karl Jansky Very Large Array) da NSF (National Science Foundation), os cientistas já haviam detectado emissões de ondas de rádio de um jacto de partículas altamente energéticas com cerca de um milhão de anos-luz. O jacto pode ser rastreado até ao buraco negro super-massivo, que o Chandra detectou como uma poderosa fonte de raios-X produzidos pelo gás quente que gira em torno do buraco negro. Gilli e colegas também detectaram uma nuvem difusa de emissão de raios-X em torno de uma extremidade do jacto de rádio. Esta emissão de raios-X é provavelmente de uma gigantesca bolha de gás quente aquecida pela interacção das partículas energéticas no jacto de rádio com a matéria circundante.

À medida que a bolha quente se expandia e varria as quatro galáxias vizinhas, pode ter criado uma onda de choque que comprimiu o gás frio nas galáxias, provocando formação estelar. Todas as quatro galáxias estão aproximadamente à mesma distância, cerca de 400.000 anos-luz, do centro da bolha. Os autores estimam que o ritmo de formação estelar é cerca de duas a cinco vezes mais elevado que nas galáxias típicas com massas semelhantes e a distâncias semelhantes da Terra.

“A história do rei Midas fala do seu toque mágico que pode transformar metal em ouro,” disse o co-autor Marco Mignoli, também do INAF em Bolonha, Itália. “Aqui temos um caso de um buraco negro que ajudou a transformar gás em estrelas e o seu alcance é intergaláctico.”

Os astrónomos já viram muitos casos onde um buraco negro afecta os seus arredores através de “feedback negativo” – por outras palavras, restringindo a formação de novas estrelas. Isto pode ocorrer quando os jactos do buraco negro injectam tanta energia no gás quente de uma galáxia, ou enxame de galáxias, que o gás não consegue arrefecer o suficiente para formar um grande número de estrelas.

Nesta recém-descoberta colecção de estrelas, os astrónomos encontraram um exemplo menos comum de “feedback positivo”, em que os efeitos do buraco negro reforçam a formação estelar. Além disso, quando os astrónomos encontraram feedback positivo anteriormente, este ou envolveu aumentos de 30% ou menos no que toca à formação estelar, ou ocorreu a escalas de apenas aproximadamente 20.000 a 50.000 anos-luz numa galáxia companheira próxima. Se o feedback é positivo ou negativo, depende de um delicado equilíbrio entre o ritmo de aquecimento e de arrefecimento de uma nuvem. Isto porque as nuvens que são inicialmente mais frias, quando atingidas por uma onda de choque, são mais propensas a receber feedback positivo, formando assim mais estrelas.

“Os buracos negros têm a reputação bem merecida de serem poderosos e mortíferos, mas nem sempre,” disse o co-autor Alessandro Peca, ex-INAF em Bolonha e agora estudante de doutoramento da Universidade de Miami. “Este é um excelente exemplo de que às vezes desafiam esse estereótipo e podem ao invés estimular a formação estelar.”

Os investigadores usaram um total de seis dias de tempo de observação do Chandra, distribuído ao longo de cinco meses.

“É apenas por causa desta observação muito profunda que vimos a bolha de gás quente produzida pelo buraco negro,” disse o co-autor Colin Norman da Universidade Johns Hopkins em Baltimore, no estado norte-americano de Maryland. “Ao observar objectos parecidos com este, podemos vir a descobrir que o feedback positivo é muito comum na formação de grupos ou enxames de galáxias.”

O artigo que descreve estes resultados foi publicado na edição mais recente da revista Astronomy and Astrophysics e está disponível online.

Astronomia on-line
3 de Dezembro de 2019

spacenews

 

3127: Mora na Via Láctea um buraco negro que “não devia existir”

CIÊNCIA

ESA/Hubble, ESO, M. Kornmesse

Uma equipa internacional de cientistas acaba de encontrar um buraco negro na Via Láctea, cuja enorme massa desafia as teorias da evolução estelar vigentes – trata-se de um corpo celeste de grandes dimensões que “não devia existir”.

A comunidade científica estima que a massa dos buracos negros da nossa galáxia seja 30 vezes menor do que a massa do Sol. Contudo, estes valores acabam de ser desafiados.

Cientistas dizem agora ter detectado um buraco negro bem maior – excede a massa solar em 70 vezes, fica a 15.000 anos-luz da Terra e foi baptizado do LB-1, tal como detalha a nova investigação publicada esta semana na revista científica Nature.

O artigo recorda que buracos negros de massa semelhante já tinha sido detectados antes, apesar de a “formação de buracos negros tão massivos em ambientes de alta metalicidade” – em particular na Via Láctea fosse considerada “extremamente difícil” de acordo com as teorias actuais da evolução estelar.

“De acordo com os modelos actuais de evolução estelar, os buracos negros com esta massa nem deveriam existir na nossa galáxia”, disse Liu Jifeng, professor do Observatório Astronómico Nacional da China, que liderou a investigação, citado pela agência AFP.

“Agora, os teóricos terão de assumir o desafio e explicar a sua formação”, atirou.

Os cientistas acreditam que os buracos negros mais comuns – 20 vezes mais massivos do que o Sol – são fruto da implosão de uma super-nova. Já os buracos negros super-massivos, formam-se através de imensas de nuvens de gás, embora a sua origem seja incerta.

ZAP //

Por ZAP
2 Dezembro, 2019

spacenews

 

3117: Descoberto um buraco negro estelar imprevisível

CIÊNCIA

Impressão de artista do buraco negro estelar LB-1 com uma estrela em órbita.
Crédito: Jingchuan Yu

Estima-se que a nossa Via Láctea contenha 100 milhões de buracos negros estelares – corpos cósmicos formados pelo colapso de estrelas massivas e tão densos que nem a luz consegue escapar. Até agora, os cientistas haviam estimado a massa dos buracos negros estelares individuais na nossa Galáxia em não mais do que 20 vezes a massa do Sol. Mas a descoberta de um enorme buraco negro por uma equipa de cientistas internacionais liderada pela China derrubou essa suposição.

A equipa, liderada pelo professor Liu Jifeng do Observatório Astronómico Nacional da China da Academia Chinesa de Ciências, localizou um buraco negro estelar com 70 vezes a massa do Sol. O buraco negro monstruoso está localizado a 15 mil anos-luz da Terra e recebeu o nome LB-1 pelos investigadores. A descoberta foi relatada na última edição da revista Nature.

Esta descoberta foi uma grande surpresa. “Os buracos negros com esta massa nem deveriam existir na nossa Galáxia, de acordo com a maioria dos modelos actuais da evolução estelar,” disse o professor Liu. “Achávamos que as estrelas muito massivas com a composição típica da nossa Galáxia deviam expelir a maior parte do seu gás em fortes ventos estelares à medida que se aproximavam do fim da sua vida. Portanto, não deviam deixar para trás um remanescente tão massivo. LB-1 é duas vezes mais massivo do que pensávamos ser possível. Agora os teóricos terão que aceitar o desafio de explicar a sua formação.”

Até há poucos anos, os buracos negros estelares só podiam ser descobertos quando devoravam gás de uma estrela companheira. Este processo cria poderosas emissões de raios-X, detectáveis da Terra, que revelam a presença do objecto colapsado.

A vasta maioria dos buracos negros estelares na nossa Galáxia não está envolvida num banquete cósmico e, portanto, não emite raios-X reveladores. Como resultado, apenas foram identificados e medidos cerca de duas dúzias de buracos negros estelares na Via Láctea.

Para combater esta limitação, o professor Liu e colaboradores analisaram o céu com o LAMOST (Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescope) da China, procurando estrelas que orbitam um objecto invisível, puxadas pela sua gravidade.

Esta técnica de observação foi proposta pela primeira vez pelo visionário cientista inglês John Mitchell em 1783, mas só se tornou viável com as recentes melhorias tecnológicas nos telescópios e detectores.

Ainda assim, tal pesquisa é como procurar a proverbial agulha no palheiro: apenas uma estrela em mil pode estar a orbitar um buraco negro.

Após a descoberta inicial, os maiores telescópios ópticos do mundo – o GTC (Gran Telescopio Canarias) com 10,4 m na Espanha e o telescópio Keck I de 10 m nos EUA – foram usados para determinar os parâmetros físicos do sistema. Os resultados foram fantásticos: uma estrela com oito massas solares orbitava um buraco negro com 70 vezes a massa do Sol a cada 79 dias.

A descoberta de LB-1 encaixa muito bem com outra inovação na astrofísica. Recentemente, os detectores de ondas gravitacionais LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) e Virgo começaram a captar ondulações no espaço-tempo provocadas por colisões de buracos negros em galáxias distantes. Curiosamente, os buracos negros envolvidos em tais colisões também são muito maiores do que o que anteriormente era considerado típico.

A observação directa de LB-1 prova que esta população de buracos negros estelares excessivamente grandes existe até no nosso próprio quintal cósmico. “Esta descoberta obriga-nos a reexaminar os nossos modelos de como os buracos negros de massa estelar se formam,” disse o professor David Reitze, director do LIGO e da Universidade da Florida, EUA.

“Este resultado notável, juntamente com as detecções LIGO-Virgo de colisões de buracos negros binários durante os últimos quatro anos, realmente apontam para um renascimento na nossa compreensão da astrofísica dos buracos negros,” disse Reitze.

Astronomia On-line
29 de Novembro de 2019

spacenews

 

3114: Planetas podem ser muito comuns na vizinhança hostil dos buracos negros

CIÊNCIA

Mark A. Garlick / NASA

Afinal, as estrelas jovens podem não ser os únicos objectos com discos de poeiras capazes de formar planetas. Uma nova investigação, conduzida por cientista do Japão, sugere que alguns buracos negros também admitem estas estruturas.

“Com as condições certas, os planetas podem formar-se mesmo em ambientes hostis, como por exemplo em torno de um buraco negro”, explicou Keiichi Wada, professor da Universidade Kagoshima que investiga núcleos galácticos activos, objectos luminosos energizados por buracos negros, citado pela agência Europa Press.

As teorias sobre a formação planetária sustentam que os mundos são formados a partir de agregados de poeira num disco proto-planetário que está em torno de uma estrela jovem. Contudo, estes corpos não são os únicos com discos de poeira.

Uma nova investigação, cujos resultados foram disponibilizados no portal arXiv, debruçou-se sobre grandes discos localizados em torno de buracos negros super-massivos em núcleos de galáxias e descobriu que estes enorme objectos podem ter mundos por perto.

“Os nosso cálculos mostram que dezenas de milhares de planetas com 10 vezes a massa da Terra poderiam formar-se a cerca de 10 anos-luz a partir de um buraco negro”, explicou Eiichiro Kokubo, professor do Observatório Astronómico Nacional do Japão que estuda a formação de planetas. “Em torno dos buracos negros, sistemas planetários de incrível escala poderiam existir”, aponta.

Alguns buracos negros super-massivos têm grandes quantidades de matéria à sua volta sob a forma de um disco pesado e denso. Este disco pode conter quantidades astronómicas de pó: cerca de 100.000 vezes a massa do nosso Sol. Noutras palavras, pode ter mil milhões de vezes a massa da poeira de um disco proto-planetário.

Actualmente, não existem técnicas para detectar estes potencial planetas que estarão na vizinhança dos buracos negros. Ainda assim, os cientistas esperam que a nova investigação, que carece ainda de revisão dos pares, abra um novo campo de Astronomia.

ZAP //

Por ZAP
28 Novembro, 2019

spacenews

 

3102: Pela primeira vez, astrónomos descobriram uma galáxia com três buracos negros super-massivos

CIÊNCIA

NASA

Quase todas as galáxias do Universo têm um buraco negro super-massivo no seu centro. Mas, agora, os astrónomos descobriram, pela primeira vez, uma galáxia com três buracos negros.

A galáxia NGC 6240 tem uma forma irregular por ser o produto final de uma fusão de galáxias. Supõe-se que duas galáxias colidiram há muito tempo devido à presença de dois buracos negros super-massivos. Mas, de acordo com o estudo publicado em Outubro na revista especializada Astronomy & Astrophysics, novas observações revelaram que a galáxia tem três buracos negros, não dois.

Cada um dos três buracos negros super-massivos tem uma massa superior a 90 milhões de vezes a massa do Sol. Em comparação, Sagitário A*, o buraco negro super-massivo no centro da Via Láctea, é pouco mais de quatro milhões de vezes a massa do nosso Sol. Os três buracos negros estão localizados num volume inferior a três mil anos-luz de diâmetro.

“Até agora, esta concentração de três buracos negros super-massivos nunca tinha sido descoberta no Universo”, disse Peter Weilbacher, do Instituto Leibniz de Astrofísica de Potsdam (AIP), em comunicado. “O presente caso fornece evidências de um processo de fusão simultâneo de três galáxias, juntamente com os seus buracos negros centrais”.

As fusões da galáxia são eventos incomuns – mas cruciais – na evolução das galáxias. É o mecanismo para a formação das galáxias mais massivas do cosmos. Os astrónomos não têm certeza da forma como se formaram num tempo cósmico relativamente curto. A existência de muitas fusões múltiplas, como a NGC 6240, pode explicar essa formação.

“Se processos simultâneos de fusão de várias galáxias ocorrerem, as maiores galáxias, com os seus buracos negros super-massivos centrais, poderão evoluir muito mais rapidamente”, explicou Weilbacher. “As nossas observações fornecem a primeira indicação desse cenário”.

Ainda separados, por enquanto, os buracos negros super-massivos continuarão a mover-se em direcção uns dos outros. Nos próximos milhões de anos, fundir-se-ão num só.

ZAP //

Por ZAP
27 Novembro, 2019

 

Um buraco negro enfraquecido permite que a sua galáxia “desperte”

CIÊNCIA

O Enxame da Fénix contém o primeiro buraco negro super-massivo confirmado que não consegue impedir a formação de grandes números de estrelas no núcleo do enxame de galáxias onde reside.
Esta imagem foi composta a partir de dados obtidos pelo Chandra, pelo Hubble e pelo VLA. Os raios-X do Chandra ilustram gás quente em roxo e a emissão rádio do VLA mostra jactos em vermelho. Os dados ópticos do Hubble mostram galáxias (em amarelo) e filamentos de gás mais frio onde as estrelas se estão a formar (em azul claro).
Crédito: NASA, ESA e NRAO (clique aqui para ver versão legendada)

Os astrónomos confirmaram o primeiro exemplo de um enxame de galáxias onde um grande número de estrelas está a nascer no seu núcleo. Usando dados de telescópios espaciais da NASA e de um observatório de rádio da NSF (National Science Foundation), investigadores reuniram novos detalhes sobre como os buracos negros mais massivos do Universo afectam as suas galáxias hospedeiras.

Os enxames de galáxias são as maiores estruturas do cosmos mantidas juntas pela gravidade, consistindo de centenas ou milhares de galáxias embebidas em gás quente, bem como de matéria escura invisível. Os maiores buracos negros super-massivos encontram-se em galáxias nos centros destes enxames.

Durante décadas, os astrónomos procuraram enxames galácticos contendo ricos berçários de estrelas nas suas galáxias centrais. Em vez disso, encontraram buracos negros gigantes e poderosos, bombardeando energia através de jactos de partículas altamente energéticas e mantendo o gás demasiado quente para formar muitas estrelas.

Agora, os cientistas têm evidências convincentes de um enxame de galáxias em que as estrelas se formam a uma velocidade furiosa, aparentemente ligadas a um buraco negro menos eficaz no seu centro. Neste enxame único, os jactos do buraco negro central parecem ajudar na formação estelar. Os investigadores usaram novos dados do Observatório de raios-X Chandra e do Telescópio Espacial Hubble da NASA, e do VLA (Karl Jansky Very Large Array) da NSF para esclarecer observações anteriores deste enxame.

“Este é um fenómeno que os astrónomos têm tentado encontrar há muito tempo,” disse Michael McDonald, astrónomo do MIT (Massachusetts Institute of Technology) que liderou o estudo. “Este enxame demonstra que, em alguns casos, o ‘output’ energético de um buraco negro pode realmente melhorar o arrefecimento, levando a consequências dramáticas.”

O buraco negro está no centro de um enxame de galáxias chamado Enxame da Fénix, localizado a mais ou menos 5,8 mil milhões de anos-luz da Terra na direcção da constelação da Fénix. A grande galáxia que hospeda o buraco negro é cercada por gás quente com temperaturas de milhões de graus. A massa deste gás, equivalente a biliões de sóis, é várias vezes maior do que a massa combinada de todas as galáxias do enxame.

Este gás quente perde energia à medida que brilha em raios-X, o que deve fazer com que arrefeça até formar um grande número de estrelas. No entanto, em todos os outros enxames galácticos observados, explosões energéticas impulsionadas por um buraco negro fazem com que a maior parte do gás quente não arrefeça, impedindo o nascimento generalizado de estrelas.

“Imagine usar um ar condicionado na sua casa num dia quente, mas depois acender a sua lareira. A sua sala de estar não consegue arrefecer adequadamente até que apague o fogo,” disse o co-autor Brian McNamara da Universidade de Waterloo no Canadá. “Da mesma forma, quando a capacidade de aquecimento de um buraco negro é desactivada num enxame de galáxias, o gás pode então arrefecer.”

As evidências desta rápida formação estelar no Enxame da Fénix já tinham sido anteriormente relatadas em 2012 por uma equipa liderada por McDonald. Mas foram necessárias observações mais profundas para aprender detalhes sobre o papel do buraco negro central no renascimento de estrelas na galáxia central, e como isso pode mudar no futuro.

Combinando longas observações em raios-X, no visível e no rádio, os investigadores obtiveram uma melhoria de dez vezes na qualidade dos dados em comparação com as observações anteriores. Os novos dados do Chandra revelam que o gás quente está a arrefecer quase ao ritmo esperado na ausência de energia injectada por um buraco negro. Os novos dados do Hubble mostram que estão localizadas cerca de 10 mil milhões de massas solares de gás frio ao longo dos filamentos que conduzem ao buraco negro, e jovens estrelas estão a formar-se a partir deste gás frio a um ritmo de mais ou menos 500 massas solares por ano. Em comparação, a Via Láctea forma estrelas a um ritmo de aproximadamente uma massa solar por ano.

Os dados rádio do VLA revelam jactos saindo da vizinhança do buraco negro central. Estes jactos provavelmente insuflaram bolhas no gás quente detectado nos dados do Chandra. Tanto os jactos quanto as bolhas são evidências do rápido crescimento do buraco negro. No início deste crescimento, o buraco negro pode ter sido sub-dimensionado, em comparação com a massa da sua galáxia hospedeira, o que permitiria que o arrefecimento rápido não tivesse controlo.

“No passado, as explosões do buraco negro sub-dimensionado podem ter sido simplesmente fracas demais para aquecer os seus arredores, permitindo que o gás quente começasse a arrefecer,” disse o coautor Matthew Bayliss, investigador do MIT durante este estudo, mas que recentemente ingressou no corpo docente da Universidade de Cincinnati. “Mas, à medida que o buraco negro se tornou mais massivo e mais poderoso, a sua influência aumentou.”

O arrefecimento pode continuar quando o gás é transportado para longe do centro do enxame pelas explosões do buraco negro. A uma distância maior da influência do aquecimento do buraco negro, o gás arrefece mais depressa do que pode cair para o centro do enxame. Este cenário explica a observação de que o gás frio está localizado em redor das cavidades, com base numa comparação dos dados do Chandra e do Hubble.

Eventualmente, a explosão gerará turbulência, ondas sonoras e ondas de choque suficientes (parecidas às explosões sónicas produzidas pelos aviões supersónicos) para fornecer fontes de calor e impedir mais arrefecimento. Isto continuará até que a explosão cesse e o acumular de gás frio possa recomeçar. O ciclo inteiro pode então repetir-se.

“Estes resultados mostram que o buraco negro tem ajudado temporariamente na formação estelar, mas quando este se fortalece os seus efeitos começam a emitir os de buracos negros noutros enxames, sufocando mais nascimento estelar,” acrescentou o co-autor Mark Voit da Universidade Estatal do Michigan em East Lansing, EUA.

A ausência de objectos semelhantes mostra que os enxames de galáxias e os seus enormes buracos negros passam pela rápida fase de formação estelar de forma relativamente acelerada.

O artigo que descreve estes resultados foi publicado numa edição recente da revista The Astrophysical Journal e uma pré-impressão está disponível online.

Astronomia On-line
26 de Novembro de 2019

 

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

CIÊNCIA

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Thompson decidiu ver se podia resolver esse mistério.

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

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

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

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

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

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

Astronomia On-line
5 de Novembro de 2019

 

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

CIÊNCIA

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

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

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

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

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

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

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

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

Diário de Notícias
Lusa
03 Novembro 2019 — 09:15

 

2938: Estranheza quântica pode fazer com que um wormhole dure para sempre

CIÊNCIA

Kjordand / Wikimedia

Os cientistas nunca tiveram a certeza de que os wormholes conseguiam existir tempo suficiente para que qualquer objecto viajasse através destes portais do espaço-tempo. Agora, cálculos sugerem que os wormholes podem mesmo permanecer durante algum tempo – talvez tanto quanto o próprio Universo.

Os wormholes são dois buracos negros ligados um ao outro. No entanto, um wormhole, por não ser atravessável, é como uma sala com duas portas que só podem ser usadas do lado de fora – neste caso, as portas são buracos negros através dos quais as coisas podem entrar, mas nunca escapar.

“Esta não é uma informação propriamente entusiasmante, uma vez que qualquer astronauta corajoso para se aventurar nunca poderá voltar para contar a sua experiência”, afirmou a investigadora Diandian Wang, da Universidade da Califórnia, em Santa Barbara.

Teoricamente, existem wormholes atravessáveis, mas os cientistas não sabiam se estes portais existiam durante um período de tempo razoável para que um objecto (ou alguém) pudesse percorrer todo o percurso – ou seja, entrar e regressar. Pelo menos, até agora.

Para que um wormhole se forme, o espaço-tempo precisa de mudar de forma – ser como uma folha plana com furos. Na física clássica, esse cenário é impossível, mas as regras da mecânica quântica parecem permitir que o espaço-tempo mude espontaneamente de forma, embora isso ocorra apenas durante períodos muito curtos.

Wang trabalhou num cenário que envolve a teoria das cordas, um modelo físico matemático segundo a qual o ingrediente fundamental da realidade são pequenas cordas. Se uma dessas sequências de caracteres quebrar, poderá criar um wormhole atravessável. “Uma vez que contém energia, quando quebra, transforma-se em dois buracos negros em cada extremidade da corda”, explica Wang, citada pelo New Scientist.

No entanto, os cientistas provaram que a energia forçaria ambos os buracos negros a afastarem-se um do outro, rompendo assim o wormhole.

Agora, Wang e a sua equipa calcularam que a curvatura do espaço-tempo poderia neutralizar essa aceleração, mantendo os dois buracos negros estáticos e permitindo que a “garganta” do wormhole permanecesse aberta. Este cenário é extremamente improvável e torna-se cada vez mais improvável quanto mais longo é o wormhole e maiores são os dois buracos negros.

Isto significa que um wormhole grande o suficiente para uma pessoa atravessar é muito menos provável do que aquele através do qual a luz pode ser enviada. Ainda assim, graças à mecânica quântica, a probabilidade de qualquer um destes eventos não é zero.

De acordo com a investigação, cujo artigo científico foi publicado na Classical and Quantum Gravity, os cientistas calcularam que o wormhole pode permanecer estável, pelo menos, enquanto o Universo existir – e talvez para sempre.

Contudo, os wormholes teorizados por Wang não poderiam ser usados para viajar no tempo ou para mover objetos mais rápido do que a velocidade da luz. Segundo Aron Wall, da Universidade de Cambridge, se uma pessoa viajasse por um wormhole, ainda estaria confinada a mover-se mais devagar do que a luz.

ZAP //

Por ZAP
31 Outubro, 2019