2509: Astrónomos treinam IA para encontrar antigas colisões de galáxias

CIÊNCIA

B. Whitmore et al. / AURA / Hubble Heritage Team / NASA / ESA

Há luzes brilhantes em todo o Universo que representam as colisões de galáxias. Os astrónomos encontraram agora uma nova forma de as encontrar.

Há luzes brilhantes em todo o Universo que representam as colisões de galáxias. E há pontos brilhantes por todo o Universo — sobretudo o mais distante — onde as galáxias produziram estrelas a uma grande e invulgar escala.

Mas há um problema. Os telescópios não conseguem ver partes longínquas e antigas do Universo com clareza suficiente para identificar as fusões de galáxias, então não há uma boa forma de distinguir esses dois tipos de galáxias super brilhantes. Agora, segundo o Live Science, astrónomos encontraram um novo sistema.

Como sabem qual é a aparência das galáxias em formação e das fusões galácticas vistas de perto, os investigadores acharam que seria relativamente simples criar imagens falsas e depois distorcê-las como se a luz dessas galáxias estivesse a ser capturada de longe por um dos telescópios espaciais.

E, portanto, foi mesmo isso que os cientistas fizeram, criando mais de um milhão de imagens falsas dos telescópios espaciais Hubble e James Webb. Os astrónomos sabiam quais eram as imagens desfocadas e distantes de colisões galácticas versus as imagens desfocadas de galáxias em formação super brilhantes, embora parecessem muito semelhantes à primeira vista.

Assim, foram capazes de encontrar assinaturas subtis que os astrónomos usam para distinguir fusões de galáxias de fábricas de estrelas galácticas no distante e antigo Universo. E então treinaram um algoritmo de aprendizagem de máquina para distinguir as imagens dos dois tipos de galáxias.

De acordo com os investigadores, cujo artigo foi publicado em Julho na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, isto é uma novidade excelente uma vez que todo o Universo está cheio de fusão de galáxias — até 5% estão envolvidas em fusões a qualquer momento e até a Via Láctea poderá um dia fundir-se com a vizinha Andrómeda.

Os investigadores admitem que o novo método tem limitações. Há sempre o potencial de enviesamento no banco de dados de simulações e, em primeiro lugar, algumas tentativas e erros imprecisos envolvidos na geração desse mesmo banco de dados. Para melhorar ainda mais o algoritmo e distinguir fusões de galáxias ainda mais antigas, a equipa precisa de construir um banco de dados muito maior.

ZAP //

Por ZAP
25 Agosto, 2019

 

2455: Jovem Júpiter foi atingido de frente por enorme proto-planeta

Impressão de artista de uma colisão entre um jovem Júpiter e um proto-planeta massivo ainda em formação no Sistema Solar inicial.
Crédito: K. Suda & Y Akimoto/Mabuchi Design Office, cortesia do Centro de Astrobiologia do Japão

Segundo um estudo publicado esta semana na revista Nature, uma colisão colossal entre Júpiter e um planeta ainda em formação no início do Sistema Solar, há cerca de 4,5 mil milhões de anos, pode explicar leituras surpreendentes da nave espacial Juno da NASA.

Astrónomos da Universidade Rice e da Universidade Sun Yat-sen da China dizem que o seu cenário de impacto pode explicar as leituras gravitacionais anteriormente confusas da sonda Juno, que sugerem que o núcleo de Júpiter é menos denso e mais extenso do que o esperado.

“Isto é intrigante,” disse o astrónomo e co-autor do estudo, Andrea Isella. “Sugere que algo aconteceu e que mexeu com o núcleo, e é aí que o impacto gigante entra em acção.”

Isella explicou que as principais teorias sobre a formação de planetas sugerem que Júpiter começou como um planeta denso, rochoso ou gelado que mais tarde reuniu a sua atmosfera espessa do disco primordial de gás e poeira que deu origem ao nosso Sol.

Isella disse que estava céptico quando o autor principal do estudo, Shang-Fei Liu, sugeriu a ideia de que os dados podiam ser explicados por um impacto gigantesco que agitou o núcleo de Júpiter, misturando o conteúdo denso do seu núcleo com as camadas menos densas acima. Liu, ex-investigador de pós-doutoramento no grupo de Isella, é agora membro da faculdade em Sun Yat-sen em Zhuhai, China.

“Soava-me muito improvável,” recorda Isella, “como algo com uma probabilidade de um num bilião. Mas Shang-Fei convenceu-me, com os seus cálculos, de que não era assim tão inverosímil.”

A equipa de investigação realizou milhares de simulações de computador e descobriu que um Júpiter em rápido crescimento pode ter perturbado as órbitas de “embriões planetários” próximos, proto-planetas que estavam nos estágios iniciais da formação planetária.

Liu disse que os cálculos incluíram estimativas da probabilidade de colisões sob diferentes cenários e da distribuição de ângulos de impacto. Em todos os casos, Liu e colegas descobriram que havia pelo menos 40% de hipóteses de que Júpiter engolisse um embrião planetário nos primeiros milhões de anos. Além disso, Júpiter produziu em massa um “forte foco gravitacional” que deu origem a colisões frontais mais comuns do que aquelas apenas raspantes.

Isella explicou que o cenário de colisão se tornou ainda mais atraente depois de Liu ter executado modelos computacionais 3D que mostravam como uma colisão afectaria o núcleo de Júpiter.

“Como é denso e vem com muita energia, o impactor seria como uma bala que passa pela atmosfera e atinge o núcleo de frente,” disse Isella. “Antes do impacto, teríamos um núcleo muito denso, cercado pela atmosfera. O impacto frontal espalha as coisas, diluindo o núcleo.”

Os impactos em ângulos que apenas raspam o planeta podem fazer com que o objecto impactante se torne preso gravitacionalmente e afunde gradualmente no núcleo de Júpiter, e Liu disse que embriões planetários menores tão massivos quanto a Terra se desintegrariam na espessa atmosfera de Júpiter.

“O único cenário que resultou num perfil de densidade de núcleo semelhante ao que a Juno mede hoje é um impacto frontal com um embrião planetário cerca de 10 vezes mais massivo do que a Terra,” salientou Liu.

Isella acrescentou que os cálculos sugerem que, mesmo que este impacto tenha ocorrido há 4,5 mil milhões de anos, “ainda poderá levar muitos milhares de milhões de anos para que o material pesado volte a assentar num núcleo denso sob as circunstâncias sugeridas pelo artigo.”

Isella, que também é co-investigador do projecto CLEVER Planets, financiado pela NASA, com sede na Universidade Rice, disse que as implicações do estudo vão além do nosso Sistema Solar.

“Existem observações astronómicas de estrelas que podem ser explicadas por este tipo de evento,” realçou.

“Este ainda é um campo novo, de modo que os resultados estão longe de ser sólidos, mas tendo em conta que estamos à procura de planetas em torno de estrelas distantes, às vezes observamos emissões infravermelhas que desaparecem depois de alguns anos,” disse Isella. “Uma ideia é que se estamos a observar uma estrela à medida que dois planetas rochosos colidem de frente e se fragmentam, formar-se-ia uma nuvem de poeira que absorve a luz estelar e a re-emite. Vemos por isso uma espécie de um flash, no sentido de que agora temos esta nuvem de poeira que emite luz. E, depois de algum tempo, a poeira dissipa-se e essa emissão desaparece.”

A missão Juno foi desenhada para ajudar os cientistas a melhor compreender a origem e a evolução de Júpiter. A sonda, lançada em 2011, transporta instrumentos para mapear os campos gravitacionais e magnéticos de Júpiter e para investigar a estrutura interna profunda do planeta.

Astronomia On-line
16 de Agosto de 2019

1637: Numa colisão galáctica, um pequeno objeto brilha intensamente

Fontes verdes e brilhantes de raios-X captadas pela missão NuSTAR da NASA sobrepostas sobre uma imagem óptica da galáxia do Redemoinho (no centro da imagem) e da sua galáxia companheira, M51b (a região branca-esverdeada por cima do Redemoinho), obtida pelo SDSS (Sloan Digitized Sky Survey).
Crédito: NASA/JPL-Caltech, IPAC

Na vizinha Galáxia do Redemoinho, e na companheira M51b, dois buracos negros supermassivos aquecem e devoram o material circundante. Estes dois monstros deviam ser as fontes de raios-X mais luminosas do campo de visão, mas um novo estudo usando observações da missão NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) da NASA mostra que um objecto muito mais pequeno está a competir com os dois gigantes.

As características mais impressionantes da Galáxia do Redemoinho – conhecida oficialmente como M51a – são os dois longos “braços” cheios de estrelas que se enrolam em torno do centro galáctico como fitas. A muito mais pequena M51b agarra-se como um percebe à beira do Redemoinho. Conhecidas colectivamente como M51, as duas galáxias estão a fundir-se.

No centro de cada galáxia está um buraco negro super-massivo com milhões de vezes a massa do Sol. A fusão galáctica deve empurrar grandes quantidades de gás e poeira para órbita desses buracos negros. Por sua vez, a intensa gravidade dos buracos negros deve fazer com que o material em órbita seja aquecido e irradie, formando discos brilhantes em torno de cada um que pode ofuscar todas as estrelas nas suas galáxias.

Mas nenhum dos buracos negros irradia, em raios-X, como os cientistas esperariam durante uma fusão. Com base em observações anteriores de satélites que detectam raios-X de baixa energia, como o Observatório de raios-X Chandra da NASA, os cientistas pensavam que camadas de gás e poeira em torno do buraco negro da galáxia maior estavam a bloquear a emissão extra. Mas o novo estudo, publicado na revista The Astrophysical Journal, usou a visão de raios-X altamente energéticos do NuSTAR para observar abaixo dessas camadas e descobriu que o buraco negro ainda é mais ténue do que o esperado.

“Ainda estou surpreso com este achado,” diz o autor principal do estudo, Murray Brightman, investigador do Caltech em Pasadena, no estado norte-americano da Califórnia. “As fusões galácticas deviam gerar o crescimento do buraco negro, e a evidência disso seria a forte emissão de raios-X de alta energia. Mas não estamos a ver isso aqui.”

Brightman pensa que a explicação mais provável é que os buracos negros “piscam” durante as fusões galácticas, em vez de irradiarem com um brilho mais ou menos constante durante todo o processo.

“A hipótese cintilante é uma nova ideia no campo,” disse Daniel Stern, investigador do JPL da NASA em Pasadena e cientista do projecto NuSTAR. “Nós costumávamos pensar que a variabilidade dos buracos negros ocorria em escalas de tempo de milhões de anos, mas agora estamos a pensar que essas escalas de tempo podem ser muito mais curtas. Descobrir quão curtas é uma área de estudo activo.”

Pequeno, mas Brilhante

Juntamente com os dois buracos negros que irradiam menos do que os cientistas anteciparam em M51a e M51b, a primeira também hospeda um objeto que é milhões de vezes mais pequeno do que qualquer um dos dois buracos negros e, no entanto, brilha com igual intensidade. Os dois fenómenos não estão ligados, mas criam uma paisagem surpreendente de raios-X em M51.

A pequena fonte de raios-X é uma estrela de neutrões, uma “pepita” incrivelmente densa de material deixado para trás aquando da explosão de uma estrela no final da sua vida. Uma estrela de neutrões típica é centenas de milhares de vezes mais pequena, em diâmetro, do que o Sol – tem o tamanho de uma cidade grande – mas tem uma a duas vezes a sua massa. Uma colher de chá de material de uma estrela de neutrões pesaria mais de mil milhões de toneladas.

Apesar do seu tamanho, as estrelas de neutrões costumam dar-se a conhecer através de intensas emissões de luz. A estrela de neutrões situada em M51 é ainda mais brilhante do que a média e pertence a uma classe recém-descoberta conhecida como estrelas de neutrões ultra-luminosas. Brightman disse que alguns cientistas propuseram que os fortes campos magnéticos gerados pela estrela de neutrões podiam ser responsáveis pela emissão luminosa; um artigo anterior de Brightman e colegas, sobre esta estrela de neutrões, suporta esta hipótese. Algumas das outras fontes de raios-X brilhantes e altamente energéticos, vistas nestas duas galáxias, também podem ser estrelas de neutrões.

Astronomia On-line
26 de Fevereiro de 2019

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