3710: Nos enxames estelares, os buracos negros fundem-se com estrelas de neutrões, mas sem ninguém ver

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Fusões entre buracos negros e estrelas de neutrões, isto é, fusões sem a emissão de radiação electromagnética, têm lugar em ambientes estelares densos como no enxame globular NGC 3201, visto na imagem.
Crédito: ESO

As fusões entre buracos negros e estrelas de neutrões em enxames estelares densos são bastante diferentes daquelas que se formam em regiões isoladas, onde existem poucas estrelas. As suas características associadas podem ser cruciais para o estudo das ondas gravitacionais e da sua fonte. O Dr. Manuel Arca Sedda, do Instituto de Computação Astronómica da Universidade de Heidelberg, chegou a esta conclusão num estudo que utilizou simulações de computador. A investigação pode fornecer informações críticas sobre a fusão de dois objectos estelares massivos que os astrónomos observaram em 2019. Os achados foram publicados na revista Communications Physics.

As estrelas muito mais massivas do que o nosso Sol geralmente terminam as suas vidas como uma estrela de neutrões ou como um buraco negro. As estrelas de neutrões emitem pulsos regulares de radiação que permitem a sua detecção. Por exemplo, em Agosto de 2017, quando foi observada a primeira fusão de duas estrelas de neutrões, os cientistas de todo o mundo detectaram luz da explosão com os seus telescópios. Os buracos negros, por outro lado, geralmente permanecem ocultos porque a sua atracção gravitacional é tão forte que nem a luz pode escapar, tornando-os invisíveis aos detectores electromagnéticos.

Se dois buracos negros se fundirem, o evento pode ser invisível, mas, no entanto, é detectável graças a ondulações no espaço-tempo na forma das chamadas ondas gravitacionais. Certos detectores, como o LIGO (Laser Interferometer Gravitational Waves Observatory) nos EUA, são capazes de detectar essas ondas. A primeira observação bem-sucedida foi feita em 2015. O sinal foi criado pela fusão de dois buracos negros. Mas este evento pode não ser a única fonte de ondas gravitacionais, pois também podem surgir da fusão de duas estrelas de neutrões ou da fusão de um buraco negro com uma estrela de neutrões. De acordo com o Dr. Arca Sedda, descobrir as diferenças é um dos principais desafios na observação destes eventos.

No seu estudo, o investigador da Universidade de Heidelberg analisou a fusão de pares de buracos negros e estrelas de neutrões. Ele usou simulações detalhadas de computador para estudar as interacções entre um sistema composto por uma estrela e um objecto compacto, como um buraco negro, e um terceiro objecto massivo e deambulante necessário para uma fusão. Os resultados indicam que estas interacções de três corpos podem de facto contribuir para fusões de estrelas neutrões com buracos negros em regiões estelares densas como enxames globulares. “Pode ser definida uma família especial de fusões dinâmicas que é distintamente diferente de fusões em áreas isoladas,” explica Manuel Arca Sedda.

A fusão de um buraco negro com uma estrela de neutrões foi observada pela primeira vez com observatórios de ondas gravitacionais em Agosto de 2019. No entanto, observatórios ópticos de todo o mundo não conseguiram localizar a contraparte electromagnética na região da qual o sinal da onda gravitacional teve origem, sugerindo que o buraco negro devorou completamente a estrela de neutrões sem antes a destruir. Se confirmada, esta poderá ser a primeira fusão entre um buraco negro e uma estrela de neutrões detectada num ambiente estelar denso, conforme descrito pelo Dr. Arca Sedda.

Astronomia On-line
19 de Maio de 2020

 

spacenews

 

2652: Hubble explora a formação e evolução dos enxames estelares na Grande Nuvem de Magalhães

CIÊNCIA

Imagem de NGC 1466, uma “bola” antiga e brilhante de estrelas, pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA. É um enxame globular – uma colecção de estrelas todas mantidas juntas pela gravidade – que está a mover-se lentamente pelo espaço na orla da Grande Nuvem de Magalhães, um dos nossos vizinhos galácticos mais próximos.
NGC 1466 é certamente um objecto extremo. Tem uma massa equivalente a 140.000 sóis e uma idade de mais ou menos 13,1 mil milhões de anos, o que o torna quase tão velho quanto o próprio Universo. Esta relíquia fóssil do Universo primitivo está a cerca de 160.000 anos-luz de distância.
NGC 1466 é um dos cinco enxames na GNM no qual foi medido o nível de evolução dinâmica (ou “idade dinâmica”).
Crédito: ESA/Hubble e NASA

Assim como as pessoas da mesma idade podem variar muito em aparência e forma, o mesmo acontece com colecções de estrelas ou enxames estelares. Novas observações com o Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA sugerem que a idade cronológica, por si só, não conta a história completa quando se trata da evolução dos aglomerados de estrelas.

Investigações anteriores sobre a formação e evolução de enxames estelares sugeriram que estes sistemas tendem a ser compactos e densos quando se formam, antes de expandirem com o tempo para se tornarem tanto aglomerados grandes como pequenos. Novas observações do Hubble, na Grande Nuvem de Magalhães (GNM), aumentaram a nossa compreensão de como o tamanho dos enxames de estrelas na GNM muda com o tempo.

Os enxames são agregados de muitas (até um milhão) estrelas. São sistemas activos nos quais as interacções gravitacionais mútuas entre as estrelas mudam a sua estrutura ao longo do tempo (mudança conhecida pelos astrónomos como “evolução dinâmica”). Devido a estas interacções, as estrelas mais massivas tendem a “afundar” progressivamente em direcção à região central de um enxame, enquanto as estrelas mais leves podem escapar do sistema. Isto provoca uma contracção progressiva do núcleo do enxame ao longo de diferentes escalas de tempo e significa que os aglomerados estelares com a mesma idade cronológica podem variar muito em aparência e forma devido às diferentes “idades dinâmicas.”

Localizada a quase 160.000 anos-luz da Terra, a GNM é uma galáxia satélite da Via Láctea, que hospeda enxames de estrelas que abrangem uma ampla faixa de idades. Isto difere da nossa própria Via Láctea, que contém principalmente enxames de estrelas mais antigos. A distribuição de tamanhos em função da idade observada para enxames de estrelas na GNM é muito intrigante, pois os aglomerados jovens são compactos, enquanto os sistemas mais antigos têm tamanhos pequenos e grandes.

Verificou-se que todos os enxames, incluindo os da GNM, hospedam um tipo especial de estrelas revigoradas chamadas retardatárias azuis (“blue stragglers” em inglês, assim denominadas devido à sua cor e ao facto da sua evolução “atrasar-se” em relação à das suas vizinhas). Sob certas circunstâncias, as estrelas recebem combustível extra que as faz subir de massa e que as faz aumentar substancialmente de brilho. Isto pode acontecer se uma estrela retira matéria de uma vizinha, ou se colidem.

Como resultado do envelhecimento dinâmico, as estrelas mais massivas “afundam” em direcção ao centro do enxame à medida que fica mais velho, num processo semelhante à sedimentação, chamado “segregação central”. As retardatárias azuis são brilhantes, o que as torna relativamente fáceis de observar, e possuem massas elevadas, o que significa que são afectadas pela segregação central e que podem ser usadas para estimar a idade dinâmica de um aglomerado estelar (isto não quer dizer que todas as estrelas mais massivas e brilhantes dos enxames são retardatárias azuis).

Francesco Ferraro da Universidade de Bolonha, na Itália, e a sua equipa usaram o Telescópio Espacial Hubble para observar retardatárias azuis em cinco velhos enxames de estrelas na GNM, com tamanhos diferentes, e conseguiram classificá-los em termos da sua idade dinâmica.

“Demonstrámos que diferentes estruturas de enxames estelares são devidas a diferentes níveis de envelhecimento dinâmico: têm formas diferentes físicas, apesar de terem nascido no mesmo tempo cósmico. É a primeira vez que o efeito do envelhecimento dinâmico é medido nos enxames da GNM,” diz Ferraro.

“Estes achados apresentam áreas intrigantes para investigações adicionais, pois revelam uma nova e valiosa maneira de ler os padrões observados de aglomerados estelares na Grande Nuvem de Magalhães, fornecendo novas pistas sobre a história da formação de enxames nessa galáxia,” acrescenta a co-autora Barbara Lanzoni.

 

Astronomia On-line
17 de Setembro de 2019

 

1263: COLISÕES CÓSMICAS: SOFIA DESVENDA A MISTERIOSA FORMAÇÃO DOS ENXAMES ESTELARES

Ilustração da formação de um enxame estelar a partir da colisão de nuvens moleculares turbulentas, que aparecem como sombras escuras em frente do fundo estelar galáctico.
Crédito: NASA/SOFIA/Lynette Cook

O Sol, tal como todas as estrelas, nasceu numa gigantesca nuvem de gás e poeira molecular. Pode ter tido dezenas ou até centenas de irmãs estelares – um enxame – mas essas companheiras iniciais estão agora espalhadas pela Via Láctea. Embora os remanescentes deste evento de formação em particular se tenham dispersado há muito, o processo de nascimento estelar continua ainda hoje dentro da nossa Galáxia e além. Os enxames estelares são concebidos nos corações de nuvens opticamente escuras onde as primeiras fases de formação têm permanecido historicamente escondidas da nossa vista. Mas estas nuvens frias e empoeiradas brilham intensamente no infravermelho, de como que telescópios como o SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy) podem começar a revelar estes segredos de longa data.

Os modelos tradicionais afirmam que a força da gravidade pode ser a única responsável pela formação de estrelas e aglomerados estelares. Observações mais recentes sugerem que os campos magnéticos, a turbulência ou ambos estão também envolvidos e podem até dominar o processo de formação. Mas o que desencadeia os eventos que levam ao nascimento de enxames estelares?

Usando o instrumento do SOFIA conhecido como GREAT (German Receiver for Astronomy at Terahertz Frequencies), os astrónomos encontraram novas evidências de que os enxames estelares se formam através de colisões entre nuvens moleculares gigantes.

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

“As estrelas são alimentadas por reacções nucleares que produzem novos elementos químicos,” comenta Thomas Bisbas, investigador de pós-doutorado da Universidade da Virgínia, em Charlottesville, EUA, autor principal do artigo que descreve estes novos resultados. “A própria existência de vida na Terra é o produto de uma estrela que explodiu há milhares de milhões de anos, mas ainda não sabemos como essas estrelas – incluindo o nosso próprio Sol – se formam.”

Os investigadores estudaram a distribuição e o movimento do carbono ionizado em torno de uma nuvem molecular onde as estrelas podem formar-se. Parecem haver dois componentes distintos de gás molecular a colidir um com o outro a velocidades superiores a 32.000 km/h. A distribuição e velocidade dos gases moleculares e ionizados são consistentes com as simulações de colisões de nuvens, que indicam que os enxames de estrelas se formam à medida que o gás é comprimido na onda de choque criada quando as nuvens colidem.

“Estes modelos de formação estelar são difíceis de avaliar em termos observacionais,” realça Jonathan Tan, professor da Universidade Chalmers de Tecnologia em Gotemburgo, Suécia, e da Universidade da Virgínia, investigador principal do artigo. “Estamos num ponto fascinante do projecto, onde os dados que estamos a obter com o SOFIA podem realmente testar as simulações.”

Embora ainda não haja consenso científico sobre o mecanismo responsável por impulsionar a formação de enxames de estrelas, estas observações do SOFIA ajudaram os cientistas a dar um passo importante para desvendar o mistério. Este campo de pesquisa continua activo e os dados fornecem evidências cruciais a favor do modelo de colisão. Os autores esperam que as futuras observações testem este cenário para determinar se o processo de colisão de nuvens é único para esta região, mais difundido, ou até mesmo um mecanismo universal para a formação de enxames estelares.

“O nosso próximo passo é usar o SOFIA para observar um número maior de nuvens moleculares que formam aglomerados estelares,” acrescenta Tan. “Só então podemos entender quão comuns são as colisões de nuvens no desencadeamento do nascimento estelar na nossa Galáxia.”

Astronomia On-line
9 de Novembro de 2018

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