2502: Cientistas detectaram um buraco negro a engolir uma estrela de neutrões

Impressão de artista de um buraco negro prestes a engolir uma estrela de neutrões.
Crédito: Karl Knox, OzGrav

Cientistas dizem ter detectado, pela primeira vez, um buraco negro a engolir uma estrela de neutrões.

As estrelas de neutrões e os buracos negros são remanescentes super-densos de estrelas mortas.

Na quarta-feira, 14 de Agosto de 2019, instrumentos de ondas gravitacionais nos EUA e na Itália detectaram ondulações no espaço-tempo de um evento cataclísmico que ocorreu a 900 milhões de anos-luz da Terra.

A professora Susan Scott, membro da equipa e da Escola de Física da Universidade Nacional Australiana (ANU, “Australian National University”), disse que esta conquista completou o trio de observações da equipa presente na sua lista original, que inclui a fusão de dois buracos negros e a colisão de duas estrelas de neutrões.

“Há cerca de 900 milhões de anos, este buraco negro comeu uma estrela muito densa, conhecida como estrela de neutrões – possivelmente extinguindo a estrela instantaneamente,” disse Scott, líder do Grupo de Teoria Geral da Relatividade e Análise de Dados, da mesma instituição de ensino, e do Centro ARC de Excelência para Descoberta de Ondas Gravitacionais (OzGrav).

“O telescópio SkyMapper da ANU respondeu ao alerta de detecção e estudou toda a provável região do espaço onde o evento ocorreu, mas não encontrámos nenhuma confirmação visual.”

Os cientistas ainda estão a analisar os dados para confirmar o tamanho exacto dos dois objectos, mas as descobertas iniciais indicam uma grande probabilidade de um buraco negro ter engolido uma estrela de neutrões. Espera-se que os resultados finais sejam publicados em revistas científicas.

“Os cientistas nunca detectaram um buraco negro menor que cinco massas solares ou uma estrela de neutrões maior que 2,5 vezes a massa do nosso Sol,” acrescentou a professora Scott.

“Com base nesta experiência, estamos muito confiantes de que acabámos de detectar um buraco negro a engolir uma estrela de neutrões.

“No entanto, existe a pequena mas intrigante possibilidade de que o objecto engolido foi, ao invés, um buraco negro muito leve – muito mais leve do que qualquer outro buraco negro que conhecemos no Universo. Isso seria um prémio de consolação verdadeiramente incrível.”

A ANU é a parceira australiana do LIGO (Advanced Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory), o instrumento científico mais sensível já construído e que consiste de detectores duplos nos EUA.

O Observatório Gravitacional Europeu tem um detetor de ondas gravitacionais na Itália, de nome Virgo.

Astronomia On-line
23 de Agosto de 2019

 

2485: Buraco negro apanhado a engolir uma estrela de neutrões

CIÊNCIA

M. Kornmesser / ESO

Um buraco negro que engole uma estrela de neutrões terá sido detectado pela primeira vez devido a ondas gravitacionais, anunciaram esta segunda-feira cientistas.

Segundo a investigadora Susan Scott, da Universidade Nacional da Austrália, que participou no trabalho, o buraco negro “comeu” há 900 milhões de anos uma “estrela muito densa”, conhecida como estrela de neutrões, “possivelmente apagando a estrela de forma imediata”.

O evento, que ocorreu à distância astronómica de 8.550 milhões de biliões de quilómetros da Terra, gerou ondas gravitacionais (ondulações na curvatura espaço-tempo) captadas na quarta-feira.

Da Austrália, o telescópio SkyMapper examinou toda a região do espaço onde o fenómeno poderia ter-se produzido, mas a equipa de astrónomos não obteve nenhuma “confirmação visual”. Apesar das reticências, os primeiros resultados sugerem “a grande possibilidade” de se tratar de um buraco negro a envolver uma estrela de neutrões, o tipo de estrelas mais pequeno e denso do Universo que se conhece.

De acordo com Susan Scott, os cientistas nunca detectaram um buraco negro mais pequeno do que cinco massas solares nem uma estrela de neutrões com mais de 2,5 vezes a massa do Sol. “Com base nesta experiência, estamos muito seguros de que o que acabámos de detectar é um buraco negro a engolir uma estrela de neutrões”, afirmou, citada pela agência noticiosa espanhola Efe.

A investigadora e docente da Universidade Nacional da Austrália ressalvou que “existe a pequena mas intrigante possibilidade” de o corpo celeste engolido ser um buraco negro mais pequeno do que qualquer outro que se conhece, o que, ainda assim, seria “um prémio de consolação incrível”.

Os buracos negros, localizados no centro das galáxias, são regiões do Universo com uma força gravitacional tão grande que nada deixa escapar, nem mesmo a luz. Tanto as estrelas de neutrões como os buracos negros são resquícios muito densos de estrelas mortas, assinala a Universidade Nacional da Austrália em comunicado.

As ondas gravitacionais, detectadas pela primeira vez em 2016, cem anos depois do físico Albert Einstein as ter previsto, acontecem devido a fenómenos de grande violência que geram grandes quantidades de energia, como a explosão de uma estrela ou a colisão de dois buracos negros.

ZAP // Lusa

Por Lusa
20 Agosto, 2019

 

2088: Chandra descobre pares estelares banidos das suas galáxias

Estrelas binárias expelidas do enxame da Fornalha.
Crédito: NASA/CXC/Universidade de Nanjing/X. Jin et al.

Cientistas descobriram evidências de que pares de estrelas foram expulsas das suas galáxias hospedeiras. Esta descoberta, que recorreu a dados do Observatório de raios-X Chandra da NASA, é um dos exemplos mais claros de pares estelares expelidos da sua base galáctica.

Os astrónomos usam o termo sistema “binário” quando se referem a pares de estrelas que se orbitam umas às outras. Esses pares estelares podem consistir de combinações de estrelas como o nosso Sol, ou variedades mais exóticas e mais densas, como estrelas de neutrões ou até mesmo buracos negros.

As estrelas de neutrões formam-se quando uma estrela massiva explode como uma super-nova e o núcleo da estrela colapsa sobre si próprio. Sob certas condições, estas explosões gigantescas que criam a estrela de neutrões não são simétricas. O efeito de recuo pode “chutar” a estrela com tanta força que é expelida da galáxia onde reside. Estes novos resultados do Chandra mostram que, às vezes, uma estrela companheira é também forçada a sair da galáxia.

“É como um convidado que pede para sair de uma festa com um amigo barulhento,” disse Xiangyu Jin, da Universidade McGill em Montreal, Canadá, que liderou o estudo. “A estrela companheira nesta situação é arrastada para fora da galáxia simplesmente porque está em órbita com a estrela que entrou em super-nova.”

Como é que os astrónomos procuram estes pares banidos? Se a estrela companheira estiver suficientemente perto, então a sua matéria espirala em direcção à estrela de neutrões mais densa e forma um disco em seu redor. As fortes forças gravitacionais da estrela de neutrões fazem com que o material neste disco se mova mais depressa à medida que se aproxima da estrela de neutrões e as forças de atrito no disco aquecem-no até dezenas de milhões de graus. A estas temperaturas, o disco brilho em raios-X.

Jin e colaboradores encontraram assinaturas dos chamados binários de raios-X fora das galáxias num estudo abrangente do enxame de galáxias da Fornalha feito com dados do Chandra, obtidos entre 1999 e 2015. Este enxame está relativamente próximo, a cerca de 60 milhões de anos-luz da Terra, na direcção da constelação que partilha o seu nome.

Combinando o grande conjunto de dados do Chandra com observações ópticas, os investigadores fizeram um censo de fontes de raios-X até 600.000 anos-luz da galáxia central do enxame da Fornalha. Os astrónomos concluíram que cerca de 30 fontes no enxame da Fornalha provavelmente seriam pares de estrelas expulsas do centro das suas galáxias hospedeiras.

“Em vez de ficarem amarradas a uma galáxia em particular, estes pares de estrelas existem agora no espaço entre as galáxias, ou estão a sair da sua galáxia,” disse a co-autora Meicun Hou, da Universidade de Nanjing, na China.

A equipa também descobriu outras 150 fontes que parecem estar fora dos limites estelares das galáxias do enxame. No entanto, as suas origens parecem ser outras além da expulsão. Uma possibilidade é que residem nos halos, ou nos limites externos, da galáxia central do enxame da Fornalha, onde se formaram. Uma segunda possibilidade é que são binários de raios-X que foram afastados de uma galáxia pela força gravitacional de uma galáxia próxima durante uma passagem rasante, ou binários de raios-X deixados para trás como parte dos remanescentes de uma galáxia desprovida da maioria das suas estrelas por uma colisão galáctica. Espera-se que tais interacções sejam relativamente comuns numa região tão povoada como a do enxame galáctico da Fornalha.

“Isto é como o fim de uma festa em que os participantes partem em direcções diferentes e só os anfitriões é que ficam para trás,” disse Zhenlin Zhu, também da Universidade de Nanjing. “No caso da Fornalha, o caso extremo é que as galáxias originais realmente não existem mais.”

As observações do Chandra envolveram um tempo total de exposição de 15 dias, permitindo à equipa descobrir 1177 fontes de raios-X na sua região de pesquisa, que cobre 29 galáxias do enxame da Fornalha. A equipa estimou quantas dessas fontes provavelmente pertencem a galáxias do enxame e quantas são fontes muito mais distantes que não pertencem ao aglomerado. Isto deixou-os com cerca de 180 fontes localizadas bem para lá das principais regiões estelares das galáxias do enxame.

“Embora estejamos muito animados com o que descobrimos, os nossos dados sugerem que podem haver muitos mais destes binários expulsos demasiado fracos para serem vistos nos dados do Chandra,” explicou o co-autor Zhiyuan Li, também da Universidade de Nanjing. “Vamos precisar de mais observações do Chandra para detectar essa população de fontes mais fracas.”

O artigo que descreve estes resultados foi publicado na edição de 1 de maio de 2019 da revista The Astrophysical Journal e pode ser consultado online.

Astronomia On-line
31 de Maio de 2019

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

CIÊNCIA

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Mil milhões: o número de estrelas da Via Láctea

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

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

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

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

ZAP //

Por ZAP
27 Maio, 2019


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

Goddard NASA

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

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

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

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

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

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

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

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

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

ZAP //

Por ZAP
10 Maio, 2019

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1937: LIGO e Virgo detectam novas colisões

Impressão de artista da colisão de duas estrelas de neutrões.
Crédito: NASA/Swift/Dana Berry

No dia 25 de Abril de 2019, o LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) da NSF (National Science Foundation) e o detector europeu Virgo registaram ondas gravitacionais do que parece ser um choque entre duas estrelas de neutrões – os remanescentes densos de estrelas massivas que tinham explodido anteriormente. Um dia mais tarde, 26 de Abril, a rede LIGO-Virgo identificou outra fonte candidata com uma reviravolta potencialmente interessante: pode, de facto, ter resultado da colisão entre uma estrela de neutrões e um buraco negro, um evento nunca antes visto.

“O Universo está a dizer-nos para ficarmos atentos,” diz Patrick Brady, porta-voz da Colaboração Científica LIGO e professor de física na Universidade de Wisconsin-Milwaukee. “Estamos especialmente curiosos sobre o candidato de dia 26 de Abril. Infelizmente, o sinal é bastante fraco. É como ouvir alguém a sussurrar uma palavra num café movimentado; pode ser difícil distinguir a palavra ou até mesmo ter certeza se, de facto, sussurrou. Vai levar algum tempo para chegar a uma conclusão sobre este candidato.”

“O LIGO da NSF, em colaboração com o Virgo, abriu o Universo para futuras gerações de cientistas,” diz France Córdova, directora da NSF. “Uma vez mais, testemunhámos o notável fenómeno de uma fusão de estrelas de neutrões, seguida de perto por outra possível fusão de estrelas colapsadas. Com estas novos achados, vemos as colaborações LIGO-Virgo a atingir o seu potencial de produzir regularmente descobertas que antes eram impossíveis. Os dados dessas descobertas, e de outras que certamente se seguirão, vão ajudar a comunidade científica a revolucionar a nossa compreensão do Universo invisível.”

As descobertas vêm apenas algumas semanas depois do LIGO e do Virgo terem voltado às operações. Os detectores gémeos do LIGO – um em Washington e outro no estado norte-americano do Louisiana -, juntamente com o Virgo, localizado no EGO (European Gravitational Observatory) na Itália, retomaram as operações no 1 de Abril, depois de passarem por uma série de actualizações a fim de aumentar as suas sensibilidades às ondas gravitacionais – ondulações no espaço e no tempo. Cada detector agora examina volumes maiores do Universo do que antes, procurando eventos extremos como colisões gigantescas entre buracos negros e estrelas de neutrões.

“A união de forças humanas e instrumentos com as colaborações LIGO e Virgo foi, mais uma vez, a receita para um mês científico incomparável, e a actual campanha de observação incluirá mais 11 meses,” diz Giovanni Prodi, coordenador de análise de dados do Virgo, da Universidade de Trento e do INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare) na Itália. “O detector Virgo trabalha com a maior estabilidade, cobrindo o céu 90% do tempo com dados úteis. Isso ajuda-nos a apontar para as fontes, quando a rede está em pleno funcionamento e às vezes quando apenas um dos detectores LIGO está a operar. Temos muito trabalho de investigação inovadora pela frente.”

Além dos dois novos candidatos que envolvem estrelas de neutrões, a rede LIGO-Virgo, nesta última rodada, detectou três prováveis fusões de buracos negros. No total, a rede detectou, desde que fez história com a primeira detecção directa de ondas gravitacionais em 2015, evidências de duas fusões de estrelas de neutrões, 13 fusões de buracos negros e uma possível fusão entre uma estrela de neutrões e um buraco negro.

Quando dois buracos negro colidem, distorcem o tecido do espaço e do tempo, produzindo ondas gravitacionais. Quando duas estrelas de neutrões colidem, não só libertam ondas gravitacionais, mas também luz. Isto significa que os telescópios sensíveis às ondas de luz, em todo o espectro electromagnético, podem testemunhar estes poderosos impactos juntamente com o LIGO e com o Virgo. Um desses eventos ocorreu em Agosto de 2017: O LIGO e o Virgo inicialmente identificaram uma fusão de estrelas de neutrões em ondas gravitacionais e, nos dias e meses que se seguiram, cerca de 70 telescópios no solo e no espaço testemunharam o rescaldo explosivo em ondas de luz, desde raios-gama, a luz visível, a ondas de rádio.

No caso das duas candidatas recentes a estrelas de neutrões, os telescópios de todo o mundo correram mais uma vez para rastrear as fontes e captar a luz que se espera que surja dessas fusões. Centenas de astrónomos avidamente apontaram telescópios para zonas do céu suspeitas de abrigar as fontes do sinal. No entanto, desta vez, nenhuma das fontes foi identificada.

“A busca por contrapartes explosivas do sinal de ondas gravitacionais é complexa devido à quantidade de céu que tem que ser estudado e devido às rápidas mudanças esperadas no brilho,” diz Brady. “O número de fusões de estrelas de neutrões, encontradas com o LIGO e com o Virgo, trará mais oportunidades para procurar as explosões ao longo do próximo ano.”

Estima-se que a fusão de estrelas de neutrões de dia 25 de Abril, denominada S190425z, tenha ocorrido a cerca de 500 milhões de anos-luz da Terra. Apenas uma das instalações gémeas do LIGO detectou o seu sinal juntamente com o Virgo (o LIGO em Livingston testemunhou o evento, mas o LIGO de Hanford estava offline). Como apenas dois dos três detectores registaram o sinal, as estimativas da localização no céu a partir do qual teve origem não são precisas, fazendo com que os astrónomos tivessem que rastrear quase um-quarto do céu em busca da fonte.

Estima-se que a possível colisão entre uma estrela de neutrões e um buraco negro, de dia 26 de Abril (referida como S190426c), tenha tido lugar a cerca de 1,2 mil milhões de anos-luz de distância. Foi visto pelas três instalações do LIGO-Virgo, que ajudaram a restringir melhor a sua posição para regiões que cobrem mais ou menos 1100 quadrados, ou cerca de 3% do total do céu.

“A mais recente campanha de observação do LIGO-Virgo está a provar ser a mais excitante até agora,” diz David H. Reitze, do Caltech, director executivo do LIGO. “Já estamos a ver indícios da primeira observação de um buraco negro a engolir uma estrela de neutrões. Se se confirmar, será uma aposta ganha para o LIGO e Virgo – em três anos, teremos observado todos os tipos de colisões para buracos negros e estrelas de neutrões. Mas nós aprendemos que afirmações de detecções requerem uma quantidade enorme de trabalho meticuloso – verificação e reverificação -, de modo que vamos ver onde os dados nos levam.”

Astronomia On-line
7 de Maio de 2019

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1934: Cataclismo cósmico na vizinhança do Sistema Solar pode ter brindado a Terra com metais preciosos

NASA Goddard

Uma nova investigação, levada a a cabo por cientistas norte-americanos, sugere que uma violenta colisão entre duas estrelas de neutrões há 4,6 milhões de anos brindou a Terra com metais preciosos. O novo estudo pode abrir portas para melhor compreender a formação e composição do Sistema Solar.

De acordo com a publicação, cujos resultados foram na passada semana publicados na revista científica especializada Nature, este evento cósmico único, que ocorreu na vizinhança do Sistema Solar, deu origem a 0,3% dos elementos mais pesados da Terra, que incluem outro, platina e urânio.

“Os resultados significam que cada um de nós encontrou o valor de uma pestana destes elementos, principalmente na forma de iodo, que é essencial para a vida”, explicou o astrofísico Imre Bartos, da Universidade da Florida, nos Estados Unidos, que liderou o estudo em parceria com o especialista Szabolcs Marka, da Universidade de Columbia.

“Um anel de casamento, que expressa uma conexão humana profunda, é também uma conexão com o nosso passado cósmico ainda antes da Humanidade e da formação da Terra, com cerca de 10 miligramas daqueles que, provavelmente, se formaram há 4,6 mil milhões de anos”, acrescentou o cientista, citado em comunicado.

Bartos frisou que os “meteoritos formados no início do Sistema Solar carregam traços de isótopos radioactivos” e, por isso, completou Marka, são importantes para rastrear o momento em que foram criados, uma vez que “à medida que estes isótopos se vão partindo, agem como relógios” que podem apontar para o momento da sua génese.

Para chegar a esta conclusão, Bartos e Marka compararam a composição dos meteoritos com as simulações numéricas da Via Láctea. Os astrofísicos descobriram que uma única colisão de estrelas de neutrões poderia ter ocorrido 100 milhões de anos antes da formação da Terra, na vizinhança do Sistema Solar, a cerca de 1.000 anos-luz da nuvem de gás que eventualmente formou o Sistema Solar.

A Via Láctea tem um diâmetro de 100.000 anos luz – 100 vezes a distância deste evento cósmico que ocorreu no berço da Terra. “Se um evento semelhante ocorresse hoje em dia a uma distância semelhante do Sistema Solar, a radiação resultante poderia eclipsar todo o céu nocturno”, referiu Marka, ilustrando a dimensão do evento cósmico.

Os astrofísicos acreditam que a sua investigação traz novas e importantes formações sobre um fenómeno singular e importante para a história da Humanidade. “[A investigação] lança luz sobre os processos envolvidos na origem e composição do nosso Sistema Solar e irá um novo tipo de investigação em várias disciplinas, como Química, Biologia e Geologia, para resolver o quebra-cabeça cósmico”, rematou Bartos.

Apesar de a investigação fornecer novas evidências sobre o berço da Terra, ficam ainda por responder várias questões antigas. “Os nosso resultados abordam a procura fundamental da Humanidade: de onde viemos e para onde vamos? É muito difícil descrever as tremendas emoções que sentimos quando percebemos o que tínhamos encontrado e o que significa para o futuro enquanto continuámos a procurar uma explicação para o nosso lugar no Universo”, completou Marka.

Pensar num evento cósmico catastrófico como a origem de uma aliança de casamento pode parecer estranho, mas estes elementos pesados – onde se incluem, para além do ouro, o plutónio e outros elementos mais pesados do que o ferro – só podem ser fruto de um evento extremo do Cosmos.

Tal como explica o portal Live Sicence, estes elementos pesados são resultado de um processo de captura rápida de neutrões – também conhecido como processo r -, no qual um núcleo atómico aglomera-se rapidamente num grupo de neutrões livres antes que o seu núcleo tenha tempo decair radio-activamente.

O fenómeno pode ocorrer durante dois tipos de eventos: explosões de super-novas ou colisão entre estrelas de neutrões. Apesar de os “pais” dos metais preciosos estarem há anos identificados, os cientistas continuam a dividir-se sobre qual dos dois processos é o responsável pela produção de elementos pesados no Universo.

Para já, a culpa ficará solteira.

SA, ZAP //

Por SA
7 Maio, 2019

artigo relacionado: Livescience

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Fermi da NASA cronometra pulsar “bala de canhão” que acelera através do espaço

O remanescente de super-nova CTB 1 assemelha-se a uma bolha fantasmagórico nesta imagem, que combina novas observações a 1,5 gigahertz do VLA (Very Large Array) (laranja, perto do centro) com observações mais antigas do Levantamento Canadiano do Plano Galáctico com o DRAO (Dominion Radio Astrophysical Observatory) (1,42 gigahertz, magenta e amarelo; 408 megahertz, verde) e dados infravermelhos (azul). Os dados do VLA revelam claramente a cauda brilhante e reta do pulsar J0002+6216 e o borda curva da concha do remanescente. CTB 1 tem cerca de meio-grau, o tamanho aparente de uma Lua Cheia.
Crédito: composição por Jayanne English, Universidade de Manitoba, usando dados de NRAO/F. Schinzel et al., DRAO/Levantamento Canadiano do Plano Galáctico e NASA/IRAS

Os astrónomos encontraram um pulsar que viaja pelo espaço a quase 4 milhões de quilómetros por hora – tão rápido que poderia percorrer a distância entre a Terra e a Lua em apenas seis minutos. A descoberta foi feita usando o Telescópio Espacial de Raios-Gama Fermi da NASA e o VLA (Karl G. Jansky Very Large Array) da NSF (National Science Foundation).

Os pulsares são estrelas de neutrões super-densas e de rápida rotação deixadas para trás quando uma estrela massiva explode. Esta, de nome PSR J0002+6216 (J0002, abreviado), ostenta uma cauda de emissão de rádio que aponta directamente para os destroços em expansão de uma recente explosão de super-nova.

“Graças à sua cauda estreita, parecida com um dardo, e a um ângulo de visão fortuito, podemos traçar esse pulsar de volta ao seu local de nascimento,” disse Frank Schinzel, cientista do NRAO (National Radio Astronomy Observatory) em Socorro, no estado norte-americano do Novo México. “Um estudo mais aprofundado deste objeto vai ajudar-nos a entender melhor como essas explosões são capazes de ‘pontapear’ as estrelas de neutrões a uma velocidade tão alta.”

Schinzel, juntamente com os seus colegas Matthew Kerr no Laboratório de Pesquisa Naval dos EUA em Washington, e Dale Frail, Urvashi Rau e Sanjay Bhatnagar do NRAO, apresentaram os seus achados na reunião da Divisão de Astrofísica de Alta Energia da Sociedade Astronómica Americana em Monterey, Califórnia. O artigo que descreve os resultados da equipa foi submetido para publicação numa edição futura da revista The Astrophysical Journal Letters.

O pulsar J0002 foi descoberto em 2017 por um projecto de cientistas cidadãos chamado Einstein@Home, que usa o tempo nos computadores de voluntários para processar dados de raios-Gama do Fermi. Graças ao tempo de processamento, colectivamente superior a 10.000 anos, o projecto identificou até à data 23 pulsares de raios-gama.

Localizado a mais ou menos 6500 anos-luz de distância na direcção da constelação de Cassiopeia, J0002 gira 8,7 vezes por segundo, produzindo um pulso de raios-gama a cada rotação.

O pulsar fica a cerca de 53 anos-luz do centro de um remanescente de super-nova chamado CTB 1. O seu movimento rápido através do gás interestelar resulta em ondas de choque que produzem a cauda de energia magnética e partículas aceleradas detectadas no rádio com o VLA. A cauda estende-se por 13 anos-luz e aponta claramente para o centro de CTB 1.

Usando dados do Fermi e uma técnica chamada tempo do pulsar, a equipa foi capaz de medir com que rapidez e em que direcção o pulsar se move ao longo da nossa linha de visão.

“Quanto maior o nosso conjunto de dados, mais poderosa é a técnica de tempo do pulsar,” explicou Kerr. “O lindo conjunto de dados de dez anos do Fermi é essencialmente o que tornou possível esta medição.”

O resultado apoia a ideia de que o pulsar foi expulso a alta velocidade pela super-nova responsável por CTB 1, que ocorreu há aproximadamente 10.000 anos.

J0002 está a acelerar pelo espaço cinco vezes mais depressa do que o pulsar médio e mais depressa do que 99% daqueles com velocidades medidas. Eventualmente acabará por escapar da nossa Galáxia.

Inicialmente, os destroços em expansão da super-nova teriam sido movidos para fora mais depressa do que J0002, mas ao longo de milhares de anos a interacção da concha com o gás interestelar produziu um arrasto que gradualmente diminui este movimento. Entretanto, o pulsar, comportando-se mais como uma bala de canhão, atravessou o remanescente, escapando cerca de 5000 anos após a explosão.

Exactamente como o pulsar foi acelerado a uma velocidade tão alta durante a explosão de super-nova, ainda não está claro, e um estudo mais aprofundado de J0002 ajudará a esclarecer o processo. Um mecanismo possível envolve instabilidades na estrela em colapso, formando uma região de matéria lenta e densa que sobrevive o tempo suficiente para servir como “rebocador gravitacional”, acelerando a estrela de neutrões nascente na sua direcção.

A equipa planeia observações adicionais usando o VLA, o VLBA (Very Long Baseline Array) da NSF e o Observatório de raios-X Chandra da NASA.

Astronomia On-line
22 de Março de 2019

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1470: Cientistas podem ter visto o nascimento de um buraco negro pela primeira vez

Investigadores da Universidade de Northwestern dizem ter assistido pela primeira vez, em Junho do ano passado, a um fenómeno que pode ajudar a explicar como surgem os buracos negros.

© NASA/JPL-Caltech/Handout via REUTERS

Pela primeira vez os cientistas podem ter assistido ao nascimento de um buraco negro. De acordo com o The Independent, que cita os investigadores da Universidade Northwestern (EUA), um misterioso objecto brilhante que iluminou o céu poderá ter sido o nascimento de um buraco negro ou de uma estrela de neutrões (partícula que constitui o núcleo do átomo).

Este brilho – a 200 milhões de anos-luz de distância da Terra – pode ter sido uma estrela a girar em redor de um buraco negro. Os cientistas ficaram surpreendidos com esta descoberta que aconteceu em Junho do ano passado e apelidaram o que viram como “The Cow”.

Este tipo de evento nunca tinha sido identificado e os responsáveis por este trabalho apoiado pela NASA esperam poder agora analisar o que sucedeu para entender a forma como os buracos negros são formados.

“Achamos que ‘The Cow’ é a formação de um buraco negro ou estrela de neutrões”, adiantou ao diário inglês Raffaella Margutti, da Universidade Northwestern, que liderou a pesquisa. “Sabemos, por teoria, que buracos negros e estrelas de neutrões se formam quando uma estrela morre, mas nunca os vimos logo depois de nascerem. Nunca”, frisou.

“Inicialmente pensámos que seria uma super-nova”, acrescentou Margutti. “Mas o que observámos desafiou as nossas noções actuais de morte estelar”, acrescentou. De acordo com a equipa, o que viram foi uma situação anormal em relação ao comportamento dos outros tipos de estrelas. A explosão terá sido 100 vezes mais brilhante que uma super-nova normal e desapareceu rapidamente – ao fim de 16 dias.

“Soubemos imediatamente que essa fonte passou de inactiva para a luminosidade máxima em apenas alguns dias”, frisou a líder da investigação. “Isso foi o suficiente para nos deixar animados porque era muito pouco comum e, pelos padrões astronómicos, estava muito perto”, recordou.

Durante o período em que conseguiram analisar o que se passava os cientistas usaram raios-X, ondas de rádio e outros instrumentos, que lhes permitiu estudar o que estava a acontecer muito depois de escurecer.

Por norma, os buracos negros recém-formados estão cobertos de material, que escondem o centro. Mas “The Cow” estava relativamente nu, permitindo que se olhasse directamente para o “motor central” e se visse o buraco negro em si.

Diário de Notícias
Carlos Ferro
11 Janeiro 2019 — 10:25

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1188: KES 75: O MAIS JOVEM PULSAR DA VIA LÁCTEA EXPÕE SEGREDOS DE MORTE ESTELAR

Esta composição de Kes 75, o mais jovem pulsar conhecido da Via Láctea, inclui dados do Chandra e do SDSS. A região azul representa raios-X altamente energéticos em redor do pulsar, mostrando uma área chamada nebulosa de vento pulsar, e a região roxa mostra raios-X menos energéticos, emitidos pelos detritos deixados para trás pela explosão de super-nova original.
Crédito: NASA/CXC/NCSU/S. Reynolds; óptico: PanSTARRS

Cientistas confirmaram a identidade do mais jovem pulsar na Via Láctea usando dados do Observatório de raios-X Chandra da NASA. Este resultado pode fornecer aos astrónomos novas informações sobre como algumas estrelas terminam as suas vidas.

Após algumas estrelas massivas ficarem sem combustível, entram em colapso e explodem como super-novas, deixando para trás “pepitas” estelares densas chamadas estrelas de neutrões. As estrelas de neutrões com uma rápida rotação e altamente magnetizadas produzem um feixe de radiação semelhante ao de um farol que os astrónomos detectaram como pulsos à medida que a rotação do pulsar “varre” o feixe através do céu.

Desde que Jocelyn Bell Burnell, Anthony Hewish e colegas descobriram os pulsares através da sua emissão de rádio na década de 1960, foram identificados mais de 2000 destes objectos exóticos. No entanto, permanecem muitos mistérios sobre os pulsares, incluindo a sua diversidade de comportamentos e a natureza das estrelas que os formam.

Novos dados do Chandra estão a ajudar a resolver algumas dessas questões. Uma equipa de astrónomos confirmou que o remanescente de super-nova Kes 75, localizado a cerca de 19.000 anos-luz da Terra, contém o mais jovem pulsar conhecido da Via Láctea.

A rápida rotação e o forte campo magnético do pulsar geraram um vento de matéria energética e partículas de antimatéria que fluem para longe do pulsar quase à velocidade da luz. Este vento pulsar criou uma grande bolha magnetizada de partículas altamente energéticas chamada nebulosa de vento pulsar, vista como a região azul que rodeia o pulsar.

Nesta composição de Kes 75, os raios-X de alta energia observados pelo Chandra são de cor azul e destacam a nebulosa de vento pulsar em redor do pulsar, enquanto os raios-X menos energéticos aparecem com tom roxo e mostram os detritos da explosão. Uma imagem óptica do SDSS (Sloan Digitized Sky Survey) revela estrelas no campo.

Os dados do Chandra obtidos em 2000, 2006, 2009 e 2016 mostram mudanças na nebulosa de vento pulsar com o passar do tempo. Entre 2000 e 2016, as observações do Chandra revelam que a orla externa da nebulosa de vento pulsar expande-se incrivelmente a 1 milhão de metros por segundo.

Esta alta velocidade pode ser devida à nebulosa de vento pulsar que se expande para um ambiente de densidade relativamente baixa. Especificamente, os astrónomos sugerem que está a expandir-se para uma bolha gasosa soprada por níquel radioactivo formado na explosão e expelido à medida que esta explodiu. Este níquel também alimentou a luz da super-nova, à medida que se decompôs em gás ferroso difuso que encheu a bolha. Se assim for, isto dá aos astrónomos uma visão do coração da explosão estelar e dos elementos que criou.

A taxa de expansão também diz aos astrónomos que Kes 75 explodiu há cerca de cinco séculos, a partir da perspectiva da Terra (o objecto está a cerca de 19.000 anos-luz de distância, mas os astrónomos referem-se a quando a sua luz terá chegado à Terra). Ao contrário de outros remanescentes de super-nova desta época, como Tycho e Kepler, não existem evidências conhecidas de registos históricos de qualquer observação da explosão que deu origem a Kes 75.

Porque é que Kes 75 não foi vista da Terra? As observações do Chandra, juntamente com observações anteriores por outros telescópios, indicam que a poeira e o gás interestelar que preenchem a nossa Galáxia são muito densas na direcção da estrela condenada. Este factor teria tornado a super-nova demasiado fraca para observar da Terra há vários séculos atrás.

O brilho da nebulosa de vento pulsar diminuiu 10% entre 2000 e 2016, concentrado principalmente na região norte, com uma diminuição de 30% num nó brilhante. As rápidas mudanças observadas na nebulosa de vento pulsar Kes 75, bem como a sua estrutura invulgar, apontam para a necessidade de modelos mais sofisticados da evolução das nebulosas de vento pulsar.

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

Astronomia On-line
23 de Outubro de 2018

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1086: Astrónomos descobrem estrela morta que não deveria existir

Na constelação Cassiopeia há uma estrela morta que não deveria existir. A estrela de neutrões, que acumula material de um companheiro binário muito maior, está a expelir jactos relativísticos.

A cerca de 24 mil anos-luz, na constelação de Cassiopeia, mora uma estrela de neutrões que não deveria existir, pelo menos tendo em conta o modelo actual. Esta estrela morta, que acumula material de um companheiro binário muito maior, está a expelir jactos relativísticos.

Esta estrela tem um campo magnético muito forte – característica muito incomum, dado que, até hoje, os jactos relativísticos só foram observados em estrelas de neutrões com campos magnéticos mil vezes mais fracos.

Uma estrela de neutrões é o ponto final de uma estrela massiva que, um dia, foi uma super-nova. A maior parte do material da estrela explode no espaço, enquanto o núcleo colapsa em si mesmo, tornando-se num objecto super-denso com tamanha gravidade. Se a massa for abaixo de três vezes a massa do Sol, torna-se uma estrela de neutrões com cerca de 10 a 20 quilómetros de diâmetro; caso contrário, torna-se um buraco negro.

Este colapso do núcleo tem um efeito no campo magnético da estrela de neutrões, isto é, faz com que o campo magnético da estrela aumente muito a sua força, tornando-se biliões de vezes maior do que o Sol; mas depois, gradualmente, enfraquece novamente durante centenas de milhares de anos, explicou o astrónomo James Miller-Jones, da Curtin University e do Centro Internacional de Investigação em Radioastronomia (ICRAR).

A estrela em causa é parte de um sistema binário chamado Swift J0243.6 + 6124, descoberto em Outubro de 2017 pelo Swift Observatory. Os jactos não são novidade, até porque são fluxos de radiação e partículas muito conhecidos no Universo. No entanto, realça o cientista, “o forte campo magnético da estrela de neutrões é uma excepção”.

“O espectro de rádio do Swift J0243 é o mesmo de jactos de outras fontes e evolui da mesma maneira”, disse Van den Eijnden. “Pela primeira vez, observamos um jacto de uma estrela de neutrões com um forte campo magnético.” As conclusões foram publicadas recentemente na revista Nature.

Aliás, não é um campo magnético forte qualquer: o campo magnético ao redor Swift J0243.6 + 6124 da estrela de neutrões é de 10 biliões de vezes mais forte do que o do Sol. Esta característica desmente a teoria do campo magnético sobre a supressão de jactos e apela a uma nova investigação em torno de como são produzidos e lançados os jactos.

Até agora, pensava-se que os jactos das estrelas de neutrões eram canalizados a partir do campo magnético na parte interna do disco de acreção. Mas se o campo magnético for muito forte, poderia impedir o disco de ficar perto o suficiente para serem desencadeados. Excepto se esta nova descoberta colocar tudo o que sabíamos até hoje no lixo.

“Não sabemos qual a explicação. Mas, independentemente disso, a nossa descoberta é um grande exemplo de como a ciência funciona, com teorias a serem desenvolvidas e constantemente revistas à luz de novos resultados experimentais”, conclui Van den Eijnden.

Por ZAP
29 Setembro, 2018

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1063: Astrónomos detectam pulsar até agora considerado impossível

NASA
A imagem de um pulsar captada por raio-x

Astrónomos detectaram um pulsar de rádio cujo período de rotação é de 23,5 segundos – um período tão longo que era considerado impossível até agora.

Detectado por um grupo de especialistas liderado por Chia Min Tan, do Centro de Astrofísica Jodrell Bank da Universidade de Manchester, o objecto PSR J0250+5854 encontra-se a 5200 anos-luz da Terra.

Segundo a investigação, publicada a 4 de Setembro na biblioteca online arXiv.org, este pulsar considerado impossível foi descoberto no âmbito do programa LOFAR Tied-Array All-Sky Survey – um programa que estuda pulsares de rádio no hemisfério norte.

Estes pulsares podem ser designados por fontes extraterrestres de radiação com uma periodicidade regular e são detectados na forma de pequenas explosões de emissão de ondas rádio.

Os pulsares de rádio são geralmente descritos como estrelas de neutrões altamente magnetizadas que giram rapidamente com um feixe de radiação que produz a emissão.

O pulsar encontrado tem a rotação mais lenta conhecida até hoje e a sua detecção foi feita em Julho de 2017, usando a rede de radiotelescópios LOwAR (ART), principalmente localizada na Holanda.

Para os astrónomos, encontrar pulsares com rotação superior a 5 segundos era uma missão considerada impossível. Contudo, esta descoberta demonstra que a realidade é muito diferente.

Com uma rotação de 23,5 segundos, a descoberta do PSR J0250+5854 expande significativamente a gama conhecida dos períodos da rotação de pulsares.

A equipa internacional de astrónomos também descobriu que este pulsar tem um campo magnético superficial de 26 triliões de gauss (densidade do fluxo magnético) e 13,7 milhões de anos.

Com os dados recolhidos, os investigadores também conseguiram indicar que o pulsar incomum tem uma configuração bipolar do campo magnético.

Por ZAP
23 Setembro, 2018

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1056: HUBBLE ENCONTRA CARACTERÍSTICAS NUNCA ANTES VISTAS EM REDOR DE ESTRELA DE NEUTRÕES

Uma invulgar emissão de radiação infravermelha, de uma estrela de neutrões próxima, detectada pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA, pode indicar novas características nunca antes vistas. Uma possibilidade é que existe um disco poeirento em redor da estrela de neutrões; outra, que existe um vento energético expelido do objecto que choca com gás no espaço interestelar através do qual a estrela de neutrões atravessa.

Embora as estrelas de neutrões sejam geralmente estudadas em emissões de rádio e de alta energia, como raios-X, este estudo demonstra que informações novas e interessantes sobre as estrelas de neutrões também podem ser obtidas através do seu estudo infravermelho.

A observação, por uma equipa de investigadores da Universidade Estatal da Pensilvânia, da Universidade Sabanci, Istambul, Turquia, e da Universidade do Arizona, pode ajudar os astrónomos a entender melhor a evolução das estrelas de neutrões – os remanescentes incrivelmente densos formados depois da explosão de uma estrela massiva como super-nova. As estrelas de neutrões também são chamadas pulsares porque a sua rotação muito rápida (normalmente fracções de segundo, neste caso 11 segundos) provoca emissão variável no tempo a partir das regiões emissores de luz.

O artigo que descreve a investigação e as duas possíveis explicações para o achado invulgar foi publicado na edição de 17 de Setembro de 2018 da revista The Astrophysical Journal.

“Esta estrela de neutrões em particular pertence a um grupo de sete pulsares de raios-X próximos – apelidados ‘Os Sete Magníficos’ – que são mais quentes do que deviam ser tendo em conta as suas idades e o reservatório de energia disponível fornecido pela perda de energia rotacional,” comenta Bettina Posselt, professora associada de astronomia e astrofísica na Universidade Estatal da Pensilvânia, autora principal do artigo. “Nós observámos uma extensa área de emissões infravermelhas em torno desta estrela de neutrões – de nome RX J0806.4-4123 – cujo tamanho total se traduz em aproximadamente 200 unidades astronómicas (1 unidade astronómica, ou UA, corresponde à distância média Terra-Sol, aproximadamente 150 milhões de quilómetros) à distância presumida do pulsar.”

Esta é a primeira estrela de neutrões em que um sinal estendido foi observado apenas no infravermelho. Os cientistas sugeriram duas possibilidades que podem explicar o sinal infravermelho prolongado visto pelo Hubble. A primeira é que existe um disco de material – possivelmente na sua maioria poeira – envolvendo o pulsar.

“Uma teoria é que poderá existir o que é conhecido como ‘disco de retorno’ de material que coalesceu em torno da estrela de neutrões após a super-nova,” explica Posselt. “Tal disco seria composto de matéria da estrela massiva progenitora. A sua interacção subsequente com a estrela de neutrões poderá ter aquecido o pulsar e diminuído a sua rotação. Se confirmado como um disco de retorno de super-nova, este resultado pode mudar a nossa compreensão geral da evolução das estrelas de neutrões.”

A segunda possível explicação para a emissão infravermelha estendida desta estrela de neutrões é uma “nebulosa de vento pulsar”.

“Uma nebulosa de vento pulsar exigiria que a estrela de neutrões exibisse um vento pulsar,” realça Posselt. “Um vento pulsar pode ser produzido quando as partículas são aceleradas no campo eléctrico produzido pela rápida rotação de uma estrela de neutrões com um forte campo magnético. À medida que a estrela de neutrões viaja pelo meio interestelar a velocidades maiores que a do som, forma-se um choque onde o meio interestelar e o vento pulsar interagem. As partículas chocadas emitiriam radiação de sincrotrão, provocando o sinal infravermelho estendido que vemos. Normalmente, as nebulosas de vento pulsar são observadas em raios-X e uma nebulosa de vento pulsar, somente infravermelha, seria muito invulgar e emocionante.”

Com o Telescópio Espacial James Webb da NASA, os astrónomos poderão explorar ainda mais esse espaço recém-aberto de descoberta no infravermelho, a fim de melhor compreender a evolução das estrelas de neutrões.

Astronomia On-line
21 de Setembro de 2018

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1031: Revelado segredo do “esparguete nuclear”, o material mais resistente do Universo

Casey Reed / Penn State University
O exótico “esparguete nuclear” encontrado no interior das estrelas de neutrões pode ser mais forte do que qualquer outra substância

Uma forma muito estranha de matéria encontrada em objectos ultra-densos, como estrelas de neutrões, parece ser um bom candidato a material mais forte do Universo. Segundo cálculos recentes, esta exótica “massa nuclear” é 10 mil milhões de vezes mais forte do que o aço.

Os cientistas já conheciam esta massa nuclear, uma substância rara que se acredita existir em estrelas mortas ultra-densas, as chamadas estrelas de neutrões. Mas segundo revela um estudo publicado o mês passado na Physical Review Letters, este exótico “esparguete nuclear” pode mesmo ser o material mais rígido do Universo.

Para ter uma ideia de quão densa é esta substância, os cientistas referem que para quebrar a massa nuclear é necessária uma força de 10 mil milhões de vezes maior do que a usada para romper o aço.

“Este é um número absurdamente alto, mas o material também é muito, muito denso, o que ajuda a torná-lo mais forte”, esclarece o co-autor do estudo, Charles Horowitz, da Universidade de Indiana, nos Estados Unidos, citado pela Science News.

Os cientistas acreditam que o “esparguete nuclear” é formada apenas dentro da crosta da estrela. Como algumas estruturas são achatadas e muito parecidas com folhas de lasanha e outras semelhantes a esparguete, esta estrutura ganhou o nome de “massa” nuclear.

A massa nuclear é, então, incrivelmente densa, cerca de 100 biliões de vezes a mais do que a água. Os investigadores envolvidos no estudo usaram simulações de computador para esticar as lâminas da massa nuclear e estudar a reacção do material.

Foram necessárias pressões extremamente altas para deformar esta substância. Além disso, a pressão necessária para a quebrar foi muito superior à usada para quebrar qualquer outro material conhecido.

Simulações anteriores revelaram a força da crosta externa de uma estrela de neutrões, mas a crosta interna, que abriga a tal massa nuclear, era um território completamente inexplorado até agora. “Agora podemos ver que a crosta interna é muito mais forte do que pensávamos”, concluíram os investigadores.

As estrelas de neutrões são formadas quando uma estrela moribunda explode, deixando um remanescente rico em neutrões comprimido a pressões extremas por forças gravitacionais poderosas, resultando em materiais com propriedades estranhas.

No futuro, os cientistas esperam contar com a ajuda do observatório de ondas gravitacionais com interferometria a laser LIGO para confirmar que as estrelas de neutrões têm materiais extremamente fortes nas suas crostas.

Menos de um mês passou desde que uma equipa de matemáticos do MIT conseguiu finalmente descobrir como partir um palito de esparguete em apenas dois pedaços, e já os astrofísicos descobriram uma forma de massa literalmente impossível de partir: o exótico esparguete cósmico das estrelas de neutrões.

ZAP // RT

Por ZAP
18 Setembro, 2018

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978: OBSERVAÇÕES RÁDIO CONFIRMAM JACTO VELOZ DE MATERIAL DE FUSÃO DE ESTRELAS DE NEUTRÕES

Rescaldo da fusão de duas estrelas de neutrões. Material ejectado da explosão original formou uma concha em redor do buraco negro formado a partir da colisão. Um jacto de material expelido de um disco em redor do buraco negro interagiu em primeiro lugar com o material ejectado para formar um “casulo” amplo. Mais tarde, o jacto conseguiu atravessar o casulo para emergir para o espaço interestelar, onde o seu movimento extremamente rápido se tornou aparente.
Crédito: Sophia Dagnello, NRAO/AUI/NSF

Medições precisas usando uma colecção continental de radiotelescópios da NSF (National Science Foundation) revelaram que um jacto estreito de partículas se movendo quase à velocidade da luz irrompeu no espaço interestelar depois que um par de estrelas de neutrões se fundiram numa galáxia a 130 milhões de anos-luz da Terra. A fusão, cujo sinal foi captado em Agosto de 2017, expulsou ondas gravitacionais pelo espaço. Foi o primeiro evento a ser detectado tanto por ondas gravitacionais como por ondas electromagnéticas, incluindo raios-gama, raios-X, luz visível e ondas de rádio.

O rescaldo da fusão, de nome GW170817, foi observado por telescópios espaciais e terrestres espalhados pelo globo. Os cientistas observaram as características das ondas recebidas a mudar com o tempo e usaram essas alterações como pistas para revelar a natureza dos fenómenos que se seguiram à fusão.

Uma questão que se destacou, mesmo meses após a fusão, era se o evento havia produzido ou não um jacto estreito e veloz de material que chegou ao espaço interestelar. É uma questão importante, porque esses jactos são necessários para produzir o tipo de explosões de raios-gama que os teóricos dizem ser provocadas pela fusão de pares de estrelas de neutrões.

A resposta surgiu quando os astrónomos usaram uma combinação do VLBA (Very Long Baseline Array) da NSF, do VLA (Karl G. Jansky Very Large Array) e do GBT (Robert C. Byrd Green Bank Telescope) e descobriram que uma região de emissão de rádio da fusão tinha-se movido e o movimento era tão rápido que apenas um jacto podia explicar a sua velocidade.

“Nós medimos um movimento aparente que é quatro vezes mais rápido do que a luz. Essa ilusão, chamada de movimento superluminal, resulta quando o jacto é apontado quase na direcção da Terra e o material no jacto aproxima-se da velocidade da luz,” comenta Kunal Mooly, do NRAO (National Radio Astronomy Observatory) e do Caltech.

Os astrónomos observaram o objecto 75 dias após a fusão e novamente 230 dias depois.

“Com base na nossa análise, este jacto é provavelmente muito estreito, no máximo com 5 graus de largura, e foi apontado a apenas 20 graus da direcção da Terra,” salienta Adam Deller, da Universidade de Tecnologia de Swinburne e anteriormente do NRAO. “Mas, para coincidir com as nossas observações, o material no jacto tem que ter sido expelido a mais de 97% da velocidade da luz,” acrescentou.

O cenário que surgiu é que a fusão inicial das duas estrelas de neutrões super-densas provocou uma explosão que impulsionou uma “concha” esférica de detritos para fora. As estrelas de neutrões colapsaram num buraco negro cuja poderosa gravidade começou a puxar o material na sua direcção. Esse material formou um disco com rotação rápida, que por sua vez gerou um par de jactos que se movem para fora dos seus pólos.

À medida que o evento se desenrolava, a questão alterou-se para determinar se os jactos irromperiam da “concha” de detritos da explosão original. Os dados das observações indicaram que um jacto tinha interagido com os detritos, formando um “casulo” amplo de material que se expandia para fora. Esse casulo expande-se mais lentamente do que um jacto.

“A nossa interpretação é que o casulo dominou a emissão rádio até cerca de 60 dias após a fusão, e que depois o jacto é que dominou a emissão,” comenta Ore Gottlieb, da Universidade de Tel Aviv, um dos principais teóricos do estudo.

“Tivemos a sorte de poder observar este evento, porque se o jacto tivesse sido apontado para muito mais longe da [perspectiva da] Terra, a emissão rádio teria sido demasiado fraca para a detectarmos,” observa Gregg Hallinan do Caltech.

Os cientistas afirmaram que a detecção de um jacto veloz em GW170817 fortalece bastante a ligação entre as fusões de estrelas de neutrões e as explosões de raios-gama de curta duração. Acrescentaram também que é necessário que os jactos apontem para relativamente perto da Terra para que a explosão de raios-gama seja detectada.

“O nosso estudo demonstra que a combinação de observações do VLBA, do VLA e do GBT é um método poderoso de estudar os jactos e a física associada com os eventos de ondas gravitacionais,” realça Mooley.

“O evento de fusão foi importante por várias razões, e continua a surpreender os astrónomos com mais informações,” observa Joe Pesce, director do programa da NSF para o NRAO. “Os jactos são fenómenos enigmáticos vistos em vários ambientes, e agora estas observações extraordinárias na faixa de rádio do espectro electromagnético estão a proporcionar uma visão fascinante sobre elas, ajudando-nos a entender como funcionam.”

Mooley e colegas relataram as suas descobertas na versão online da revista Nature de dia 5 de Setembro.

Astronomia On-line
7 de Setembro de 2018

(Foram corrigidos 42 erros ortográficos ao texto original)

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740: ATÉ ESTRELAS DE NEUTRÕES FENOMENALMENTE DENSAS CAEM COMO UMA PENA

Impressão de artista do sistema triplo PSR J0337+1715, localizado a mais ou menos 4200 anos-luz da Terra. Este sistema fornece um laboratório natural para testar teorias fundamentais da gravidade.
Crédito: NRAO/AUI/NSF; S. Dagnello

Aproveitando a extraordinária sensibilidade do GBT (Green Bank Telescope) da NSF (National Science Foundation), os astrónomos fizeram o teste mais rigoroso, até agora, de uma das previsões de Einstein sobre a gravidade. Ao rastrear precisamente as trajectórias de três estrelas num único sistema – duas estrelas anãs brancas e uma estrela de neutrões ultra-densa – os investigadores determinaram que até as estrelas de neutrões fenomenalmente compactas “caem” da mesma maneira que as suas homólogas menos densas, um aspecto da natureza chamado de “Princípio da Equivalência Forte” de Einstein.

A compreensão da gravidade de Einstein, conforme descrita na sua teoria geral da relatividade, prevê que todos os objectos caem à mesma proporção, independentemente da sua massa ou composição. Esta teoria passou teste após teste aqui na Terra, mas será que ainda é verdadeira para alguns dos objectos mais massivos e densos do Universo conhecido, um aspecto da natureza conhecido como o Princípio da Equivalência? Uma equipa internacional de astrónomos deu a esta persistente questão o seu teste mais rigoroso de todos os tempos. Os seus achados, publicados na revista Nature, mostram que o conhecimento de Einstein sobre a gravidade ainda prevalece, mesmo num dos cenários mais extremos que o Universo pode oferecer.

Retire todo o ar e um martelo e uma pena cairão à mesma velocidade – um conceito explorado por Galileu no final do século XVI e famosamente ilustrado na Lua pelo astronauta David Scott da Apollo 15.

Embora tivesse como base a física newtoniana, foi preciso a teoria da gravidade de Einstein para expressar como e porque é que isso acontece. As equações de Einstein passaram em todos os testes, desde cuidadosos estudos laboratoriais até observações de planetas no nosso Sistema Solar. Mas as alternativas à teoria geral da relatividade de Einstein prevêem que objectos compactos com gravidade extremamente forte, como as estrelas de neutrões, caem um pouco diferente dos objectos de menor massa. Essa diferença, prevêem as teorias alternativas, seria devido à energia de ligação gravitacional do objecto compacto – a energia gravitacional que o mantém unido.

Em 2011, o GBT da NSF descobriu um laboratório natural para testar esta teoria em condições extremas: um sistema estelar triplo chamado PSR J0337+1715, localizado a cerca de 4200 anos-luz da Terra. Este sistema contém uma estrela de neutrões numa órbita de 1,6 dias com uma estrela anã branca, e o par orbita outra anã branca mais distante a cada 327 dias.

“Este é um sistema estelar único,” afirma Ryan Lynch do GBT, no estado norte-americano da Virgínia Ocidental, co-autor do artigo. “Não sabemos de nenhum outro como ele. Isso torna-o num laboratório único para pôr à prova as teorias de Einstein.”

Desde a sua descoberta que o sistema triplo tem sido observado regularmente pelo GBT, pelo WSRT (Westerbork Synthesis Radio Telescope) nos Países Baixos e pelo Observatório de Arecibo da NSF em Porto Rico. O GBT passou mais de 400 horas a observar este sistema, obtendo dados e calculando como cada objecto se move em relação aos outros.

Como é que estes telescópios conseguiram estudar este sistema? Esta estrela de neutrões em particular é na verdade um pulsar. Muitos pulsares giram com uma consistência que rivaliza alguns dos relógios atómicos mais precisos da Terra. “Como um dos radiotelescópios mais sensíveis do mundo, o GBT está preparado para captar esses leves pulsos de ondas de rádio com o objectivo de estudar a física extrema,” acrescenta Lynch. A estrela de neutrões neste sistema pulsa (gira) 366 vezes por segundo.

“Podemos explicar cada pulso da estrela de neutrões desde que começámos as nossas observações,” explica Anne Archibald da Universidade de Amesterdão, do Instituto Holandês de Radioastronomia e autora principal do artigo. “Podemos determinar a sua posição até algumas centenas de metros. É uma determinação realmente precisa de onde a estrela de neutrões esteve e para onde está a ir.”

Se as alternativas à gravidade de Einstein estivessem corretas, então a estrela de neutrões e a anã branca interior cairiam de forma diferente em relação à anã branca exterior. “A anã branca interior não é tão massiva nem tão compacta quanto a estrela de neutrões e, portanto, tem menos energia de ligação gravitacional,” comenta Scott Ransom, astrónomos do NRAO (National Radio Astronomy) em Charlottesville, no estado norte-americano da Virgínia, co-autor do artigo.

Através de meticulosas observações e de cálculos cuidadosos, a equipa foi capaz de testar a gravidade do sistema usando apenas os pulsos da estrela de neutrões. Eles descobriram que qualquer diferença de aceleração entre a estrela de neutrões e a anã branca interior é pequena demais para ser detectada.

“Se houver uma diferença, não será mais do que três partes por milhão,” afirma a co-autora Nina Gusinskaia da Universidade de Amesterdão. Isto coloca severas restrições a quaisquer teorias alternativas à relatividade geral.

Este resultado é dez vezes mais preciso do que o melhor teste anterior da gravidade, tornando as evidências do Princípio da Equivalência Forte de Einstein muito mais fortes. “Estamos sempre à procura de melhores medições em novos locais, de modo que a nossa busca para aprender mais sobre novas fronteiras no Universo vai continuar,” conclui Ransom.

Astronomia On-line
6 de Julho de 2018

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688: As estrelas de neutrões podem ter uma “estranha matéria” que não cabe na tabela periódica

NASA
Duas estrelas de neutrões colidem num enorme big bang

Um grupo de físicos está a questionar a nossa compreensão sobre a forma como os quarks se organizam em condições extremas. A investigação visa revelar que os elementos para além do limite da tabela periódica podem ser bem mais estranhos do que pensávamos.  

Nas profundezas da tabela periódica existem “monstros” feitos de arranjos únicos de partículas subatómicas. Estes elementos não são maiores que o oganésson – o gigante da tabela periódica, que contém 118 protões e uma massa atómica um pouco inferior a 300.

Mas isso não significa que os protões e os neutrões não possam ser agrupados em aglomerados ainda maiores, permanecendo, ainda assim, relativamente estáveis por mais tempo que um piscar de olhos. Mas, para efeitos práticos, ainda ninguém os encontrou.

À medida que os cientistas especulam sobre quão longe as fronteiras da tabela periódica podem ir, vai ficando claro que os átomos ficam maiores. E, as regras que até aqui definiam os seus comportamentos mudam.

Num estudo recente, publicado em maio na revista Physical Review Letters, físicos da Universidade de Toronto, no Canadá, argumentam que as partículas que constituem os protões e os neutrões de um determinado átomo, em condições extremas, poderiam romper os seus laços  e, ainda assim, ter estabilidade suficiente para que o átomo permanecesse por perto.

Existem seis tipos de quarks classificados com nomes ímpares: up, down, strange, charm, bottom e top. Os protões contêm dois tipos de quarks, dois up e um down. Já os neutrões, por outro lado, são constituídos por dois quarks down e um up.

Os quarks não são limitados a estes arranjos de partículas. No entanto, é raro encontrar outras configurações que consigam manter-se estáveis por algum tempo.

Novas formas de energia

Há pouco mais de 30 anos, o físico Edward Witten propôs que os quarks fossem combinados em tripletos. Segundo o físico, estas combinações poderiam alcançar um certo equilíbrio se fossem submetidas a uma pressão suficiente, como a que existe dentro de uma estrela de neutrões.

Esta “estranha matéria quark, também conhecida por SQM, seria uma mistura de proporções semelhantes de quarks up, down e strange, combinados como um líquido de inúmeras partículas a vibrar num movimento rápido e continuado.

Tendo em conta que os quarks up e down se dão suficientemente bem para formar equipas dentro de protões e neutrões, a possibilidade de fazer matéria quark – sem que estranhos quarks misturassem coisas – foi sendo descartada.

De acordo com os físicos Bob Holdom, Jing Ren e Chen Zhang, fazer as somas reais destes quarks mostra que a matéria do quark up-down, ou udQM, pode não ser apenas possível, mas preferível.

Há décadas que os físicos procuram a SQM“, disseram os investigadores à Phys.org. “De acordo com os nosso resultados, várias pesquisas podem ter estado procurar no local errado”.

A equipa voltou ao básico e questionou o estado mais baixo de energia de um grande grupo de quarks. Os cientistas descobriram que o estado fundamental dos udQM pode realmente ser mais baixo que os SQM e que os tripletos dentro dos protões e neutrões.

Assim, se os grupos de quarks receberem um “empurrão” forte o suficiente, podem então forçar os quarks up e down a acumularem-se numa confusão líquida de energias, não precisando assim da ajuda de outros quarks estranhos.

As estrelas de neutrões poderiam dar o “empurrão” necessário, mas não é segredo nenhum que os corações dos átomos são lugares muito intensos no que respeita a forças. A equipa sugere também que os elementos com massa atómica superior a 300 possam também proporcionar as condições adequadas para forçar os quarks up e down a soltarem-se (e a festejar).

Criar estes elementos seria um desafio que implica encontrar uma forma de compilar os neutrões, de modo a torná-los em elementos super-massivos e com estabilidade suficiente. Mas, os estados mais baixos de energia dos udQM apontam caminhos para regiões estáveis além dos limites da tabela periódica.

É ainda difícil explicar exactamente como é que estes elementos pesados se parecem e comportam mas, é muito pouco provável que sigam as regras usuais.

Há ainda a hipótese dos elementos udQM dispararem através do universo na forma de raios cósmicos podendo, ser capturados na Terra. Ou, podem mesmo ser produzidos dentro de aceleradores de partículas.

“Conhecer melhor onde devemos procurar os udQM pode ajudar a alcançar uma ideia antiga: usar a matéria quark como nova fonte de energia“, afirmam os cientistas.

Gotículas estáveis de quarks não se comportariam da mesma forma que os habituais aglomerados de quarks, que encontramos em protões e neutrões. Com massas menores, poderia ser mais fácil controlá-los.

Reactores de matéria quark ainda soam a material de ficção científica mas, se esta pesquisa mostra algo, é que pode haver todo um novo campo de física aplicada no horizonte.

ZAP // Science Alert

Por ZAP
25 Junho, 2018

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613: EVENTO DE ONDAS GRAVITACIONAIS PROVAVELMENTE ASSINALOU A FORMAÇÃO DE UM BURACO NEGRO

Depois de duas estrelas separadamente explodirem como super-novas, dois núcleos ultra-densos (isto é, estrelas de neutrões) ficaram para trás. Estas duas estrelas de neutrões estavam tão perto uma da outra que a radiação de ondas gravitacionais puxou-as na direcção uma da outra até que se fundiram e colapsaram num buraco negro. A impressão de artista mostra uma parte fundamental do processo que formou este novo buraco negro, à medida que as duas estrelas de neutrões rodavam uma em torno da outra enquanto se fundiam. O material púrpura ilustra detritos da fusão.
Crédito: ilustração – CXC/M. Weiss; raios-X – NASA/CXC/Trinity University/D. Pooley et al.

A espectacular fusão de duas estrelas de neutrões que gerou ondas gravitacionais, anunciada no ano passado, provavelmente fez ainda outra coisa: deu azo a um buraco negro. Este buraco negro recém-formado será o buraco negro de menor massa já encontrado.

Um novo estudo analisou dados do Observatório de raios-X Chandra da NASA obtidos nos dias, semanas e meses após a detecção das ondas gravitacionais pelo LIGO (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory) e raios-gama pela missão Fermi da NASA no dia 17 de Agosto de 2017.

Embora quase todos os telescópios à disposição dos astrónomos profissionais tenham observado esta fonte, conhecida oficialmente como GW170817, os raios-X do Chandra são cruciais para entender o que aconteceu depois da colisão entre as duas estrelas de neutrões.

A partir dos dados do LIGO, os astrónomos têm uma boa estimativa de que a massa do objecto resultante da fusão das estrelas de neutrões ronda as 2,7 massas solares. Isto coloca-o numa “corda bamba” de identidade, implicando que ou é a estrela de neutrões mais massiva alguma vez encontrada ou o buraco negro de massa mais baixa já descoberto. Os detentores anteriores do recorde para esta última categoria astronómica não têm menos que quatro ou cinco vezes a massa do Sol.

“Embora as estrelas de neutrões e os buracos negros sejam misteriosos, nós estudámos muitos por todo o Universo usando telescópios como o Chandra,” afirma Dave Pooley da Trinity University em San Antonio, no estado norte-americano do Texas, que liderou o estudo. “Isso significa que temos dados e teorias sobre o comportamento de tais objectos na gama dos raios-X.”

As observações do Chandra são reveladoras, não apenas pelo que mostraram, mas também pelo que não mostraram. Se o resultado da fusão das duas estrelas de neutrões fosse uma estrela de neutrões mais massiva, então os astrónomos esperariam que girasse rapidamente e produzisse um campo magnético muito forte. Isto, por sua vez, teria formado uma bolha de partículas altamente energéticas que resultaria numa emissão de raios-X brilhantes. Em vez disso, os dados do Chandra mostram níveis de raios-X que são várias magnitudes mais fracos do que o esperado para uma estrela de neutrões e para uma bolha associada de partículas de alta energia, sugerindo ao invés a formação de um buraco negro.

Se confirmado, este resultado mostra que uma receita para produzir um buraco negro às vezes pode ser complicada. No caso de GW170817, seriam necessárias duas explosões de super-nova para deixar para trás duas estrelas de neutrões numa órbita suficientemente íntima para a radiação de ondas gravitacionais unir as estrelas de neutrões.

“Podemos ter respondido a uma das perguntas mais básicas sobre este evento deslumbrante: o que é que produziu?” comenta o co-autor Pawan Kumar da Universidade do Texas em Austin. “Há muito tempo que os astrónomos suspeitam que as fusões de estrelas de neutrões formariam um buraco negro e produziriam pulsos de radiação, mas não possuíamos até agora evidências fortes.”

Uma observação do Chandra, dois a três dias após o evento, não conseguiu detectar uma fonte, mas observações subsequentes 9, 15 e 16 dias após o evento, resultaram em detecções. A fonte deslizou pouco tempo depois para trás do Sol, mas cerca de 110 dias após o evento o Chandra ainda continuou a observar um aumento de brilho, seguido por uma intensidade comparável em raios-X cerca de 160 dias depois.

Ao comparar as observações do Chandra com aquelas do VLA (Karl G. Jansky Very Large Array), Pooley e colaboradores explicam a emissão de raios-X observada como devida inteiramente à onda de choque – semelhante a um boom sónico de um avião supersónico – da fusão que esmagou o gás circundante. Não existem sinais de raios-X resultantes de uma estrela de neutrões.

A conclusão da equipa de Pooley pode ser testada por observações futuras em raios-X e no rádio. Se o remanescente for uma estrela de neutrões com um campo magnético forte, então a fonte deve ficar muito mais brilhante em raios-X e no rádio daqui a aproximadamente dois anos, quando a bolha de partículas altamente energéticas alcançar a onda de choque em desaceleração. Se for realmente um buraco negro, os astrónomos esperam que continue a ficar mais fraca do que o observado recentemente, à medida que a onda de choque enfraquece.

“GW170817 é um evento astronómico que continua a fornecer surpresas,” comenta J. Craig Wheeler, co-autor do estudo, também da Universidade do Texas. “Estamos a aprender muito sobre a astrofísica dos objectos mais densos conhecidos, somente com este único evento.”

Se as observações subsequentes descobrirem uma estrela de neutrões muito massiva, tal descoberta desafiará as teorias da estrutura das estrelas de neutrões e quão massivas podem ficar.

“No início da minha carreira, os astrónomos só podiam observar estrelas de neutrões e buracos negros na nossa própria Galáxia, e agora estamos a observar estes objectos exóticos em todo o cosmos,” comenta o co-autor Bruce Gossan da Universidade da Califórnia em Berkeley. “Que momento emocionante para estar vivo, para ver instrumentos como o LIGO e o Chandra a mostrarem tantas coisas excitantes que a natureza tem para oferecer.”

O artigo que descreve este resultado aparece na última edição da revista The Astrophysical Journal Letters e está disponível online.

Astronomia On-line
5 de Junho de 2018

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599: INVESTIGADORES DESCOBREM UMA DAS MAIS MASSIVAS ESTRELAS DE NEUTRÕES

O massivo sistema binário PSR J2215+5135, ilustrado na figura, aquece a face irradiada da sua estrela companheira.
Crédito: G. Pérez-Díaz/IAC

Usando um método pioneiro, investigadores do Grupo de Astronomia e Astrofísica da Universidade Politécnica da Catalunha e do Instituto de Astrofísica das Ilhas Canárias encontraram uma estrela de neutrões com aproximadamente 2,3 massas solares – uma das mais massivas já detectadas. O estudo foi publicado na edição de 23 de Maio da revista The Astrophysical Journal e abre um novo caminho de conhecimento em muitos campos da astrofísica e da física nuclear.

As estrelas de neutrões (frequentemente chamadas pulsares) são remanescentes estelares que atingiram o final da sua vida evolutiva: resultam da morte de uma estrela com 10 a 30 vezes a massa do Sol. Apesar do seu pequeno tamanho (cerca de 20 km em diâmetro), as estrelas de neutrões têm mais massa do que o Sol, por isso são extremamente densas.

Investigadores da Universidade Politécnica da Catalunha e do Instituto de Astrofísica das Ilhas Canárias usaram um método inovador para medir a massa de uma das mais pesadas estrelas de neutrões conhecidas até ao momento. Descoberta em 2011 e com o nome PSR J2215+5135, tem mais ou menos 2,3 massas solares e é uma das mais massivas das mais de 2000 estrelas de neutrões conhecidas até à data. Embora um estudo publicado em 2011 tenha relatado evidências de uma estrela de neutrões com 2,4 massas solares, as estrelas de neutrões mais massivas que anteriormente haviam alcançado um consenso entre os cientistas, relatadas em 2010 e 2013, têm duas vezes a massa do Sol.

O estudo foi liderado por Manuel Linares, investigador Marie-Curie do Grupo de Astronomia e Astrofísica, ligado ao Departamento de Física da Universidade Politécnica da Catalunha, em colaboração com os astrónomos Tariq Shahbaz e Jorge Casares do Instituto de Astrofísica da Ilhas Canárias. Os cientistas usaram dados obtidos pelo GTC (Gran Telescopio Canarias), o maior telescópio óptico e infravermelho do mundo, o WHT (William Herschel Telescope), o ING (Isaac Newton Telescope Group) e o telescópio IAC-80, em combinação com modelos dinâmicos de estrelas binárias com irradiação. O artigo que relata os resultados foi publicado na revista The Astrophysical Journal.

Um método de medição pioneiro

A equipa desenvolveu um método mais preciso do que os usados até agora para medir a massa de estrelas de neutrões em binários compactos. PSR J2215+5135 faz parte de um sistema binário, no qual duas estrelas orbitam em torno de um centro de massa comum: uma estrela “normal” (como o Sol) “acompanha” a estrela de neutrões. A estrela secundária ou companheira é fortemente irradiada pela estrela de neutrões.

Quanto mais massiva é a estrela de neutrões, mais rápida a estrela companheira se move na sua órbita. O novo método utiliza linhas espectrais de hidrogénio e magnésio para medir a velocidade com que a estrela companheira se move. Isso permitiu que a equipa liderada por Manuel Linares medisse, pela primeira vez, a velocidade de ambos os lados da estrela companheira (o lado irradiado e o lado sombreado) e mostrasse que a estrela de neutrões pode ter mais do dobro da massa do Sol.

Este novo método também pode ser aplicado ao resto desta crescente população de estrelas de neutrões: ao longo dos últimos 10 anos, o telescópio de raios-gama Fermi-LAT da NASA revelou dúzias de pulsares parecidos com PSR J2215+5135. Em princípio, o método também pode ser usado para medir a massa de buracos negros e anãs brancas (remanescentes de estrelas que morrem com mais de 30 ou menos de 10 massas solares, respectivamente) quando localizados em sistemas binários similares nos quais a irradiação é importante.

Mais denso que um núcleo atómico

Ser capaz de determinar a massa máxima de uma estrela de neutrões tem consequências muito importantes para bastantes campos da astrofísica, bem como para a física nuclear. As interacções entre os nucleões (os neutrões e protões que compõem o núcleo de um átomo) a altas densidades são dos maiores mistérios da física actual. As estrelas de neutrões são um laboratório natural para estudar os estados de matéria mais densos e exóticos que podem ser imaginados.

Os resultados do projecto também sugerem que, para suportar a massa de 2,3 sóis, a repulsão entre as partículas no núcleo da estrela de neutrões deve ser suficientemente forte. Isto indicaria que é improvável que encontremos quarks livres ou outras formas exóticas de matéria no centro da estrela de neutrões.

Astronomia On-line
1 de Junho de 2018

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585: E0102-72.3: ASTRÓNOMOS AVISTAM UMA ESTRELA DE NEUTRÕES DISTANTE E SOLITÁRIA

A composite image of the supernova 1E0102.2-7219 contains X-rays from Chandra (blue and purple), visible light data from VLT’s MUSE instrument (bright red), and additional data from Hubble (dark red and green). A neutron star, the ultra dense core of a massive star that collapses and undergoes a supernova explosion, is found at its center.

Os astrónomos descobriram um tipo especial de estrela de neutrões pela primeira vez fora da Via Láctea, usando dados do Observatório de raios-X Chandra da NASA e do VLT (Very Large Telescope) do ESO no Chile.

As estrelas de neutrões são os núcleos ultra-densos de estrelas massivas que colapsam e explodem como supernovas. Esta estrela de neutrões recém-identificada é de uma variedade rara pois tem um campo magnético fraco e não tem uma companheira estelar.

A estrela de neutrões está localizada no remanescente de uma supernova – conhecida como 1E 0102.2-7219 (abreviada E0102) – na Pequena Nuvem de Magalhães, a 200.000 anos-luz da Terra.

A nova composição de E0102 permite que os astrónomos aprendam novos detalhes sobre este objecto que foi descoberto há mais de três décadas atrás. Nesta imagem, os raios-X do Chandra têm tons azuis e roxos, enquanto os dados ópticos do instrumento MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer) do VLT têm um tom vermelho brilhante. Os dados adicionais do Telescópio Espacial Hubble têm tons vermelhos escuros e verdes.

Remanescentes de supernova ricos em oxigénio, como E0102, são importantes para compreender como as estrelas massivas fundem os elementos mais leves nos mais pesados antes de explodirem. Vistos até alguns milhares de anos após a explosão original, os remanescentes ricos em oxigénio contêm os detritos expelidos do interior da estrela moribunda. Estes detritos (visíveis como a estrutura filamentar verde na imagem combinada) são observados hoje a passar pelo espaço depois de expulsos a milhões de quilómetros por hora.

As observações de E0102 pelo Chandra mostram que o remanescente de supernova é dominado por uma grande estrutura em forma de anel em raios-X, associada à onda de choque da supernova. Os novos dados MUSE revelaram um anel mais pequeno de gás (em vermelho brilhante) que está a expandir-se mais lentamente do que a onda de choque. No centro deste anel está uma fonte de raios-X semelhante a um ponto azul. Juntos, o pequeno anel e a fonte pontual agem como um alvo celeste.

Os dados combinados do Chandra e do MUSE sugerem que esta fonte é uma estrela de neutrões isolada, criada na explosão de supernova há cerca de dois milénios. A assinatura de energia de raios-X desta fonte, ou “espectro”, é muito semelhante à das estrelas de neutrões localizadas no centro de outros dois famosos remanescentes de supernova: Cassiopeia A (Cas A) e Puppis A. Estas duas estrelas de neutrões também não têm estrelas companheiras.

A ausência de evidências de emissão de rádio estendida ou de radiação de raios-X pulsada, tipicamente associadas com estrelas de neutrões altamente magnetizadas e de rotação veloz, indica que os astrónomos detectaram os raios-X da superfície quente de uma estrela de neutrões isolada com campos magnéticos fracos. Foram detectados, na Via Láctea, cerca de 10 objectos deste tipo, mas este é o primeiro detectado fora da nossa Galáxia.

Mas como é que esta estrela de neutrões acabou na sua posição actual, aparentemente deslocada do centro da chamada concha circular de emissão de raios-X produzida pela onda de choque da supernova? Uma possibilidade é que a explosão de supernova ocorreu perto do meio do remanescente, mas a estrela de neutrões foi expulsa do local por uma explosão assimétrica, a uma velocidade alta de aproximadamente 3,2 milhões de quilómetros por hora. No entanto, neste cenário, é difícil explicar por que a estrela de neutrões está hoje tão bem cercada pelo recém-descoberto anel de gás visto nos comprimentos de onda visíveis.

Outra explicação possível é que a estrela de neutrões está a mover-se lentamente e a sua posição actual é aproximadamente onde a explosão de supernova teve lugar. Neste caso, o material no anel óptico pode ter sido expelido ou durante a explosão de supernova, ou pela progenitora condenada até alguns milhares de anos antes.

Um desafio deste segundo cenário é que o local da explosão estaria localizado bem longe do centro do remanescente, conforme determinado pela emissão prolongada de raios-X. Isto implicaria um conjunto especial de circunstâncias para os arredores de E0102: por exemplo, uma cavidade esculpida pelos ventos da estrela progenitora antes da explosão de supernova e variações na densidade do gás e poeira interestelar em torno do remanescente.

As futuras observações de E0102 em comprimentos de onda de raios-X, ópticos e de rádio devem ajudar os astrónomos a resolver este novo e empolgante mistério apresentado pela solitária estrela de neutrões.

O artigo que descreve estes resultados foi publicado na edição de Abril da Nature Astronomy e está disponível online.

Astronomia On-line
25 de Maio de 2018

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575: Cientistas chineses descobrem possível origem dos misteriosos sinais extraterrestres

pelosbriseno / Flickr
Radiotelescópios do Observatório Very Large Array (VLA) no Novo México, EUA.

Cientistas chineses encontraram uma nova explicação para as misteriosas e rápidas rajadas de rádio. Os especialistas acreditam que os “sinais extraterrestres” são originados por um tipo específico de estrela de neutrões: as “estrelas estranhas”.

Em 2001, foi detectada a primeira rajada rápida de rádio (fast radio-burst, FRB, em inglês) por um radiotelescópio na Austrália e desde então foram registados dezenas de outros casos deste fenómeno. No entanto, estes potenciais “sinais extraterrestres” sempre foram um mistério para os cientistas.

Entre as possíveis razões para este fenómeno estão a fusão de estrelas de neutrões ou a transformação de pulsares pesados em buracos negros. Contudo, nem todos os especialistas aceitam estas hipóteses.

Agora, cientistas da Universidade de Nanquim, na China, acreditam que os “sinais extraterrestres” são originados por um tipo específico de estrela de neutrões – as “estrelas estranhas”. Estes corpos celestes têm no seu núcleo uma espécie de “sopa” de quarks, constituída por três tipos de partículas, conhecida como “matéria estranha“.

Segundo a teoria destes cientistas chineses, nas estrelas forma-se uma matéria de hadrão (constituída por neutrões) que é desalojada da estrela, formando assim uma crosta na sua superfície. À medida que o tempo vai passando, essa crosta fica cada vez mais pesada e, a dado momento, despedaça-se.

Uma estrela de quarks sem crosta torna-se, durante algum tempo, numa fonte de pares de electrões e positrões, gerando um campo electromagnético e fazendo com que os electrões e os positrões acelerem até velocidades próximas da velocidade da luz. Ao acelerarem, as partículas emitem uma radiação que é detectada como uma rajada de rádio.

Depois, a crosta regenera e o ciclo repete-se de novo. a formação da nova crosta de hadrões pode levar muito tempo, o que explica o facto de os casos de rajas rápidas de rádio serem raros.

O estudo, intitulado Fast Radio Bursts do colapso de Strange Star Crusts, foi publicado no The Astrophysical Journal.

ZAP // SputnikNews / RT

Por ZAP
23 Maio, 2018

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567: A pressão interna de um protão é maior do que a de uma estrela de neutrões

University of Warwick/Mark Garlick
Colisão de duas estrelas de neutrões

O protão é uma das partículas fundamentais da matéria. Por isso, os cientistas têm estudado esta partícula durante anos de forma a entender melhor as suas propriedades. Agora, uma tarefa que parecia impossível foi realizada pela primeira vez: os físicos conseguiram medir a pressão dentro de um protão, e o resultado é nada menos do que impressionante.

Ao disparar electrões de alta energia nos protões, os investigadores mediram o impulso e a tracção do trio de quarks dentro do protão, fornecendo informações valiosas sobre este que é um dos blocos de construção mais estáveis ​​do Universo.

Utilizando esta técnica inovadora, os físicos descobriram que a pressão que mantêm os quarks unidos dentro do protão é de 100 decilhões de Pascal. Este número absurdamente grande é um 1 seguido por 35 zeros.

Para se ter uma ideia de quão alta e intensa é esta pressão, os físicos dizem que é 10 vezes maior do que a que existe numa estrela de neutrões, onde a matéria é apertada o suficiente para espremer uma montanha num monte que caberia numa colher de chá.

“Encontramos uma pressão extremamente alta dirigida para o exterior a partir do centro do protão, e uma pressão muito menor e mais estendida para dentro, perto da periferia do protão”, explica Volker Burkert, co-autor do estudo.

Burkert diz que a distribuição de pressão dentro do protão é ditada pela força forte, a força que une os três quarks que formam um protão.

“Os nossos resultados também lançam luz sobre a distribuição da força forte dentro do protão”, disse. “Estamos a fornecer uma maneira de visualizar a magnitude e a distribuição da força forte dentro do protão. Isso abre uma direcção totalmente nova na física nuclear e de partículas que pode ser explorada no futuro”, anima-se.

A física Latifa Elouadrhiri, do Thomas Jefferson National Accelerator Facility, nos EUA, compara a nossa compreensão anterior da estrutura do protão com a do coração humano. Antes, ouvindo apenas a batida, só podíamos saber uma determinada quantidade de informações sobre o seu funcionamento.

“Temos a tecnologia médica de imagens em 3D que agora permite que os médicos aprendam mais de maneira não invasiva sobre a estrutura do coração”, disse Elouadrhiri à revista Nature. “E é isso que queremos fazer com a nova geração de experiências”.

Os físicos já sabem há algum tempo que os protãos são feitos de três quarks, dois positivos e um negativo, unidos por algo chamado força nuclear forte. Mas fora isso, a estrutura interna do protão tem sido um mistério. Os seus quarks claramente mantêm-se juntos, mas também tem que haver algum tipo de repulsão que os impeça de entrar em colapso em algum ponto.

Para medir o quão bem essas peças se juntam, os investigadores combinaram duas estruturas teóricas diferentes – uma delas considerada praticamente impossível de implementar directamente. A energia e o momentum das partes internas de um protão estão codificadas nos chamados factores de forma gravitacional.

A gravidade é uma força que geralmente não é levada em consideração na física de partículas, principalmente quando há forças muito mais fortes em acção. Mas dentro de um protão, um campo gravitacional pode ser afectado pela energia e pelo momentum de uma partícula.

Porém, isso apenas em teoria – pelo menos até agora. Um artigo de 1966 do físico norte-americano Heinz Pagels descreveu o processo e ao mesmo tempo descartou a sua aplicação prática graças à extrema fraqueza da gravidade.

O que Pagels não previu foi o desenvolvimento de uma estrutura teórica que ligasse comportamentos da força electromagnética a factores de forma gravitacionais. Por outras palavras, mais tarde foi descoberto que os electrões poderiam substituir uma sonda gravitacional.

“Essa é a beleza disso. Tem este mapa que acha que nunca conseguirá usar. Mas aqui estamos, a preenche-lo com esta sonda electromagnética”, comemora a cientista.

A chave era usar o espalhamento de Compton, que descreve a interacção entre fotões de luz e uma partícula carregada, como um electrão. Nesse caso, os cientistas aumentaram a aceleração de um electrão para estreitar o seu comprimento de onda, o suficiente para penetrar um protão.

Os cientistas então observaram a dispersão de fotões que foram produzidos, combinando os seus detalhes com informações sobre o protão e o electrão acelerado para determinar como os quarks reagiram à colisão.

Essa dispersão forneceu um mapa de energia e momentum para descrever a pressão externa extrema no centro do protão.

O próximo passo para a equipa é continuar a usar esse processo para construir uma compreensão maior da mecânica interna do protão, calculando as suas forças e, eventualmente, construindo uma imagem de como os seus quarks se movem.

Saber mais sobre o que acontece dentro de um protão poderia nos dizer se estas partículas tão estáveis em algum momento decaem. Por enquanto,parecem estáveis ​​o suficiente para durar mais que o Universo. Determinar como e quando se quebram forneceria pistas valiosas sobre algumas das características fundamentais do cosmos.

Os resultados foram publicados na quarta-feira na revista Nature.

ZAP // Hypescience / Science Alert

Por ZAP
21 Maio, 2018

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