4349: Não foram as estrelas de neutrões. A origem do ouro do Universo voltou a ser um mistério

CIÊNCIA/ASTROFÍSICA

JPL-Caltech / NASA

Quando a humanidade detectou a colisão entre duas estrelas de neutrões em 2017, confirmou a teoria de longa data que as explosões criam elementos mais pesados do que o ferro. Assim, pensou-se ter a resposta para a questão de como estes elementos – incluindo ouro – se propagaram por todo o Universo.

No entanto, de acordo com o ScienceAlert, uma nova análise revelou um problema. Segundo os novos modelos de evolução química galáctica, as colisões de estrelas de neutrões não conseguem produzir tanta abundância de elementos pesados encontrados na galáxia da Via Láctea.

As estrelas são as forjas que produzem a maioria dos elementos do Universo. No início do Universo, depois do plasma de quarks e gluões primordial arrefecer o suficiente para se aglutinar em matéria, formou hidrogénio e hélio – os dois elementos mais abundantes no Universo.

O resto dos elementos que ocorrem naturalmente são feitos por diferentes processos nucleares que acontecem dentro das estrelas. A massa governa exactamente que elementos são forjados, mas todos são libertados nas galáxias nos momentos finais das estrelas.

“As reacções que fazem estes elementos também fornecem a energia que mantém as estrelas a brilhar por milhares de milhões de anos. Conforme as estrelas envelhecem, produzem elementos cada vez mais pesados ​​conforme o seu interior se aquece”, disse Amanda Karakas, astrofísica da Monash University e do ARC Center of Excellence for All Sky Astrophysics in 3 Dimensions (ASTRO 3D), em comunicado.

Pensava-se que metade de todos os elementos mais pesados ​​do que o ferro – como o tório e o urânio eram criados quando estrelas de neutrões colidiam umas com as outras. Há muito tempo teorizado, colisões de estrelas de neutrões não foram confirmadas até 2017.

Agora, novas análises feitas por Karakas e os seus colegas Chiaki Kobayashi e Maria Lugaro revelam que o papel das estrelas de neutrões pode ter sido consideravelmente super-estimado – e que outro processo estelar é responsável por criar a maioria dos elementos pesados.

“As fusões de estrelas de neutrões não produziram suficientes elementos pesados no início da vida do Universo, e ainda não produzem agora, 14 mil milhões de anos depois”, disse Karakas. “O Universo não os tornou suficientemente rápidos para explicar a presença em estrelas muito antigas e, no geral, não há colisões suficientes para explicar a abundância destes elementos hoje.”

Em vez disso, os cientistas descobriram que elementos pesados ​​precisavam de ser criados por um tipo totalmente diferente de fenómeno estelar – super-novas incomuns que colapsam enquanto giram muito depressa e geram fortes campos magnéticos.

Este estudo, que foi publicado este mês na revista científica The Astrophysical Journal, é a primeira vez que as origens estelares de todos os elementos que ocorrem naturalmente, do carbono ao urânio, foram calculadas a partir dos primeiros princípios.

Segundo os cientistas, a nova modelagem mudará substancialmente o modelo actualmente aceite de como o Universo evoluiu.

“Por exemplo, construímos este novo modelo para explicar todos os elementos de uma vez e encontrámos prata suficiente, mas não ouro suficiente“, disse Kobayashi, da Universidade de Hertfordshire. “A prata é super-produzida, mas o ouro é sub-produzido no modelo em comparação com as observações. Isto significa que podemos precisar de identificar um novo tipo de explosão estelar ou reacção nuclear.”

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“Mesmo as estimativas mais optimistas da frequência de colisão de estrelas de neutrões simplesmente não conseguem explicar a abundância destes elementos no Universo”, disse Karakas. “Isso foi uma surpresa. Parece que super-novas giratórias com fortes campos magnéticos são a fonte real da maioria desses elementos.”

A co-autora, Maria Lugaro, que ocupa cargos no Observatório Konkoly e na Universidade Monash, acredita que o mistério do ouro pode ser resolvido em breve.

“Novas descobertas são esperadas de instalações nucleares em todo o mundo, incluindo Europa, Estados Unidos e Japão, actualmente visando núcleos raros associados com fusões de estrelas de neutrons”, disse Lugaro. “As propriedades desses núcleos são desconhecidas, mas controlam fortemente a produção da abundância de elementos pesados. O problema astrofísico do ouro ausente pode, de facto, ser resolvido por uma experiência de física nuclear.”

ZAP //

Por ZAP
18 Setembro, 2020

 

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4244: A misteriosa onda de rádio que ocorre a cada 157 dias acordou outra vez (tal como previsto)

CIÊNCIA/ASTROFÍSICA

CSIRO / Facebook

Nos últimos cinco anos, os astrónomos têm seguido de perto um estranho tipo de sinal de rádio proveniente do Espaço profundo.

Em Junho, os astrónomos encontraram uma rajada rápida de rádio (FRB) com um padrão regular. Os académicos ainda não sabem ao certo por que existem ou o que são, mas a origem desta estranha rajada é conhecida por ser uma galáxia anã a mais de três mil milhões de anos-luz de distância.

Num padrão cíclico, as ondas de rádio da FRB 121102 são emitidas durante uma janela de 90 dias, seguida por um período de silêncio de 67 dias. Este padrão repete-se a cada 157 dias. Na altura, a equipa previu que, em Julho ou Agosto, outro padrão se repetiria – o que acabou mesmo por acontecer, avança o Futurity.

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Um novo artigo científico, disponível no arXiv e que ainda carece de revisão por pares, confirmam a periodicidade semelhante de 161 dias. Os novos dados confirmam as teorias anteriores de que a FRB 121102 está a enviar uma rajada de rádio repetida.

“Acho que vamos encontrar uma explicação natural para estes eventos, mas gosto de manter a mente aberta e seguir o caminho para o qual as novas evidências me levam”, admitiu Adam Deller, astrofísico da Swinburne University of Technology.

Kaustubh Rajwade, investigador da Universidade de Manchester que liderou o primeiro estudo para identificar a FRB repetitiva, acha que podemos estar perante uma estrela de neutrões.

“Com base nas curtas durações e altas luminosidades das próprias explosões, um bom palpite seria uma estrela de neutrões com um campo magnético muito alto a orbitar um objecto companheiro”, explicou.

ZAP //

Por ZAP
29 Agosto, 2020

 

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4221: Deformação microscópica de estrela de neutrões inferida a partir de uma distância de 4500 anos-luz

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Deformação microscópica inferida de uma estrela de neutrões no sistema binário PSR J1023+0038 (claro, não à escala). Aqui, o eixo de rotação da estrela é perpendicular ao plano da figura. A “altura” extra da estrela de neutrões, numa direção, é de apenas alguns micrómetros, o que corresponde ao tamanho de uma bactéria, estimada a partir de uma distância de aproximadamente 4500 anos-luz.
Crédito: Sudip Bhattacharyya

Imagine que o tamanho de uma bactéria é medido a uma distância de aproximadamente 4500 anos-luz. Seria uma medição incrível, tendo em conta que uma bactéria é tão pequena que precisamos de usar um microscópio para a ver, e tendo em conta a enorme distância que a luz pode percorrer em 4500 anos, já que pode dar a volta à Terra mais de sete vezes em apenas um segundo.

Mas uma pequena deformação do tamanho de uma bactéria, uma “altura” extra de apenas alguns micrómetros, foi agora inferida para uma estrela de neutrões a uma distância de mais ou menos 4500 anos-luz, graças à investigação do professor Sudip Bhattacharyya do TIFR (Tata Institute of Fundamental Research), Índia. Esta investigação foi publicada num novo artigo da revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

As estrelas de neutrões são objectos cósmicos incrivelmente densos. Têm o tamanho de uma cidade, mas contêm mais material do que o Sol, e um punhado do seu material estelar tem uma massa superior à de uma montanha na Terra. Algumas giram várias centenas de vezes por segundo – chamamos a esses objectos pulsares de milissegundo. Uma ligeira assimetria ou deformação em torno do eixo de rotação de tal estrela provocaria a emissão contínua de ondas gravitacionais.

As ondas gravitacionais, ondulações no espaço-tempo, forneceram recentemente uma nova janela para o Universo. Mas até agora só foram encontradas em fenómenos transientes de fusões de buracos negros e estrelas de neutrões. Ondas gravitacionais contínuas, por exemplo, de uma estrela de neutrões ligeiramente deformada e giratória, não foram detectadas até ao momento. Os instrumentos actuais podem não ter a capacidade de detectar estas ondas, caso a deformação seja demasiado pequena.

No entanto, uma forma de inferir indirectamente tais ondas e medir esta deformação é estimando a contribuição das ondas para a rotação do pulsar, o que não era possível até agora. PSR J1023+0038 é uma fonte cósmica única para este propósito, porque é o único pulsar de milissegundo para o qual foram medidas duas rotações, uma na fase de transferência de massa da estrela companheira e outra na fase em que não há transferência de massa. Usando estes valores, e sobretudo um princípio fundamental da física, que é a conversação do momento angular, Bhattacharyya inferiu ondas gravitacionais contínuas e estimou a deformação microscópica da estrela de neutrões.

Astronomia On-line
25 de Agosto de 2020

 

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4109: Astrónomos podem ter encontrado estrela de neutrões perdida há décadas

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Quando uma estrela morre e se dá uma super-nova, é natural que se forme uma estrela de neutrões. Em Fevereiro de 1987, os astrónomos assistiram a uma enorme super-nova, a cerca de 160 mil anos-luz, a mais próxima da Terra em muitos anos. Contudo, não registaram a formação de nenhuma estrela de neutrões que deveria ter sido deixada como rasto.

Agora, os astrónomos puderam finalmente ver a estrela morta há mais de 30 anos, presente naquilo que resta da super-nova de 1987.

Estrela de neutrões é o culminar de uma super-nova

Dependendo do tipo de estrela que morre, podemos contar com vários tipos de super-novas. Assim, existem as super-nova tipo II, que dão origem a uma estrela de neutrões e têm início com uma estrela de massa 8 a 30 vezes maior que a do Sol. À medida que o tempo passa, essa estrela fica cada vez mais instável, uma vez que deixa de possuir elementos que suportem a fusão nuclear.

O culminar da vida de uma estrela desse tipo é explodir, libertando o seu material para o Espaço, bem como neutrinos e luz. Enquanto isso o núcleo da estrela colapsa e os astrónomos assistem a uma transformação numa estrela de neutrões.

Ilustração da SN1987A, por B. Saxton.

Episódio de 1987 não deixou rasto esperado… até agora

Em 1987, tudo aconteceu como se esperava. Uma estrela super-gigante azul, já velha, com a massa 20 vezes superior à do Sol, explodiu e o espectáculo de luzes foi até visível a olho nu aqui na Terra. Da Sanduleak -69 202 só ficou um rasto de super-nova chamado SN 1987. Todavia, no centro dessa super-nova não foram encontrados vestígios da expectável estrela de neutrões.

Até que, em Novembro do ano passado, uma equipa de investigadores liderada por Phil Cigan da Universidade de Cardiff, no Reino Unido, anunciou ter encontrado uma mancha quente e brilhante no núcleo da SN 1987. Segundo eles, que visualizaram o fenómeno através do Atacama Large Millimeter Array, no Chile, essa mancha consiste numa estrela de neutrões envolvida por uma nuvem de poeira.

Suposta NS 1987 é a mais jovem já detectada

No entanto, o que a equipa considerou ser a estrela de neutrões era, conforme vieram a descobrir, demasiado brilhante. Por isso, uma outra equipa da National Autonomous University, no México, liderada pelo astrofísico Dany Page, provou teoricamente que a mancha brilhante podia ser, de facto, uma estrela de neutrões.

Isto, porque o brilho que emana é efectivamente consistente com a emissão térmica de uma estrela de neutrões muito jovem. Ou seja, ainda está muito quente devido à super-nova. A esta estrela, aparentemente descoberta, foi dado o nome de NS 1987.

De acordo com a equipa de Dany Page, a NS 1987 teria 25 quilómetros de largura e cerca de 1,38 vezes a massa do Sol. Além disso, é a estrela de neutrões mais jovem alguma vez detectada, estando a segunda mais jovem num vestígio da super-nova Cassiopeia A, que explodiu no século XVII e está a 11 mil anos-luz de distância.

Como a suposta NS 1987 ainda está envolvida em poeira, a sua observação directa, a fim de confirmar a teoria da equipa de Page, é impossível. Assim sendo, os astrónomos vão continuar a estudá-la, para perceber se podem confirmar a estrela de neutrões da super-nova de 1987.

Pplware
Autor: Ana Sofia
04 Ago 2020

 

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4085: ALMA encontra possível sinal de estrela de neutrões na Super-nova 1987A

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Esta impressão de artista da Super-nova 1987A mostra as regiões interiores poeirentas dos remanescentes da estrela explodida (vermelho), no qual uma estrela de neutrões pode estar escondida. Esta região interior é contrastada com a concha exterior (a azul), onde a energia da super-nova está a colidir (verde) com o invólucro de gás expelido pela estrela antes da sua poderosa detonação.
Crédito: NRAO/AUI/NSF, B. Saxton

Duas equipas de astrónomos têm um argumento convincente no que toca ao mistério de 33 anos que envolve a Super-nova 1987A. Com base em observações do ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) e num estudo teórico de acompanhamento, os cientistas fornecem novas informações para o caso de que uma estrela de neutrões está escondida nas profundezas do remanescente da estrela que explodiu. Esta seria a estrela de neutrões mais jovem conhecida até à data.

Desde que os astrónomos testemunharam uma das explosões mais brilhantes de uma estrela no céu nocturno, criando a Super-nova 1987A (SN 1987A), que procuram um objecto compacto que deveria ter-se formado nos detritos da explosão.

Dado que partículas conhecidas como neutrinos foram detectadas na Terra no dia da explosão (23 de Fevereiro de 1987), os astrónomos esperavam que uma estrela de neutrões se formasse no centro colapsado da estrela. Mas quando os cientistas não conseguiram encontrar nenhuma evidência dessa estrela, começaram a perguntar-se se posteriormente colapsou ao invés para um buraco negro. Durante décadas a comunidade científica tem aguardado ansiosamente um sinal deste objecto que se esconde por trás de uma nuvem muito espessa de poeira.

O “borrão”

Recentemente, observações do radiotelescópio ALMA forneceram o primeiro indício da estrela de neutrões desaparecida após a explosão. Imagens de resolução extremamente alta revelaram um “borrão” quente no núcleo empoeirado de SN 1987A, que é mais brilhante do que o ambiente e corresponde à localização suspeita da estrela de neutrões.

“Ficámos muito surpresos ao ver este borrão quente feito por uma nuvem espessa de poeira no remanescente de super-nova,” disse Mikako Matsuura da Universidade de Cardiff e membro da equipa que encontrou o borrão com o ALMA. “Tem que haver algo na nuvem que aqueça a poeira e que a faça brilhar. Por isso, sugerimos a existência de uma estrela de neutrões escondida dentro da nuvem de poeira.”

Embora Matsuura e a sua equipa estivessem empolgados com este resultado, perguntaram-se acerca do brilho do borrão. “Achámos que a estrela de neutrões podia ser demasiado brilhante para existir, mas então Dany Page e a sua equipa publicaram um estudo que indicava que a estrela de neutrões podia ser efectivamente assim tão brilhante devido à sua jovem idade,” explicou Matsuura.

Dany Page é astrofísico na Universidade Nacional Autónoma do México, que estuda SN 1987A desde o início. “Estava a meio do meu doutoramento quando a super-nova teve lugar,” disse, “foi um dos maiores eventos da minha vida que me fez mudar o curso da minha carreira para tentar resolver este mistério. Era como um santo Graal moderno.”

O estudo teórico de Page e da sua equipa, publicado ontem na revista the Astrophysical Journal, apoia fortemente a sugestão feita pela equipa do ALMA de que uma estrela de neutrões está a alimentar o borrão de poeira. “Apesar da complexidade suprema de uma explosão de super-nova e das condições extremas que reinam no interior de uma estrela de neutrões, a detecção de um ‘borrão’ quente de poeira é uma confirmação das várias previsões,” explicou Page.

Estas previsões foram a localização e a temperatura da estrela de neutrões. De acordo com os modelos de computador da super-nova, a explosão “chutou” a estrela de neutrões do seu local de nascimento com uma velocidade de centenas de quilómetros por segundo (dezenas de vezes mais depressa do que o foguetão mais veloz). O borrão está exactamente no lugar onde os astrónomos pensam que a estrela de neutrões estaria hoje. E a temperatura da estrela de neutrões, prevista em cerca de 5 milhões de graus Celsius, fornece energia suficiente para explicar o brilho do borrão.

Não é um pulsar nem um buraco negro

Ao contrário das expectativas comuns, a estrela de neutrões provavelmente não é um pulsar. “A potência de um pulsar depende da rapidez com que gira e da força do seu campo magnético, ambos os quais precisariam de ter valores muito ajustados para corresponder às observações,” disse Page, “enquanto a energia térmica emitida pela superfície quente da jovem estrela de neutrões encaixa naturalmente nos dados.”

“A estrela de neutrões comporta-se exactamente como esperávamos,” acrescentou James Lattimer da Universidade Stony Brook em Nova Iorque, membro da equipa de investigação de Page. Lattimer também acompanhou de perto SN 1987A, tendo publicado antes do evento SN 1987A previsões do sinal de neutrinos de uma super-nova que corresponderam posteriormente às observações. “Estes neutrinos sugeriram que um buraco negro nunca se formou e, além disso, parece difícil que um buraco negro explique o brilho observado do borrão. Comparámos todas as possibilidades e concluímos que uma estrela de neutrões quente é a explicação mais provável.”

Esta estrela de neutrões tem 25 km de diâmetro, uma bola extremamente quente de matéria ultra-densa. Uma colher de chá do seu material pesaria mais do que todos os edifícios da cidade de Nova Iorque juntos. Por ter apenas 33 anos, seria a estrela de neutrões mais jovem já descoberta. A segunda estrela de neutrões mais jovem que conhecemos está localizada no remanescente de super-nova Cassiopeia A e tem 330 anos.

Apenas uma imagem directa da estrela de neutrões daria provas definitivas da sua existência, mas para isso os astrónomos precisam de esperar mais algumas décadas até que a poeira e o gás no remanescente de super-nova se tornem mais transparentes.

Imagens detalhadas do ALMA

Embora muitos telescópios já tenham obtido imagens de SN 1987A, nenhum deles foi capaz de observar o seu núcleo com tanta precisão quando o ALMA. Observações anteriores (em 3D) com o ALMA já haviam mostrado os tipos de moléculas encontradas no remanescente de super-nova e confirmado que produziu grandes quantidades de poeira.

“Esta descoberta baseia-se em anos de observações com o ALMA, mostrando o núcleo da super-nova em cada vez mais detalhe, graças às melhorias contínuas no radiotelescópio e no processamento de dados,” disse Remy Indebetouw do NRAO (National Radio Astronomy Observatory) e da Universidade da Virgínia, que faz parte da equipa de imagem do ALMA.

Astronomia On-line
31 de Julho de 2020

 

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4061: Criada em laboratório matéria análoga à formada na fusão de estrelas

CIÊNCIA/ASTROFÍSICA/FÍSICA

ESO / L. Calçada / M. Kornmesser
Fusão de estrelas de neutrões GW170817

Foi criada em laboratório matéria análoga à formada em super-novas ou na fusão de estrelas de neutrões, por investigadores das universidades de Coimbra e de Caen (em França).

A equipa do Centro de Física da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra (FCTUC) e da Universidade de Caen, na Normandia (França), “determinou as propriedades da matéria criada em laboratório com características semelhantes às da matéria que se forma em super-novas ou na fusão de estrelas de neutrões”, revela a Universidade de Coimbra em comunicado.

Na experiência, realizada no laboratório GANIL (a sigla em francês de Grande Acelerador Nacional de Iões Pesados), no âmbito da colaboração com a multinacional Indra, foi criada “matéria análoga à que se forma neste tipo de eventos muito explosivos a partir da colisão de um núcleo de estanho contra um núcleo de xénon”, explica a Universidade de Coimbra.

Este tipo de experiências contribui para conhecer melhor as condições em que se geram e evoluem as super-novas e a fusão de estrelas de neutrões.

Os resultados do estudo, já publicado na revista Physical Review Letters, da Sociedade Americana de Física, permitem “saber como é formado o meio em eventos como super-novas ou a fusão de estrelas de neutrões, e determinar de que modo é transferida a energia entre os diferentes constituintes, nomeadamente a energia depositada na estrela pelos neutrinos antes destes escaparem para o universo”, afirmam Constança Providência e Helena Pais, do Centro de Física da FCTUC.

Na fusão de estrelas de neutrões, realçam, “este conhecimento pode indicar qual a quantidade de material que é expelido e observado na forma de uma quilonova”.

Helena Pais foi a responsável pela análise dos dados experimentais que determinou as interacções que ocorrem na matéria resultante deste tipo de eventos e em que condições ainda existem pequenos agregados antes da matéria se tornar homogénea, devido ao aumento da densidade. Em baixas densidades, esclarece a investigadora, citada no comunicado, “a matéria não é homogénea, e as suas propriedades determinam a evolução de uma super-nova ou da fusão de duas estrelas”.

Para uma correcta interpretação dos resultados, foi ainda essencial o modelo teórico previamente desenvolvido por Constança Providência e Helena Pais.

As estrelas de neutrões são um dos objectos mais compactos do Universo, juntamente com os buracos negros. Apesar de terem uma massa comparável à do Sol, entre uma a duas massas solares aproximadamente, o seu raio não vai para além de 15 quilómetros, muito inferior ao raio do Sol, com cerca de 700 mil quilómetros (estes astros sugerem um núcleo atómico gigante). As estrelas de neutrões formam-se em eventos muito explosivos – as super-novas.

“Este tipo de eventos liberta em poucos dias mais energia que o Sol em toda a sua vida. Actualmente, pensa-se também que a formação dos elementos mais pesados que conhecemos, entre os quais os metais nobres, como o ouro e a platina, poderá acontecer quando duas estrelas de neutrões colidem”, adiantam as investigadoras.

Para descrever qualquer destes eventos, acrescentam, “é necessário conhecer como se comporta a matéria estelar, desde densidades muitos baixas até densidades cerca de várias vezes a densidade de matéria no centro de um núcleo atómico”.

Estas estrelas, que são constituídas essencialmente por neutrões, contêm também outro tipo de partículas no seu interior. “Além de protões e electrões que, em conjunto com os neutrões, constituem os átomos, que nada mais são do que os blocos de construção da matéria terrestre, acredita-se também que vários outros tipos de partículas, e possivelmente novos estados de matéria, alguns que podem ser criados e estudados em aceleradores de partículas, podem existir no interior destes objectos compactos”, referem Helena Pais e Constança Providência.

“Hiperões (partículas semelhantes aos nucleões mas que contêm quarks estranhos), condensados de Bose-Einstein de piões ou kaões (um tipo especial de matéria bosónica) e matéria de quarks são alguns exemplos”, indicam as investigadoras, frisando que “matéria de quarks fria, que não é acessível no laboratório, pode igualmente existir no interior destas estrelas em diferentes fases, cada fase com propriedades únicas”.

É por esta razão que os físicos nucleares e de partículas, salientam Helena Pais e Constança Providência, “estão tão interessados em estudar as estrelas de neutrões”. Além disso, notam ainda, “como estes objectos são muito compactos, também são óptimos laboratórios para testar a teoria da relatividade geral”.

ZAP // Lusa

Por Lusa
27 Julho, 2020

 

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3999: Como estrelas de neutrões em colisão podem lançar luz sobre os mistérios do Universo

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Uma equipa internacional de investigadores descobriu um pulsar invulgar – um dos “faróis” de estrelas de neutrões giratórias e magnetizadas do espaço profundo que emite ondas de rádio altamente focadas dos seus pólos magnéticos.
Crédito: Observatório de Arecibo/Universidade da Florida Central, William Gonzalez and Andy Torres

Uma equipa internacional de investigadores do Centro para Ondas Gravitacionais e Cosmologia da Universidade da Virgínia Ocidental, EUA, fez uma importante descoberta de como podemos entender colisões de estrelas mortas e entender a expansão do Universo.

Descobriram um pulsar invulgar – um dos “faróis” de estrelas de neutrões giratórias e magnetizadas do espaço profundo que emite ondas de rádio altamente focadas dos seus pólos magnéticos.

O pulsar recém-descoberto (conhecido como PSR J1913+1102) faz parte de um sistema binário – o que significa que está em órbita íntima com outra estrela de neutrões. A investigação foi publicada na revista Nature.

“As estrelas de neutrões binárias são relativamente raras, representando menos de 1% da população conhecida de pulsares de rádio,” afirma Maura McLaughlin, professora de física e astronomia e uma das autoras do estudo. “As estrelas de neutrões nestes binários estão gradualmente a aproximar-se uma da outra, pois perdem energia devido à emissão de ondas gravitacionais, e eventualmente fundem-se numa explosão cataclísmica e formam um buraco negro.”

As estrelas de neutrões são remanescentes estelares de uma super-nova. São compostas da matéria mais densa conhecida – acumulando centenas de milhares de vezes a massa da Terra numa esfera do tamanho de uma cidade.

As duas estrelas de neutrões vão colidir daqui a cerca de 500 milhões de anos, libertando quantidades surpreendentes de energia na forma de luz e ondas gravitacionais.

Mas o pulsar recém-descoberto é invulgar porque as massas das suas duas estrelas de neutrões são bem diferentes – uma muito maior que a outra.

“Há apenas alguns anos atrás, detectaram-se ondas gravitacionais e radiação electromagnética da fusão de duas estrelas de neutrões,” disse McLaughlin. “Isto revolucionou a nossa visão das fusões de estrelas de neutrões. Para procurar mais destes eventos, os astrónomos têm que usar modelos que assumem algumas propriedades das estrelas de neutrões e, até agora, estes modelos assumem que as duas estrelas de neutrões em fusão têm massas iguais. No entanto, a descoberta mostra que as estrelas de neutrões nestes sistemas podem ter massas muito diferentes. Isto tem que ser tido em conta na maneira como se procuram estes objectos e também fornece informações sobre o modo como estes binários se formam.”

Na descoberta também esteve envolvido o estudante Nihan Pol, que deverá terminar o seu doutoramento em astrofísica este verão.

Pol serviu como co-líder na parte da síntese populacional desta descoberta com Ben Perera, ex-aluno da Universidade da Virgínia Ocidental. Pol ajudou a desenvolver o software usado para a análise. O resultado dessa análise é que cerca de uma em cada dez fusões observadas de duas estrelas de neutrões será de um sistema como J1913+1102.

“A universidade tem o maior grupo de investigação de estrelas de neutrões/pulsares dos EUA, talvez até do mundo, e foi realmente muito bom para o meu desenvolvimento profissional,” comentou Pol. “É muito emocionante estar envolvido neste tipo de investigação, onde encontramos sistemas novos e exóticos que têm implicações não apenas no estudo da evolução estelar e nos sistemas binários de estrelas de neutrões, mas também no campo relativamente novo da astrofísica das ondas gravitacionais. Estes grandes projectos internacionais fornecem uma oportunidade para aprender como comunicar e colaborar com colegas de todo o mundo e para trabalhar em conjunto para produzir ciência incrível.”

Este sistema assimétrico dá aos cientistas a confiança de que as fusões de estrelas de neutrões duplas vão fornecer pistas vitais sobre mistérios não resolvidos na astrofísica – incluindo uma determinação mais precisa do ritmo de expansão do Universo, conhecida como constante de Hubble.

A descoberta foi feita usando o radiotelescópio Arecibo em Porto Rico.

Astronomia On-line
14 de Julho de 2020

 

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3929: Objecto-mistério. Cientistas podem ter descoberto a mais pesada estrela de neutrões (ou o mais leve buraco negro)

CIÊNCIA/ASTROFÍSICA

N. Fischer, S. Ossokine, H. Pfeiffer, A. Buonanno (Max Planck Institute for Gravitational Physics), Simulating eXtreme Spacetimes (SXS) Collaboration

Uma equipa de astrofísicos dos observatórios de ondas gravitacionais LIGO e Virgo detectaram um objecto-mistério: pode ser a mais pesada estrela de neutrões ou o mais leve buraco negro já encontrado.

A maioria das super-novas, quando explodem, deixa para trás um buraco negro ou produz uma estrela de neutrões. Essa dualidade depende da massa original da estrela e é vista na população de objectos que produz.

A estrela de neutrões mais pesada não passa de 2,5 vezes a massa do Sol. O buraco negro mais leve observado é cinco vezes a nossa estrela. No meio dessa faixa está a chamada “diferença de massa”, que intriga os cientistas há décadas.

Agora, pesquisadores dos observatórios de ondas gravitacionais LIGO e Virgo anunciaram que encontraram um objecto com uma massa intermediária.

O objecto-mistério foi estimado em 2,6 massas solares e fez parte de uma colisão detectada em 14 de Agosto de 2019 (GW190814) com um buraco negro 23 vezes a massa do Sol.

Este evento é recorde por duas razões: é a emissão de ondas gravitacionais com a razão de massa mais extrema (9:1), e o próprio objecto é a estrela de neutrões mais pesada conhecida ou o mais leve buraco negro já detectado.

“É um desafio para os modelos teóricos actuais formar pares de objectos compactos mesclados com uma proporção de massa tão grande na qual o parceiro de baixa massa reside na diferença de massa. Essa descoberta implica que estes eventos ocorrem com muito mais frequência do que o previsto, tornando-o um objecto de baixa massa realmente intrigante”, disse o co-autor Vicky Kalogera, professor da Northwestern University, em comunicado.

“O objecto misterioso pode ser uma estrela de neutrões a fundir-se com um buraco negro, uma possibilidade emocionante esperada teoricamente, mas ainda não confirmada observacionalmente. No entanto, 2,6 vezes a massa do nosso Sol excede as previsões modernas para a massa máxima de estrelas de neutrões e pode ser o buraco negro mais leve já detectado”.

Após a detecção do LIGO e do Virgo, um alerta foi enviado à comunidade astronómica. Dezenas de telescópios no solo e no Espaço procuraram o evento, mas não foi detectado nenhum evento transitório. Até agora, apenas um evento foi confirmado com telescópios ópticos, a primeira colisão de estrelas de neutrões GW170817, que criou um objecto que se encontrava no limite da diferença de massa. Este novo evento foi seis vezes maior do que o GW170817, tornando muito mais difícil encontrá-lo.

“Este é o primeiro vislumbre do que poderia ser uma população totalmente nova de objectos binários compactos”, disse Charlie Hoy, membro da LIGO Scientific Collaboration e estudante de pós-graduação na Cardiff University. “O que é realmente emocionante é que isto é apenas o começo. À medida que os detectores se tornam cada vez mais sensíveis, observaremos ainda mais estes sinais e conseguiremos identificar as populações de estrelas de neutrões e buracos negros no universo”.

A verdadeira natureza do objecto permanecerá ambígua, mas espera-se que descobertas de eventos semelhantes forneçam algum conhecimento retroactivo sobre este.

Este estudo foi publicado este mês na revista científica The Astrophysical Journal Letters.

ZAP //

Por ZAP
29 Junho, 2020

 

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3781: Descoberto novo tipo de matéria exótica no “coração” das estrelas de neutrões

CIÊNCIA/ASTROFÍSICA/FÍSICA

Jyrki Hokkanen, CSC – IT Center for Science

Uma investigação levada a cabo por um grupo de cientistas da Finlândia encontrou fortes evidências da existência de matéria exótica de quarks no interior dos núcleos das maiores estrelas de neutrões.

Em comunicado, os cientistas explicam que chegaram a esta conclusão ao combinar resultados recentes da Física teórica nuclear e de partículas teóricas com medições de ondas gravitacionais de colisões de estrelas de neutrões.

“Confirmar a existência de núcleos de quarks no interior de estrelas de neutrões tem sido um dos objectivos mais importantes na física de estrelas de neutrões, uma vez que esta possibilidade foi acolhida pela primeira vez há cerca de 40 anos”, explicou o Aleksi Vuorinen, professor do Departamento de Física da Universidade de Helsínquia, na Finlândia, e co-autor do estudo citado na mesma nota.

Até então, não era claro se a matéria existente nos núcleos das estrelas de neutrões mais massivas entra em colapso num estado ainda mais exótico – chamado matéria de quarks -, onde os núcleos deixam de existir, explica a Europa Press.

No novo estudo, cujos resultados foram recentemente publicados na revista científica Nature Physics, os cientistas afirmam que a resposta a esta questão é sim: no interior dos núcleos das estrelas de neutrões, existe matéria exótica de quarks.

A mesma publicação sublinha que a matéria que existe no “coração” dos núcleos das estrelas de neutrões estáveis mais massivas é bem mais semelhante com a matéria de quarks do que com a matéria nuclear comum.

Entende-se por estrela de neutrões um núcleo colapsado de uma grande estrela que, antes de colapsar, terá tido entre 10 a 29 massas solares.

As estrelas muito mais massivas do que o nosso Sol geralmente terminam as suas vidas como uma estrela de neutrões ou como um buraco negro. As estrelas de neutrões emitem pulsos regulares de radiação que permitem a sua detecção.

ZAP //

Por ZAP
4 Junho, 2020

 

spacenews

 

3708: Nos enxames estelares, os buracos negros fundem-se com estrelas de neutrões, mas sem ninguém ver

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

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

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

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

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

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

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

Astronomia On-line
19 de Maio de 2020

 

spacenews

 

3493: Estrela de neutrões com 11 km de raio

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Uma típica estrela de neutrões com um raio de 11 km tem mais ou menos o tamanho de uma cidade média.
Crédito: Centro de Voo Espacial Goddard da NASA

Uma equipa internacional de investigação liderada por membros do Instituto Max Planck para Física Gravitacional (Instituto Albert Einstein) obteve novas medições do tamanho das estrelas de neutrões. Para tal, combinaram uma descrição geral dos primeiros princípios do comportamento desconhecido da matéria das estrelas de neutrões com observações multi-mensageiras da fusão do binário de estrelas de neutrões GW170817. Os seus resultados, publicados na revista Nature Astronomy, são mais rigorosos por um factor de dois do que os limites anteriores e mostram que uma estrela de neutrões típica tem um raio próximo dos 11 quilómetros. Também descobriram que as estrelas de neutrões que se fundem com buracos negros são, na maioria dos casos, provavelmente engolidas inteiras, a menos que o buraco negro seja pequeno e/ou gire rapidamente. Isto significa que, embora tais fusões possam ser observadas como fontes de ondas gravitacionais, seriam invisíveis no espectro electromagnético.

“As fusões de estrelas de neutrões binárias são uma mina de ouro de informações!” diz Collin Capano, investigador do Instituto Albert Einstein em Hannover e autor principal do estudo publicado na Nature Astronomy. “As estrelas de neutrões contêm a matéria mais densa do Universo observável. Na verdade, são tão densas e compactas que podemos pensar de toda a estrela como um único núcleo atómico, ampliado para o tamanho de uma cidade. Ao medir as propriedades destes objectos, aprendemos mais sobre a física fundamental que governa a matéria no nível subatómico.”

“Descobrimos que uma típica estrela de neutrões, que é cerca de 1,4 vezes mais massiva do que o nosso Sol, tem um raio de aproximadamente 11 quilómetros,” diz Badri Krishnan, que liderou a equipa de investigação no Instituto Albert Einstein em Hannover. “Os nossos resultados limitam o raio até provavelmente entre 10,4 e 11,9 quilómetros. É um intervalo duas vezes mais rigoroso do que os resultados anteriores.”

Fusões de estrelas de neutrões binárias como um tesouro astrofísico

As estrelas de neutrões são remanescentes compactos e extremamente densos de explosões de super-nova. São mais ou menos do tamanho de uma cidade e têm até o dobro da massa do nosso Sol. Não sabemos como esta matéria extremamente densa e rica em neutrões se comporta e é impossível criar estas condições num qualquer laboratório da Terra. Os físicos propuseram vários modelos (equações de estado), mas não se sabe qual (se é que existe) destes modelos descreve correctamente a matéria das estrelas de neutrões na natureza.

As fusões de estrelas de neutrões binárias – como GW170817, que foi observada em ondas gravitacionais e em todo o espectro electromagnético em Agosto de 2017 – são os eventos astrofísicos mais excitantes quando se trata de aprender mais sobre a matéria em condições extremas e a física nuclear subjacente. A partir daqui os cientistas podem, por sua vez, determinar as propriedades físicas das estrelas de neutrões, como o raio e a massa.

A equipa de investigação usou um modelo baseado numa descrição dos primeiros princípios de como as partículas subatómicas interagem nas altas densidades encontradas nas estrelas de neutrões. Notavelmente, como mostra a equipa, os cálculos teóricos a escalas inferiores a um bilionésimo de milímetro podem ser comparados com observações de um objecto astrofísico a mais de cem milhões de anos-luz de distância.

“É um pouco incompreensível,” diz Capano. “GW170817 foi provocado pela colisão de dois objectos com o tamanho de uma cidade há 120 milhões de anos, quando os dinossauros ainda vagueavam pela Terra. Isto ocorreu numa galáxia a mais de mil triliões de quilómetros de distância. A partir deste evento, obtivemos informações sobre a física subatómica.”

Qual é o tamanho de uma estrela de neutrões?

A descrição dos primeiros princípios, usada pelos investigadores, prevê uma família inteira de possíveis equações de estado para as estrelas de neutrões, que são directamente derivadas da física nuclear. Desta família, os autores seleccionaram os membros com a maior probabilidade de explicar diferentes observações astrofísicas; escolheram modelos que:

  • concordam com as observações de ondas gravitacionais de GW170817 a partir de dados públicos do LIGO e do Virgo;
  • produzem uma estrela de neutrões hiper-massiva e de vida curta como resultado da fusão;
  • concordam com as restrições conhecidas na massa máxima da estrela de neutrões a partir das observações electromagnéticas de GW170817.

Isto não só permitiu que os cientistas obtivessem informações robustas sobre a física da matéria densa, mas também que obtivessem os limites mais rigorosos, até ao momento, do tamanho das estrelas de neutrões.

Observações futuras de ondas gravitacionais e astronomia multi-mensageira

“Estes resultados são empolgantes, não apenas porque conseguimos melhorar em muito as medições dos raios das estrelas de neutrões, mas porque nos dá uma janela para o destino final das estrelas de neutrões na fusão de binários,” diz Stephanie Brown, co-autora da publicação e estudante de doutoramento no mesmo instituto. Os novos resultados sugerem que, com um evento como GW170817, os detectores LIGO e Virgo, com a sensibilidade projectada, poderão distinguir facilmente, apenas com ondas gravitacionais, a fusão de duas estrelas de neutrões ou de dois buracos negros. Para GW170817, as observações no espectro electromagnético foram cruciais para fazer esta distinção.

A equipa de investigação também descobriu que, para binários mistos (uma estrela de neutrões que se funde com um buraco negro), a existirem apenas ondas gravitacionais da fusão, haverá dificuldade em distinguir estes eventos dos eventos de buracos negros binários. As observações no espectro electromagnético ou de ondas gravitacionais, no rescaldo da fusão, serão cruciais para as diferenciar.

No entanto, os novos resultados também implicam que é improvável que se obtenham observações multi-mensageiras de fusões de binários mistos. “Nós mostrámos que em quase todos os casos a estrela de neutrões não será dilacerada pelo buraco negro, mas engolida por inteiro,” explica Capano. “Somente quando o buraco negro é muito pequeno ou gira rapidamente, é que pode perturbar a estrela de neutrões antes de a engolir; e só então é que podemos esperar ver algo mais além de ondas gravitacionais.”

Um futuro brilhante pela frente

Na próxima década, os detectores existentes de ondas gravitacionais tornar-se-ão ainda mais sensíveis, e detectores adicionais começarão as suas observações. A equipa de investigação espera detecções de ondas gravitacionais mais “audíveis” e possíveis observações multi-mensageiras da fusão de estrelas de neutrões binárias. Cada uma destas fusões proporcionará oportunidades maravilhosas para aprender mais sobre as estrela de neutrões e sobre a física nuclear.

Astronomia On-line
13 de Março de 2020

 

spacenews

 

3348: Rede LIGO-Virgo detecta outra colisão de estrelas de neutrões

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Impressão de artista da colisão de duas estrelas de neutrões.
Crédito: NSF/LIGO/Universidade Estatal de Sonoma/A. Simonnet

No dia 25 de Abril de 2019, o Observatório LIGO em Livingston captou o que pareciam ser ondulações gravitacionais de uma colisão de duas estrelas de neutrões. O LIGO em Livingston faz parte de uma rede que inclui o LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory), financiado pela NSF (National Science Foundation) e o detector europeu Virgo. Agora, um novo estudo confirma que este evento foi provavelmente o resultado de uma fusão de duas estrelas de neutrões. Esta seria apenas a segunda vez que este tipo de evento foi observado em ondas gravitacionais.

A primeira observação deste tipo, realizada em Agosto de 2017, fez história por ser a primeira vez que tanto ondas gravitacionais como luz foram detectadas a partir do mesmo evento cósmico. A fusão de 25 de Abril, por outro lado, não resultou na detecção de qualquer luz. No entanto, através de uma análise apenas dos dados das ondas gravitacionais, os investigadores descobriram que a colisão produziu um objecto com uma massa invulgarmente alta.

“A partir de observações convencionais com luz, já conhecíamos 17 sistemas binários de estrelas de neutrões na nossa própria Galáxia e estimámos as massas destas estrelas,” diz Ben Farr, membro da equipa do LIGO na Universidade de Oregon. “O que é surpreendente é que a massa combinada deste binário é muito maior do que o esperado.”

“Detectámos um segundo evento consistente com um sistema binário de estrelas de neutrões e esta é uma importante confirmação do evento de Agosto de 2017 que assinalou há dois anos um emocionante novo começo para a astronomia multi-mensageira,” comenta Jo van den Brand, porta-voz do Virgo e professor na Universidade de Maastricht, em Nikhef e na Vrije Universiteit em Amesterdão, Países Baixos. A astronomia multi-mensageira ocorre quando diferentes tipos de sinais são testemunhados simultaneamente, como aqueles baseados em ondas gravitacionais e luz.

O estudo, submetido à revista The Astrophysical Journal Letters, é da autoria de uma equipa internacional composta pela Colaboração Científica LIGO e pela Colaboração Virgo, esta última associada ao detector de ondas gravitacionais Virgo na Itália. Os resultados foram apresentados no passado dia 6 de Janeiro na 235.ª reunião da Sociedade Astronómica Americana em Honolulu, Hawaii.

As estrelas de neutrões são os remanescentes de estrelas moribundas que sofrem explosões catastróficas à medida que entram em colapso no final das suas vidas. Quando duas estrelas de neutrões espiralam uma em direcção à outra, sofrem uma fusão violenta que expele ondulações gravitacionais através do tecido do espaço e do tempo.

O LIGO tornou-se o primeiro observatório a detectar directamente ondas gravitacionais em 2015; nesse caso, as ondas foram geradas pela feroz colisão de dois buracos negros. Desde então, o LIGO e o Virgo detectaram dúzias de candidatos a fusões de buracos negros.

A fusão de estrelas de neutrões de Agosto de 2017 foi captada pelos dois detectores LIGO, um em Livingston, no estado norte-americano do Louisiana, e o outro em Hanford, Washington, juntamente com uma série de telescópios espalhados por todo o mundo (as colisões de estrelas de neutrões produzem luz e pensa-se que as colisões de buracos negros não). Esta fusão não foi visível claramente nos dados do Virgo, mas esse facto forneceu informações importantes que finalmente identificaram a localização do evento no céu.

O evento de Abril de 2019 foi identificado pela primeira vez em dados apenas do detector LIGO Livingston. O detector LIGO Hanford estava na altura temporariamente offline e, a uma distância de mais de 500 milhões de anos-luz, o evento era fraco demais para ser detectável nos dados do Virgo. Usando os dados de Livingston, combinados com informações derivadas dos dados do Virgo, a equipa reduziu a localização do evento para uma região do céu com mais de 8200 graus quadrados em tamanho, ou cerca de 20% do céu. Em comparação, o evento de Agosto de 2017 foi reduzido a uma região de apenas 16 graus quadrados, ou 0,04% do céu.

“Este é o nosso primeiro evento publicado para a detecção num único observatório,” diz Anamaria Effler do Caltech, cientista que trabalha no LIGO Livingston. “Mas o Virgo deu uma contribuição valiosa. Usámos informações sobre a sua não-detecção para nos dizer aproximadamente de onde o sinal deve ter tido origem.”

Os dados do LIGO revelam que a massa combinada dos corpos fundidos é de aproximadamente 3,4 vezes a massa do nosso Sol. Na nossa Galáxia, os sistemas binários de estrelas de neutrões conhecidos combinam massas até 2,9 vezes a do Sol. Uma possibilidade para a massa extraordinariamente alta é que a colisão ocorreu não entre duas estrelas de neutrões, mas entre uma estrela de neutrões e um buraco negro, já que os buracos negros são mais massivos que as estrelas de neutrões. Mas se fosse esse o caso, o buraco negro teria que ser excepcionalmente pequeno para a sua classe. Ao invés, os cientistas pensam que é muito mais provável que o LIGO tenha testemunhado a destruição de duas estrelas de neutrões.

“O que sabemos a partir dos dados é as massas, e as massas individuais provavelmente correspondem a estrelas de neutrões. No entanto, como um sistema binário de estrelas de neutrões, a massa total é muito mais elevada do que em qualquer outro binário conhecido na Via Láctea,” diz Surabhi Sachdev, membro da equipa LIGO com sede na Universidade Estatal da Pensilvânia. “E isso pode ter implicações interessantes sobre como o par se formou originalmente.”

Pensa-se que os pares de estrelas de neutrões se formem de duas maneiras possíveis. Podem formar-se a partir de sistemas binários de estrelas massivas que terminam as suas vidas como estrelas de neutrões, ou podem surgir quando duas estrelas de neutrões formadas separadamente se agrupam num ambiente estelar denso. Os dados do LIGO para o evento de 25 Abril não indicam qual dos cenários é o mais provável, mas sugerem que são necessários mais dados e novos modelos para explicar a massa inesperadamente alta da fusão.

Astronomia On-line
10 de Janeiro de 2020

spacenews

 

3274: Halo em redor de uma estrela de neutrões pode ajudar a resolver o mistério da antimatéria

CIÊNCIA

A antimatéria, o oposto da matéria na escala subatómica, já intriga os cientistas há quase um século. A sua natureza e a maneira como interage com outros tipos de matéria permanecem amplamente desconhecidas, apesar de décadas de pesquisa.

Há cerca de uma década, os astrónomos descobriram que os pósitrões, a versão antimatéria dos electrões, eram inexplicavelmente abundantes perto da Terra – e uma estrutura cósmica recém-descoberta poderá finalmente ajudar a explicar porquê.

Na semana passada, investigadores da NASA publicaram um novo estudo na revista científica Physical Review D que detalha a descoberta de um brilho fraco, mas gigantesco, de luz de alta energia em torno de um pulsar – um tipo de estrelas de neutrões – perto da Terra.

O brilho em forma de halo da estrela de neutrões é tão grande e está tão próximo de nós que pareceria 40 vezes maior do que uma Lua cheia no céu nocturno.

O brilho de raios gama – radiação electromagnética resultante da deterioração dos núcleos atómicos – emanados da estrela de neutrões chamada “Geminga” foi detectado pela primeira vez em 1972 e foi encontrado a cerca de 800 anos-luz de distância na constelação de Gémeos.

Porém, só agora é que os cientistas conseguiram isolar os sinais emanados da própria estrela, separando os seus raios gama dos abundantes raios de luz difusa causados por partículas que refletem a luz das estrelas que a cerca. Isso permitiu ver a auréola e determinar que Geminga poderia ser responsável por mais de 20% dos pósitrões detectados perto da Terra.

“O nosso trabalho demonstra a importância de estudar fontes individuais para prever como contribuem para os raios cósmicos”, disse Mattia Di Mauro, investigadora da NASA, em comunicado. “Esse é um aspeto do novo e empolgante campo chamado astronomia multi-messenger, onde estudamos o universo usando vários sinais, como raios cósmicos, além da luz”.

ZAP //

Por ZAP
27 Dezembro, 2019

 

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3112: Estrela de neutrões escondida há 32 anos foi finalmente descoberta

CIÊNCIA

Uma equipa de cientistas da Universidade de Cardiff conseguiu encontrar uma estrela de neutrões que os cientistas procuravam há mais de três décadas.

A busca que durou 32 anos conheceu o fim: a estrela de neutrões “desaparecida” foi finalmente avistada a espreitar dos destroços estelares, dando aos cientistas uma oportunidade única de estudar os primeiros momentos, e os últimos, do cataclismo de uma estrela.

Todos os detalhes foram captados pelo telescópio ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), localizado no Chile, que proporcionou detalhes de tirar o fôlego, revela o Scientific American.

A 23 de Fevereiro de 1987, os astrónomos assistiram entusiasmados à explosão de uma estrela numa galáxia próxima, o exemplo mais próximo conhecido de uma super-nova nos últimos 400 anos. A explosão lançou uma nuvem de poeira e detritos tão densa que a estrela de neutrões resultante não havia sido localizada até hoje.

A Super-nova 1987A foi registada a 23 de Fevereiro daquele ano por Ian Shelton, da Universidade de Toronto, usando o observatório Las Campanas, no Chile.

Este foi o primeiro evento deste género observado por um equipamento moderno. O brilho teve a intensidade de 100 milhões de sóis, adianta o Canal Tech, explicando, contudo, que o núcleo restante da explosão da super-gigante azul conhecida como Sanduleak -69º 202, a cerca de 160 mil anos-luz da Terra, permanecia escondido… até hoje.

Os astrónomos utilizaram o telescópio ALMA para localizar a estrela de neutrões que se escondia numa nuvem de poeira que continua dispersa na galáxia conhecida como Grande Nuvem de Magalhães, que fica muito perto da nossa Via Láctea. O artigo científico foi publicado no dia 19 de Novembro no The Astrophysical Journal.

“Podemos afirmar, pela primeira vez, que há uma estrela de neutrões dentro desta nuvem remanescente da super-nova”, declarou Phil Cigan, um dos autores do estudo. “A sua luz foi encoberta por uma densa nuvem de poeira, que bloqueou a luz directa da estrela de neutrões em vários comprimentos de onda, como se fosse neblina a cobrir um holofote.”

Mikako Matsuura, outro autor do estudo, explicou que o telescópio localizado no deserto do Atacama foi essencial para colocar um ponto final nesta busca que dura há mais de duas décadas.

“Apesar de a luz da estrela de neutrões ser absorvida pela nuvem de poeira que a rodeia, isso faz com que a nuvem brilhe sob luz sub-milimétrica, que agora podemos observar e identificar com o extremamente sensível telescópio ALMA”, explicou.

A Super-nova 1987A é uma das explosões mais próximas da Terra alguma vez registadas. A dificuldade em encontrar a estrela de neutrões resultante deste evento chegou a criar algumas dúvidas no seio científico, com muitos astrónomos a questionar se a ciência havia entendido o progresso da vida de uma estrela deste tipo.

O mais recente registo dos investigadores da Universidade de Cardiff é essencial para avanços futuros no estudo do Universo.

ZAP //

Por ZAP
29 Novembro, 2019

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2898: Primeira identificação de um elemento pesado formado durante a colisão de duas estrelas de neutrões

CIÊNCIA

Com o auxílio de dados recolhidos pelo instrumento X-shooter montado no VLT do ESO, uma equipa de investigadores europeus descobriu assinaturas de estrôncio formado numa fusão de duas estrelas de neutrões. Esta imagem artística mostra duas estrelas de neutrões minúsculas mas muito densas na altura em que se fundem e explodem sob a forma de uma quilonova. Em primeiro plano, vemos uma representação de estrôncio recém formado.
Crédito: ESO/L. Calçada/M. Kornmesser

Foi detectado pela primeira vez no espaço um elemento pesado recém-formado, o estrôncio, no seguimento de uma fusão de duas estrelas de neutrões. Esta descoberta, feita com observações efectuadas pelo espectrógrafo X-shooter, montado no VLT (Very Large Telescope) do ESO, foi publicada anteontem na revista Nature. A detecção confirma que os elementos mais pesados do Universo se podem formar em fusões de estrelas de neutrões, dando-nos assim a peça que faltava no puzzle da formação de elementos químicos.

Em 2017, no seguimento da detecção das ondas gravitacionais que passaram pela Terra, o ESO apontou os seus telescópios, incluindo o VLT, à fonte destas ondas: uma fusão de estrelas de neutrões chamada GW170817. Os astrónomos suspeitavam que, se os elementos pesados se formassem efectivamente em colisões de estrelas de neutrões, as assinaturas destes elementos poderiam ser detectadas em quilonovas, os resultados explosivos destas fusões. Foi exactamente isso que uma equipa de investigadores europeus fez, usando dados recolhidos pelo instrumento X-shooter, montado no VLT do ESO.

No seguimento da fusão GW170817, o complemento de telescópios do ESO começou a monitorizar a explosão de quilonova emergente num vasto domínio de comprimentos de onda. Em particular, o X-shooter obteve uma série de espectros desde o ultravioleta ao infravermelho próximo. A análise preliminar destes espectros sugeria a presença de elementos pesados na quilonova, mas os astrónomos não conseguiram identificar na altura elementos individuais.

“Ao reanalisar os dados da fusão obtidos em 2017, identificámos a assinatura de um elemento pesado nesta bola de fogo, o estrôncio, provando assim que a colisão de estrelas de neutrões dá origem a este elemento no Universo,” diz o autor principal do estudo, Darach Watson da Universidade de Copenhaga, na Dinamarca. Na Terra, o estrôncio encontra-se no solo de forma natural, estando concentrado em certos minerais. Os seus sais são utilizados para dar ao fogo de artifício uma cor vermelha brilhante.

Os astrónomos conhecem os processos físicos que dão origem aos elementos desde a década de 1950. Nas décadas seguintes, foram sendo descobertas as regiões cósmicas de cada uma destas forjas nucleares principais, excepto uma. “Esta é a fase final de uma busca de longas décadas para descobrir a origem dos elementos,” disse Watson. “Sabemos que os processos que formaram os elementos ocorreram essencialmente em estrelas normais, em explosões de super-novas e nas camadas mais exteriores de estrelas velhas. Mas, até agora, não conhecíamos a localização do processo final, conhecido por captura rápida de neutrões e que deu origem aos elementos mais pesados da tabela periódica.”

A captura rápida de neutrões é um processo no qual um núcleo atómico captura neutrões de modo suficientemente rápido para permitir a formação de elementos muito pesados. Apesar de muitos elementos serem produzidos nos núcleos das estrelas, para criar elementos mais pesados que o ferro, tais como o estrôncio, são necessários meios ainda mais quentes com muitos neutrões livres. A captura rápida de neutrões ocorre naturalmente apenas em ambientes extremos, onde os átomos são bombardeados por um enorme número de neutrões.

“Esta é a primeira vez que conseguimos associar directamente material recém-formado por captura de neutrões com uma fusão de estrelas de neutrões, confirmando assim que as estrelas de neutrões são efectivamente compostas de neutrões e associando a tais fusões o processo de captura rápida de neutrões tão debatido,” diz Camilla Juul Hansen do Instituto Max Planck para Astronomia em Heidelberg, na Alemanha, que desempenhou um papel principal neste estudo.

Os cientistas começam agora finalmente a compreender melhor as fusões de estrelas de neutrões e as quilonovas. Devido ao conhecimento limitado que temos destes fenómenos e a várias complexidades nos espectros que o X-shooter obteve da explosão, os astrónomos não tinham conseguido identificar anteriormente elementos individuais.

“Na realidade, a ideia de que poderíamos estar a ver estrôncio ocorreu-nos pouco depois do evento. No entanto, mostrar que este era de facto o caso revelou-se muito difícil. Esta dificuldade deveu-se ao nosso conhecimento muito incompleto da aparência espectral dos elementos mais pesados da tabela periódica,” disse Jonatan Selsing, da Universidade de Copenhaga, Dinamarca, e outro dos autores principais do artigo científico que descreve estes resultados.

A fusão GW170817 tratou-se da quinta detecção de ondas gravitacionais, tornada possível graças ao LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) da NSF nos EUA e ao interferómetro Virgo na Itália. Situada na galáxia NGC 4993, esta fusão foi a primeira, e até à data a única, fonte de ondas gravitacionais onde a contraparte visível foi detectada por telescópios na Terra.

Com os esforços combinados do LIGO, Virgo e VLT, podemos agora compreender melhor os mecanismos interiores das estrelas de neutrões e as suas fusões explosivas.

Astronomia On-line
25 de Outubro de 2019

 

2698: Pulsos raios gama de estrela de neutrões que gira 707 vezes por segundo

Um pulsar e a sua pequena companheira estelar, vistas no seu plano orbital. A poderosa radiação e o “vento” pulsar – um fluxo de partículas altamente energéticas – aquecem fortemente o lado da estrela orientado na direcção do pulsar até temperaturas duas vezes mais altas do que a superfície do Sol. O pulsar está a evaporar gradualmente a sua parceira, que enche o sistema com gás ionizado e impede os astrónomos de detectarem, na maior parte do tempo, o feixe rádio do pulsar.
Crédito: Centro de Voo Espacial Goddard da NASA/Cruz deWilde

Uma equipa internacional de investigação liderada pelo Instituto Max Planck para Física Gravitacional (Instituto Albert Einstein em Hannover) descobriu que o pulsar de rádio J0952-0607 também emite radiação gama pulsada. J0952-0607 gira 707 vezes por segundo e é o segundo na lista de estrelas de neutrões de rápida rotação. Através da análise de 8,5 anos de dados do Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi da NASA, observações de rádio do LOFAR dos últimos dois anos, observações de dois grandes telescópios ópticos, e dados de ondas gravitacionais dos detectores LIGO, a equipa usou uma abordagem variada para estudar em detalhe o sistema binário do pulsar e da sua companheira leve. O estudo publicado na revista The Astrophysical Journal mostra que os sistemas pulsares extremos estão escondidos nos catálogos Fermi e motiva investigações adicionais. Apesar de muito extensa, a análise também levanta novas questões não respondidas sobre este sistema.

Os pulsares são os restos compactos de explosões estelares que possuem fortes campos magnéticos e que giram muito depressa. Emitem radiação como um farol cósmico e podem ser observados como pulsares de rádio e/ou pulsares de raios gama, dependendo da sua orientação para a Terra.

O pulsar mais rápido fora dos enxames globulares

PSR J0952-0607 (o nome indica a posição no céu) foi descoberto pela primeira vez em 2017 por observações de rádio de uma fonte identificada pelo Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi como possivelmente um pulsar. Não foram detectadas pulsações de raios gama nos dados do LAT (Large Area Telescope) a bordo do Fermi. Observações com os radiotelescópios LOFAR identificaram uma fonte de rádio pulsante e – juntamente com as observações por telescópios ópticos – permitiram medir algumas propriedades do pulsar. Está a orbitar o centro de massa comum em 6,2 horas com uma estrela companheira que tem apenas 1/50 da massa do nosso Sol. O pulsar gira 707 vezes por segundo e é, portanto, a mais rápida rotação na nossa Galáxia para lá dos densos ambientes dos enxames globulares.

Procurando sinais extremamente fracos

Usando estas informações anteriores do sistema binário, Lars Nieder, estudante de doutoramento no Instituto Albert Einstein em Hannover, decidiu verificar se o pulsar também emitia raios gama pulsados. “Esta investigação é extremamente desafiadora porque o Telescópio de Raios Gama Fermi apenas registou o equivalente a cerca de 200 raios gama oriundos do pulsar fraco nos seus 8,5 anos de observações. Durante este período, o próprio pulsar girou 220 mil milhões de vezes. Por outras palavras, apenas foi observado um raio gama a cada mil milhões de rotações!”, explicou Nieder. “Para cada um destes raios gama, a pesquisa deve identificar exactamente quando e qual das rotações de 1,4 milissegundos o emitiu.”

Isto requer vasculhar os dados com uma resolução muito fina para não perder nenhum sinal possível. O poder de computação necessário é enorme. A busca muito sensível por pulsações leves de raios gama levaria 24 anos a ser concluída num único núcleo de computador. Ao usarem o complexo computacional do Instituto Albert Einstein em Hannover, terminaram em apenas 2 dias.

Uma estranha primeira detecção

“A nossa pesquisa encontrou um sinal, mas algo estava errado! O sinal era muito fraco e não estava exactamente onde deveria estar. A razão: a nossa detecção de raios gama de J0952-0607 havia revelado um erro de posição nas observações iniciais do telescópio óptico que usámos para direccionar a nossa análise. A nossa descoberta das pulsações de raios gama revelou este erro,” explica Nieder. “Este erro foi corrigido na publicação que relatou a descoberta do pulsar de rádio. Uma nova e extensa pesquisa de raios gama fez uma descoberta bastante fraca – mas estatisticamente significativa – de pulsar de raios gama na posição corrigida.”

Tendo descoberto e confirmado a existência da radiação gama pulsada do pulsar, a equipa voltou aos dados do Fermi e usou os 8,5 anos completos de Agosto de 2008 a Janeiro de 2017 para determinar os parâmetros físicos do pulsar e do seu sistema binário. Dado que a radiação gama de J0952-0607 era muito fraca, tiveram que aprimorar o seu método de análise desenvolvido anteriormente para incluir correctamente todas as incógnitas.

Outra surpresa: sem pulsos gama até Julho de 2011

A solução derivada continha outra surpresa, porque era impossível detectar pulsos de raios gama da estrela de neutrões nos dados anteriores a Julho de 2011. A razão pela qual o pulsar parece apenas mostrar pulsos após essa data é desconhecida. As variações na quantidade de raios gama emitidos podem ser uma razão, mas o pulsar é tão ténue que não foi possível testar esta hipótese com precisão suficiente. Alterações na órbita do pulsar, vistas em sistemas similares, também podem fornecer uma explicação, mas não havia sequer uma pista nos dados de que isso estava a acontecer.

Observações ópticas levantam outras questões

A equipa também usou observações com o NTT (New Technology Telescope) do ESO em La Silla e com o GTC (Gran Telescopio Canarias) em La Palma para examinar a estrela companheira do pulsar. Muito provavelmente tem bloqueio de marés em relação ao pulsar, como a Lua em relação à Terra, de modo que um lado está sempre virado para o pulsar e é aquecido pela sua radiação. Embora a estrela companheira orbite o sistema de massa do binário, o seu lado “diurno” mais quente e o seu lado “nocturno” mais frio são visíveis da Terra e o brilho e a cor observada variam.

Estas observações criam outro enigma. Embora as observações rádio apontem para uma distância de aproximadamente 4400 anos-luz, as observações ópticas implicam uma distância cerca de três vezes maior. Se o sistema estivesse relativamente próximo da Terra, apresentaria uma companheira extremamente compacta e densa, nunca antes vista, enquanto as distâncias maiores são compatíveis com as densidades de companheiras pulsares semelhantes conhecidas. Uma explicação para esta discrepância pode ser a existência de ondas de choque no vento de partículas do pulsar, que podem levar a um aquecimento diferente da companheira. Mais observações de raios gama com o LAT do Fermi devem ajudar a responder a esta pergunta.

À procura de ondas gravitacionais contínuas

Outro grupo de investigadores do Instituto Albert Einstein em Hannover procurou a emissão contínua de ondas gravitacionais do pulsar usando dados da primeira (O1) e da segunda (O2) campanhas de observação do LIGO. Os pulsares podem emitir ondas gravitacionais quando possuem pequenas “colinas” ou “inchaços” à sua superfície. A investigação não detectou ondas gravitacionais, o que significa que a forma do pulsar deve estar muito próxima de uma esfera perfeita, com as maiores deformações não excedendo fracções de um milímetro.

Estrelas de neutrões em rápida rotação

A compreensão dos pulsares em rápida rotação é importante porque são sondas da física extrema. A rapidez com que as estrelas de neutrões podem girar antes de se separarem devido às forças centrífugas é desconhecida e depende de física nuclear desconhecida. Os pulsares de milissegundo como J0952-0607 giram tão depressa porque foram acelerados pela acreção de matéria da sua companheira. Pensa-se que este processo enterre o campo magnético do pulsar. Com observações de raios gama a longo prazo, a equipa de investigação mostrou que J0952-0607 possui um dos dez campos magnéticos mais baixos já medidos para um pulsar, consistente com as expectativas teóricas.

Einstein@Home procura casos de estudo de física extrema

“Vamos continuar a estudar este sistema com observatórios de raios gama, rádio e ópticos, pois ainda há perguntas sem resposta. Esta descoberta também mostra mais uma vez que os sistemas pulsares extremos estão escondidos no catálogo LAT do Fermi,” diz o professor Bruce Allen, supervisor do doutoramento de Nieder e Director do Instituto Albert Einstein em Hannover. “Também estamos a utilizar o nosso projecto de computação distribuída de ciência cidadã, Einstein@Home, para procurar sistemas binários com pulsares de raios gama noutras fontes do LAT do Fermi e estamos confiantes que vamos fazer mais descobertas empolgantes no futuro.”

Astronomia On-line
24 de Setembro de 2019

 

2657: Astrónomos detectaram a estrela de neutrões mais densa de sempre

CIÊNCIA

Apesar de ter apenas 30 quilómetros de diâmetro, tem uma massa duas vezes maior que a do sol, muito perto do limite que, em teoria, provoca o colapso da estrela, transformando-a num buraco negro.

Estrelas de neutrões são as mais densas que se conhecem. Um cubo de açúcar feito do material destas estrelas pesaria 100 milhões de toneladas na Terra
© Foto ESO/L. Calçada/M. Kornmesser

Uma equipa de astrónomos norte-americanos detectou a estrela de neutrões mais densa identificada até hoje no Universo. Com cerca de 30 quilómetros, a estrela J0740 + 6620 está a 4600 anos-luz de distância e tem 2,17 vezes a massa do sol e 333 mil vezes a massa da Terra. A descoberta foi divulgada esta segunda-feira no jornal Nature Astronomy.

As estrelas de neutrões formam-se após a explosão de grandes estrelas – são, na verdade, uma fase final da vida da estrela. Nas estrelas de neutrões já não existem as reacções nucleares que fornecem energia a estes corpos celestes. Sem esta condicionante, a força da gravidade comprime a matéria dentro de um raio muito pequeno, de apenas algumas dezenas de quilómetros, pelo que as estrelas de neutrões são as mais pequenas e densas que se conhecem.

Um exemplo, dado pelo próprio Observatório que fez a descoberta, através do telescópio Green Bank, na Virgínia: um cubo de açúcar feito do material de uma estrela de neutrões pesaria, na Terra, 100 milhões de toneladas.

Astronomers using the Green Bank Telescope have discovered the most massive neutron star to date.

Learn more https://bit.ly/2kfU7D7 #neutronstar #star #astronomy #radioastronomy #GBT #GreenBankTelescope #NRAO #NSF

Image credit: BSaxton, NRAO/AUI/NSF

A estrela de neutrões que agora foi detectada quase desafia os limites da Física, dado que tem uma densidade já muito próxima do limite em que deverá colapsar e transformar-se num buraco negro, o que é suposto acontecer, em termos teóricos, se tiver uma massa maior do que 2,2 massas solares. A J0740+6620 não está longe: tem 2.17 vezes a massa do Sol.

A estrela agora detectada é um pulsar, um tipo específico de estrela de neutrões que emite ondas de rádio a partir dos pólos magnéticos. “Esses feixes varrem o espaço de maneira semelhante a um farol”, explica o Observatório – “Alguns giram centenas de vezes a cada segundo. Como os pulsares giram com velocidade e regularidade, os astrónomos podem usá-los como o equivalente cósmico dos relógios atómicos”.

A acrescer a isto, o trabalho da equipa de investigadores beneficiou da proximidade de uma estrela anã relativamente à estrela de neutrões. Os dois objectos celestes orbitam entre si e a gravidade que exercem é tal que deforma o espaço, distorcendo assim a radiação emitida pela estrela de neutrões, que por força deste efeito demora mais tempo a “viajar” no espaço – um fenómeno conhecido como atraso de Shapiro ou atraso de tempo gravitacional -, o que permitiu aos investigadores calcular a massa do J0740+6620.

Diário de Notícias
DN
17 Setembro 2019 — 14:18

 

2547: Astrónomos encontram brilho dourado de colisão estelar distante

CIÊNCIA

Nesta série de imagens capturadas pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA, uma recém-confirmada quilonova (seta vermelha) – uma explosão cósmica que cria enormes quantidades de ouro e platina – desvanece rapidamente de vista à medida que o brilho da explosão diminui ao longo de 10 dias. A quilonova foi originalmente identificada como uma explosão de raios-gama, mas uma equipa de astrónomos reexaminou recentemente os dados e descobriu evidências de uma quilonova.
Crédito: NASA/ESA/E. Troja

No dia 17 de Agosto de 2017, os cientistas fizeram história com a primeira observação directa de uma fusão entre duas estrelas de neutrões. Foi o primeiro evento cósmico detectado com ondas gravitacionais e no espectro electromagnético, desde raios-gama ao rádio.

O impacto também criou uma quilonova – uma explosão “turbinada” que forjou instantaneamente o equivalente a centenas de planetas em ouro e platina. As observações forneceram a primeira evidência convincente de que as quilonovas produzem grandes quantidades de metais pesados, uma descoberta há muito prevista pela teoria. Os astrónomos suspeitam que todo o ouro e toda a platina da Terra se formaram como resultado de antigas quilonovas criadas durante colisões entre estrelas de neutrões.

Com base nos dados do evento de 2017, descoberto pela primeira vez pelo LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory), os astrónomos começaram a ajustar as suas suposições de como uma quilonova deveria aparecer para os observadores terrestres. Uma equipa liderada por Eleonora Troja, investigadora associada do Departamento de Astronomia da Universidade de Maryland, EUA, reexaminou dados de uma explosão de raios-gama detectada em Agosto de 2016 e encontrou novas evidências de uma quilonova que passou despercebida durante as observações iniciais.

O Observatório Neil Gehrels Swift da NASA começou a rastrear o evento de 2016, com o nome GRB160821B, minutos depois de ter sido detectado. A captura antecipada permitiu à equipa de investigação reunir novas informações que faltavam às observações da quilonova detectada pelo LIGO, que só começaram 12 horas após a colisão inicial. Troja e colegas relataram estas novas descobertas na edição de 27 de Agosto da revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

“O evento de 2016 foi, ao início, muito emocionante. Estava próximo e foi visível a todos os principais telescópios, incluindo o Telescópio Espacial Hubble da NASA. Mas não correspondia às nossas previsões – esperávamos ver a emissão infravermelha tornar-se cada vez mais brilhante ao longo de várias semanas,” explicou Troja, também do Centro de Voo Espacial Goddard da NASA. “Dez dias após o evento, quase nenhum sinal permanecia. Ficámos todos muito desapontados. Então, um ano mais tarde, aconteceu o evento LIGO. Analisámos os nossos dados antigos com novos olhos e percebemos que, de facto, havíamos capturado uma quilonova em 2016. Os dados infravermelhos dos dois eventos têm luminosidades semelhantes e exactamente a mesma escala de tempo.”

As semelhanças entre os dois eventos sugerem que a quilonova de 2016 também resultou da fusão de duas estrelas de neutrões. As quilonovas podem também resultar da fusão de um buraco negro e de uma estrela de neutrões, mas não se sabe se tal evento produziria uma assinatura diferente em observações de raios-X, infravermelho, rádio e no visível.

Segundo Troja, as informações recolhidas durante o evento de 2016 não contêm tantos detalhes quanto as observações do evento LIGO. Mas a cobertura dessas primeiras horas – ausentes do registo do evento LIGO – revelou novas informações importantes sobre os estágios iniciais de uma quilonova. Por exemplo, a equipa observou pela primeira vez o novo objecto que permaneceu após a colisão, que não foi visível nos dados do evento LIGO.

“O remanescente pode ser uma estrela de neutrões hiper-massiva e altamente magnetizada, conhecida como magnetar, que sobreviveu à colisão e depois colapsou para um buraco negro,” disse Geoffrey Ryan, do Departamento de Astronomia da Universidade de Maryland e co-autor do artigo científico. “Isto é interessante, porque a teoria sugere que um magnetar devia retardar ou até interromper a produção de metais pesados, que é a principal fonte da assinatura de radiação infravermelha de uma quilonova. A nossa análise sugere que os metais pesados são, de alguma forma, capazes de escapar à influência da mitigação do objecto remanescente.”

Troja e colegas planeiam aplicar as lições aprendidas para reavaliar eventos passados, além de melhorar a sua abordagem para observações futuras. Vários eventos candidatos foram identificados com observações no visível, mas Troja está mais interessada em eventos com uma forte assinatura infravermelha – o indicador revelador da produção de metais pesados.

“O sinal infravermelho, muito brilhante, deste evento, provavelmente torna-o na quilonova mais evidente já observada no Universo distante,” acrescentou Troja. “Estou muito interessada em saber como as propriedades da quilonova mudam com progenitores e remanescentes finais diferentes. À medida que observamos mais destes eventos, podemos aprender que existem muitos tipos diferentes de quilonovas na mesma família, como é o caso dos muitos tipos diferentes de super-novas. É muito empolgante moldar o nosso conhecimento em tempo real.”

Astronomia On-line
30 de Agosto de 2019

 

2501: 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

 

2484: 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

 

2087: 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

2060: 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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