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

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

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

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

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

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

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

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

Astronomia On-line
19 de Maio de 2020

 

spacenews

 

3592: Um sinal como nenhum antes

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Fusão de um buraco negro binário onde os dois objectos têm massas muito diferentes – 8 e 30 vezes a massa do Sol.
Crédito: N. Fischer, H. Pfeiffer, A. Buonanno (Instituto Max Planck para Física Gravitacional), projecto SXS (Simulating eXtreme Spacetimes)

As expectativas da comunidade de pesquisa de ondas gravitacionais foram cumpridas: as descobertas de ondas gravitacionais são agora parte do seu trabalho diário, pois identificaram na última campanha de observação, O3, novos candidatos a ondas gravitacionais cerca de uma vez por semana. Mas agora os investigadores publicaram um sinal notável, diferente de todos os observados anteriormente: GW190412 é a primeira observação da fusão de um buraco negro binário onde os dois objectos têm massas muito diferentes, de 8 e 30 vezes a massa do Sol. Isto não só permitiu medições mais precisas das propriedades astrofísicas do sistema, como também permitiu que os cientistas do LIGO/Virgo verificassem uma previsão até agora não testada da teoria da relatividade geral de Einstein.

“Pela primeira vez ‘ouvimos’ em GW190412 o zumbido inconfundível de ondas gravitacionais de uma harmonia mais alta, semelhante a sons de instrumentos musicais,” explica Frank Ohme, líder do Grupo de investigação “Observações de Fusões Binárias e Relatividade Numérica” do Instituto Max Planck para Física Gravitacional (Instituto Albert Einstein) em Hannover. “Em sistemas com massas desiguais como GW190412 – a nossa primeira observação deste tipo – estes tons no sinal das ondas gravitacionais são muito mais altos do que nos das nossas observações normais. É por isso que não os conseguíamos ouvir antes, mas com GW190412, finalmente podemos.” Esta observação confirma mais uma vez a teoria da relatividade geral de Einstein, que prevê a existência destes tons mais agudos, ou seja, ondas gravitacionais com duas ou três vezes a frequência fundamental observada até agora.

“Os buracos negros no coração de GW190412 têm 8 e 30 vezes a massa do nosso Sol, respectivamente. Este é o primeiro buraco negro binário que observámos cuja diferença de massa entre os dois objectos é tão grande!” diz Roberto Cotesta, estudante de doutoramento na divisão “Relatividade Astrofísica e Cosmológica” do Instituto Albert Einstein (IAE) em Potsdam, Alemanha. “Esta grande diferença de massas significa que podemos medir com mais precisão várias propriedades do sistema: a sua distância até nós, o ângulo de observação e a rapidez com que o buraco negro mais pesado gira sobre si próprio.”

Um sinal como nenhum antes

GW190412 foi observado pelo detector LIGO e pelo detector Virgo no dia 12 de Abril de 2019, no início da terceira campanha de observação (O3) dos instrumentos. As análises revelam que a fusão ocorreu a uma distância de 1,9 a 2,9 mil milhões de anos-luz da Terra. O novo sistema de massa desigual é uma descoberta única, pois todos os binários observados anteriormente pelos detectores LIGO e Virgo tinham massas aproximadamente iguais.

As massas desiguais estão “imprimidas” no sinal observado da onda gravitacional, que por sua vez permite que os cientistas meçam com mais precisão certas propriedades astrofísicas do sistema. A presença de uma harmonia mais aguda torna possível quebrar uma ambiguidade entre a distância do sistema e o ângulo a que observamos o seu plano orbital; portanto, estas propriedades podem ser medidas com maior precisão do que em sistemas de massas idênticas sem harmonias mais agudas.

“Durante as campanhas O1 e O2, observámos a ponta do icebergue da população binária composta por buracos negros de massa estelar,” diz Alessandra Buonanno, directora da divisão “Relatividade Astrofísica e Cosmológica” do IAE em Potsdam e professora na Universidade de Maryland em College Park, EUA. “Graças à sensibilidade aprimorada, GW190412 começou a revelar-nos uma população mais diversa, caracterizada por uma assimetria de massa até um factor de 4 e buracos negros que giram a cerca de 40% do valor máximo possível permitido pela relatividade geral,” acrescentou.

Os investigadores do Instituto Albert Einstein contribuíram para a detecção e análise de GW190412. Forneceram modelos precisos das ondas gravitacionais dos buracos negros coalescentes que incluíram, pela primeira vez, a precessão das rotações dos buracos negros e os momentos multípolos para lá do quadrupolo dominante. Estas características impressas na forma da onda foram cruciais para extrair informações únicas sobre as propriedades da fonte e realizar os nossos testes da relatividade geral. As redes de computadores de alto desempenho “Minerva” e “Hypatia” no IAE em Potsdam e “Holodeck” no IAE em Hannover contribuíram significativamente para a análise do sinal.

Testando a teoria de Einstein

Os cientistas do LIGO/Virgo também usaram GW190412 para procurar desvios dos sinais que a teoria da relatividade geral de Einstein prevê. Embora o sinal tenha propriedades diferentes de todos os outros encontrados até agora, os investigadores não conseguiram encontrar um desvio significativo das previsões relativísticas gerais.

Esta descoberta é a segunda relatada da terceira campanha de observação (O3) da rede internacional de detectores de ondas gravitacionais. Os cientistas dos três grandes detectores fizeram várias actualizações tecnológicas nos instrumentos.

“Durante a O3, foi usada luz ‘espremida’ para aumentar a sensibilidade do LIGO e do Virgo. Esta técnica de ajustar cuidadosamente as propriedades da mecânica quântica da luz laser foi explorada no detector alemão-britânico GEO600,” explica Karsten Danzmann, director do IAE em Hannover e director do Instituto para Física Gravitacional da Universidade de Leibniz em Hannover. “O Instituto Albert Einstein está a liderar os esforços mundiais para maximizar o grau de compressão, que já melhorou a sensibilidade do detector GEO600 por um factor de dois. Os nossos avanços nesta tecnologia vão beneficiar todos os futuros detectores de ondas gravitacionais.”

2 concluídos, 54 na lista de tarefas

A rede de detectores emitiu alertas para 56 possíveis eventos (candidatos) de ondas gravitacionais durante a campanha O3 (de 1 de Abril de 2019 a 27 de Março de 2020, com uma interrupção para actualizações e comissionamento em Outubro de 2019). Destes 56, um outro sinal confirmado, GW190425, já foi publicado. Os cientistas do LIGO e do Virgo estão a examinar todos os restantes 54 candidatos e publicarão todos aqueles para os quais as análises detalhadas de acompanhamento confirmem a sua origem astrofísica.

A observação de GW190412 significa que sistemas similares provavelmente não são tão raros quanto o previsto por alguns modelos. Portanto, com observações adicionais de ondas gravitacionais e catálogos de eventos cada vez maiores no futuro, são esperados mais destes sinais. Cada um deles poderá ajudar os astrónomos a melhor entender como os buracos negros e os seus sistemas binários são formados, e a lançar uma nova luz sobre a física fundamental do espaço-tempo.

Astronomia On-line
24 de Abril de 2020

 

spacenews

 

3264: Astrónomos descobrem uma das “fusões mais violentas” entre dois grupos de galáxias

CIÊNCIA

Chandra / NASA / CXC / SAO / E. O’Sullivan / ESA / XMM / SDSS

Uma equipa de astrónomos descobriu dois grupos de galáxias no sistema de fusão NGC 6338 a colidir a uma velocidade gritante de cerca de 6,4 milhões de quilómetros por hora.

Através dos dados fornecidos pelo Observatório de Raios-X Chandra da NASA, do XMM-Newton da ESA, do Telescópio Gigante de Metaveave e do Observatório Apache Point, uma equipa de astrónomos descobriu dois grupos de galáxias a colidir a grande velocidade –  a 6,4 milhões de quilómetros por hora. Esta pode ser a colisão mais violenta alguma vez observada entre grupos de galáxias.

As observações permitiram também concluir que os núcleos frios destes grupos de galáxias estão embutidos numa grande região de gás aquecido.

O sistema NGC 6338 mora na constelação de Draco, a cerca de 380 milhões de anos-luz do nosso planeta. A massa total deste sistema é de cerca de 100 biliões de massas solares – cerca de 83% na forma de matéria escura, 16% na forma de gás quente e 1% de estrelas.

Estudos anteriores indicaram a presença de regiões de gás frio, que emitem raios X em torno dos centros de ambos os grupos de galáxias – conhecidos como “núcleos frios”. Esta descoberta ajudou os cientistas a reconstruir a geometria deste sistema, revelando que a colisão entre os grupos de galáxias aconteceu quase ao longo da linha de visão da Terra. Esta descoberta foi confirmada neste novo estudo.

“Os novos dados mostram que o gás à esquerda e à direita dos núcleos frios, e entre eles, parece ter sido aquecido por frentes de choque formadas pela colisão“, adiantou Ewan O’Sullivan, do Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, nos Estados Unidos, citado pelo Sci-News.

Este padrão de gás aquecido por choque foi previsto em simulações de computador, mas o sistema NGC 6338 pode ser a primeira fusão de grupos de galáxias a demonstrar este fenómeno. Por sua vez, o aquecimento impedirá que parte do gás quente arrefeça para formar novas estrelas.

“Uma segunda fonte de calor comummente encontrada em grupos e aglomerados de galáxias é a energia fornecida por explosões e jactos de partículas de alta velocidade geradas por buracos negros super-massivos”, explicaram os astrónomos. Esta fonte de calor parece estar inactiva em NGC 6338.

“Esta ausência pode explicar os filamentos de gás de arrefecimento detectados em raios X e dados ópticos em torno da grande galáxia no centro do núcleo frio no sul”. O artigo científico foi publicado recentemente na Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

ZAP //

Por ZAP
25 Dezembro, 2019

 

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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

 

2483: Hubble captou a imagem impressionante do “beijo” de duas galáxias

O Telescópio Espacial Hubble conseguiu fotografar duas galáxias que se “tocaram” pela primeira vez. É um duo conhecido como UGC 2369, e ambos os sistemas serão apenas um… mas daqui a milhões de anos.

Os dois sistemas fotografados pelo telescópio Hubble podem dar pistas do que acontecerá com a nossa Via Láctea.

Hubble captou o beijo entre galáxias

Na impressionante imagem podemos ver a rotação de um ao redor do outro. Isto porque as suas gravidades são atraídas para o fim inevitável: a fusão. Conforme explica a Agência Espacial Europeia (ESA), tudo o que actualmente liga as duas galáxias é uma “ponte fina de gás, poeira e estrelas”.

A maioria das galáxias pertence a um grupo de vários sistemas, nos quais as interacções entre eles são frequentes. E nem sempre acontece de forma violenta ou abrupta. Na verdade, tudo pode ser muito mais subtil, como no caso do UGC 2369. Em muitas ocasiões, o fio invisível da atracção faz com que as galáxias se deformem, com “caudas” e “braços” estendendo-se do centro e transformando-as em formas impressionantes, como é o caso aqui.

This is UGC 2369, seen by NASA/ESA @HUBBLE_space. It’s actually two galaxies interacting, being pulled closer together by their gravitational attraction, in a similar process that will see our galaxy, the Milky Way, collide with the Andromeda galaxy. See http://socsi.in/1myr9 

Via Láctea: Um dia também iremos ser esmagados

As fusões, por outro lado, são muito mais destrutivas, e isso é mais provável de ocorrer especialmente quando as galáxias são semelhantes em tamanho. Esses eventos maiores são menos comuns do que fusões menores, mas acredita-se que a nossa própria galáxia tenha uma colisão “próxima” no futuro.

Neste momento, a Via-Láctea em que vivemos está ocupada esmagando e absorvendo duas galáxias anãs próximas, conhecidas como Sagitário e Cão Maior. Mas um dia, a nossa galáxia pode tornar-se o menu de uma galáxia maior. De facto, os astrónomos estão certos de que a Via Láctea e as galáxias de Andrómeda irão colidir nalgum momento daqui a mil milhões de anos. Exactamente quando poderá ser e como se irá desenvolver ainda está a ser debatido pela comunidade científica.

Embora a fusão UGC 2369 pareça nova, este duo galáctico é considerado num estágio relativamente avançado. Portanto, treinar o olho de Hubble em interacções como esta pode dar-nos uma ideia do destino da nossa própria galáxia.

2357: A Via Láctea é canibal (e já comeu uma galáxia vizinha)

CIÊNCIA

Z. Levay and R. van der Marel, STScI; T. Hallas; and A. Mellinger / NASA, ESA

A nossa Via Láctea comeu uma galáxia gigante há dez mil milhões de anos. Galáxias menores – como a Via Láctea na sua vida anterior – fundem-se e criam as maiores. Ao fazer isso, formam-se e evoluem com o tempo.

Agora, os investigadores afirmam ter percebido quando é que a Via Láctea comeu uma das outras galáxias que criariam a vasta massa de estrelas em turbilhão e matéria que nos cercam.

Os cientistas há muito sabem que a nossa galáxia teve uma fusão significativa no seu passado, estudando a composição química dessas estrelas. Mas tem sido difícil entender quando pode ter acontecido.

A evidência de uma fusão massiva entre a Via Láctea e a galáxia de Gaia Enceladus ocorreu em 2018, quando cientistas usaram dados do satélite Gaia da Agência Espacial Europeia para mostrar que um grande número de estrelas parecia estar fora de lugar. Num artigo publicado pela revista Nature, a equipa disse que o halo interno da Via Láctea é “dominado por detritos” de outra galáxia.

De acordo com um estudo publicado a 22 de Julho na revista Nature Astronomy, Carme Gallart, do Instituto de Astrofísica de Canárias, em Espanha, e os seus colegas construíram o que dizem ser uma imagem precisa da distribuição etária das estrelas no disco actual e no halo interno da Via Láctea. Os cientistas acham que a maioria das estrelas no halo da Via Láctea, mais próximas do Sol, tem idades que vão até dez mil milhões de anos.

Usando simulações, os autores identificaram essa idade como o ponto em que o precursor da Via Láctea se fundiu com uma das suas então companheiras, Gaia-Enceladus. A investigação sugere que a galáxia Gaia-Enceladus tinha cerca de 30% da massa de estrelas da Via Láctea, mas os cientistas enfatizam que essa proporção ainda é bastante incerta. Isto indicaria uma razão de massa total de cerca de 4:1 entre as duas galáxias.

Os autores identificaram estrelas que estavam presentes antes da fusão e aquelas que se originaram depois dela, usando o conhecimento das suas idades exactas. Estrelas que são mais vermelhas na sua aparência devido ao seu maior conteúdo de metal, localizam as estrelas originais formadas na pré-fusão.

Os investigadores dizem que a fusão aqueceu algumas das estrelas formadas no disco galáctico para fazer parte do seu halo. Também forneceu à Via Láctea material para criar novas estrelas e dar-lhe a aparência actual. Os autores dizem que distâncias precisas de estrelas individuais da Via Láctea agora fornecidas pela missão espacial Gaia permitiram que derivassem as idades.

“Como faltavam idades estelares precisas, o tempo da fusão e o seu papel na evolução inicial da nossa Galáxia continuavam obscuros. Aqui mostramos que as estrelas em ambas as sequências de halo partilham distribuições de idade idênticas e são mais antigas que a maioria das estrelas de disco espesso”, disseram os cientistas.

“Juntamente com as simulações cosmológicas de última geração da formação de galáxias, essas idades permitem ordenar a primeira sequência de eventos que moldaram a nossa galáxia”, concluíram.

Este não é o único momento em que a Via Láctea se fundiu com outras galáxias, de acordo com a Newsweek. Acredita-se que ao longo da sua história tenha “comido” muitas outras galáxias menores. Os efeitos das fusões não são visíveis em pequena escala. “A distância entre as estrelas numa galáxia é tão grande que as duas galáxias se misturam, mudam a sua forma global, pode acontecer mais formação estelar pode acontecer numa e, talvez, a outra – a pequena – pare de formar novas estrelas.

ZAP //

Por ZAP
23 Julho, 2019

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1789: Resolvido o mistério escondido na fusão de gotas de água

CIÊNCIA

GLady / pixabay

Uma equipa de físicos e matemáticos britânicos usou um supercomputador para descobrir a verdade oculta na forma como as gotas de água se fundem e se unem.

Se já viu gotículas de água tocarem-se e fundirem, pode ter imaginado duas pequenas bolas de água a aproximar-se cada vez mais, até que as suas superfícies se sobrepusessem e a tensão superficial juntasse as bolas distintas num único e áspero todo. É o que é visível a olho nu.

Mas uma nova simulação com recurso a um supercomputador, publicado em 13 de Março na revista Physical Review Letters, mostra uma imagem muito mais complicada.

A simulação modelou duas gotículas de tamanho igual de água pura no espaço, até ao nível de moléculas de água individuais. Quando as gotículas se aproximaram, os cientistas encontraram pequenas ondas ultra-rápidas formadas nas superfícies das gotículas.

Os movimentos aleatórios das moléculas de água – chamados “flutuações térmicas” – fizeram as moléculas individuais saltarem e dançarem uma na direcção da outra à medida que se aproximavam.

Os investigadores chamam a este efeito ondulatório de superfície, que resulta das flutuações térmicas das moléculas, “ondas capilares térmicas”. As ondulações são muito pequenas e rápidas, neste caso, para ver numa experiência natural.

Mas a simulação mostrou que as ondas se estendem entre si, formando a ponta das gotas de água próximas. A tensão superficial das gotículas suprime as ondas, mas ainda estão presentes e ainda formam a borda de ataque das gotículas quando se aproximam umas das outras.

Os investigadores descobriram que as ondas se tocam, formando pontes entre as gotículas. Quando uma ponte se forma, a tensão superficial começa a trabalhar, selando mais ondulações “como o fecho de um casaco”.

Os investigadores simularam cerca de cinco milhões de moléculas de água, formando duas gotas de cerca de quatro milímetros de largura. A fusão completa acabou em alguns nano-segundos – demasiado rápido para qualquer câmara humana capturar.

Embora tenham simulado duas gotículas flutuando no espaço, um efeito semelhante provavelmente está a acontecer quando duas gotas se fundem numa superfície plana. Entender esse comportamento é importante porque poderia ajudar a explicar o comportamento da água dentro das nuvens e dentro das máquinas projectadas para condensar a água do ar.

ZAP // Live Science

Por ZAP
1 Abril, 2019

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655: DADOS DO GAIA REVELAM FUSÕES NA VIA LÁCTEA

Painel da esquerda: diferentes correntes estelares (pontos coloridos), o disco da Via Láctea (azul) e em preto o resto das estrelas do halo, onde a bolha horizontal em forma de charuto é visível. Painel da direita: mesmos dados, agora vistos a partir de um ângulo de 90º.
Crédito: Koppelman et al.

Astrónomos da Universidade de Groninga (Países Baixos) descobriram relíquias de eventos de fusão no halo da Via Láctea. Cinco pequenos grupos de estrelas parecem representar fusões com galáxias mais pequenas, enquanto uma grande “bolha” composta por centenas de estrelas parece ser o remanescente de um grande evento de fusão. Estes resultados foram publicados na edição de 12 de Junho da revista científica The Astrophysical Journal Letters.

O estudo é baseado na recente segunda divulgação do catálogo Gaia. A segunda versão forneceu à comunidade científica informações precisas sobre a posição e sobre o movimento de milhões de estrelas, principalmente na Via Láctea. O estudante de doutoramento Helmer Koppelman faz parte do grupo de investigação de Amina Helmi, professora de Dinâmica, Estrutura e Formação da Via Láctea, que esteve envolvida na missão Gaia quase desde o seu início. Ele começou por analisar os dados logo após a divulgação e publicou uma pré-impressão do artigo apenas oito dias depois. Foi agora oficialmente publicado.

Halo

“O nosso objectivo é estudar a evolução da Via Láctea,” afirma Koppelman. A ideia é que galáxias mais pequenas se fundem para formar galáxias maiores. “Uma das questões é saber se muitas galáxias pequenas se fundiram ou se foram apenas algumas maiores.” Tendo em conta que se pensa que a maioria das estrelas no halo da Via Láctea – a nuvem esférica de estrelas que rodeia o disco principal e o bojo da nossa Galáxia – sejam remanescentes de eventos de fusão, Koppelman e colegas focaram-se nas estrelas do halo nos dados do Gaia.

“Recolhemos informações sobre estrelas até 3000 anos-luz do Sol, pois a precisão da posição e do movimento é maior para as estrelas que estão perto de nós,” explica Koppelman. O primeiro passo foi filtrar as estrelas do disco da Via Láctea. “Estas estrelas movem-se em redor do centro do disco, por isso são facilmente identificadas.” Restaram aproximadamente 6000 estrelas no halo.

Bolha

Ao calcular a sua trajectória, Koppelman foi capaz de identificar estrelas com uma origem partilhada. “Nós descobrimos cinco pequenos enxames que pensamos serem remanescentes de cinco eventos de fusão”. No entanto, muitas das estrelas restantes também pareciam ter uma história partilhada. “Estas estrelas formam uma grande ‘bolha’ com um movimento retrógrado em comparação ao do disco. Isto sugere que são o resultado de uma fusão com uma galáxia grande. Na verdade, pensamos que este evento de fusão deve ter remodelado o disco da nossa Via Láctea”. Está em andamento um estudo mais detalhado da natureza desta fusão. “Neste momento, podemos dizer que a nossa Via Láctea foi moldada por um grande evento de fusão e algumas fusões mais pequenas.”

Koppelman também procurou estrelas pertencentes à “corrente Helmi”, que tem o nome do seu supervisor de doutoramento, que a identificou em 1999 como remanescente de um evento de fusão. “Até agora, foram identificadas menos de vinte estrelas pertencentes à corrente Helmi. Os dados do Gaia acrescentaram mais de 100 novas estrelas. “Uma análise mais detalhada deve esclarecer a natureza da galáxia que produziu esta corrente. “Também vamos olhar para estrelas a mais de 3000 anos-luz a fim de descobrir membros adicionais das diferentes correntes que identificámos. Juntamente com as simulações da evolução galáctica, deve dar-nos novas informações interessantes sobre a evolução da Via Láctea”.

Astronomia On-line
15 de Junho de 2018

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