Astrofísica anuncia a sua descoberta de “quasares frios” que podem reescrever como as galáxias morrem

Impressão de artista que ilustra um quasar energético que limpou o centro da sua galáxia de gás e poeira, e os ventos estão agora a propagar-se para os arredores. Em pouco tempo não haverá mais gás e poeira, permanecerá apenas um quasar luminoso azul.
Crédito: Michelle Vigeant

Durante a 234.ª reunião da Sociedade Astronómica Americana em St. Louis, Allison Kirkpatrick, professora assistente de física e astronomia da Universidade do Kansas, anunciou a sua descoberta de “quasares frios” – galáxias com abundância de gás frio que ainda podem produzir novas estrelas apesar de terem um quasar no centro. A descoberta revolucionária subverte suposições sobre a maturação de galáxias e pode representar uma fase do ciclo de vida de todas as galáxias, desconhecida até agora.

Um quasar, ou “fonte de rádio quase estelar”, é essencialmente um buraco negro super-massivo em esteróides. O gás que cai em direcção a um quasar no centro de uma galáxia forma um “disco de acreção”, que pode lançar uma quantidade incompreensível de energia electromagnética, muitas vezes com uma luminosidade centenas de vezes maior do que uma galáxia típica. Normalmente, a formação de um quasar é semelhante à aposentação galáctica e há muito que se pensa assinalar o fim da capacidade de uma galáxia em produzir novas estrelas.

“Todo o gás que está a ser acretado pelo buraco negro é aquecido e emite raios-X,” disse Kirkpatrick. “O comprimento de onda da luz que é libertada corresponde ao quão quente algo é. Por exemplo, nós humanos emitimos radiação infravermelha. Mas algo que emite raios-X é das coisas mais quentes do Universo. Este gás começa a acumular-se no buraco negro e começa a mover-se a velocidades relativistas; também temos um campo magnético em torno deste gás, que pode ficar torcido. Da mesma forma que temos proeminências solares, também temos jactos de material que passam por estas linhas do campo magnético e são atirados para longe do buraco negro. Estes jactos essencialmente sufocam o reservatório de gás da galáxia, de modo que mais nenhum gás pode cair sobre a galáxia e formar novas estrelas. Quando uma galáxia deixa de produzir estrelas, dizemos que é uma galáxia morta e passiva.”

Mas, no levantamento de Kirkpatrick, cerca de 10% das galáxias que hospedam buracos negros super-massivos em acreção tinham um reservatório de gás frio remanescente depois de entrar nesta fase e ainda criavam novas estrelas.

“Isto, por si só, é surpreendente,” comentou. “Toda esta população é um monte de objectos diferentes. Algumas das galáxias têm assinaturas óbvias de fusões; algumas parecem-se muito com a Via Láctea e têm braços espirais bastante discerníveis. Algumas são muito compactas. Desta população diversa, temos mais 10% realmente únicas e inesperadas. São fontes muito luminosas, compactas e azuis. Parecem-se com buracos negros super-massivos nos estágios finais, depois de terem “desligado” toda a formação estelar de uma galáxia. Estão a evoluir para uma galáxia elíptica passiva, no entanto também encontrámos nelas muito gás frio. Esta é a população que estou a chamar de “quasares frios”.

A astrofísica da Universidade do Kansas suspeitou que os “quasares frios” da sua investigação representavam um breve período ainda por reconhecer das fases finais da vida de uma galáxia – em termos da vida humana, a fugaz fase do “quasar frio” pode ser algo parecido a uma festa de aposentação de uma galáxia.

“Estas galáxias são raras porque estão em fase de transição – observámo-las logo antes da formação estelar ficar extinta e este período de transição deve ser muito curto,” disse.

Kirkpatrick identificou pela primeira vez os objectos de interesse numa área do SDSS (Sloan Digital Sky Survey), o mapa digital mais detalhado do Universo actualmente disponível. Numa área denominada “Stripe 82,” Kirkpatrick e colegas conseguiram identificar visualmente os quasares.

“Então estudámos esta área em raios-X com o telescópio XMM-Newton,” acrescentou. “Os raios-X são a principal assinatura dos buracos negros em crescimento. Seguidamente, recorremos ao Telescópio Espacial Herschel, um telescópio infravermelho que pode detectar gás e poeira na galáxia hospedeira. Nós seleccionámos as galáxias que conseguimos encontrar tanto em raios-X quanto no infravermelho.”

A investigadora disse que as suas descobertas dão aos cientistas uma nova compreensão e detalhes de como a extinção de formação estelar nas galáxias ocorre e que anulam vários pressupostos sobre os quasares.

“Já sabíamos que os quasares passam por uma fase de poeira obscurante,” disse Kirkpatrick. “Nós sabíamos que passam por uma fase muito encoberta onde a poeira cerca o buraco negro super-massivo. Nós chamamos a isto de fase de quasar vermelho. Mas agora encontrámos este regime único de transição que não conhecíamos. Antes, se disséssemos a alguém que tínhamos encontrado um quasar luminoso com um tom óptico azulado – mas que ainda tinha muita poeira, muito gás e muita formação estelar – esse alguém diria: ‘Não, não é esse o aspecto destas coisas.'”

Kirkpatrick espera, no futuro, determinar se a fase de “quasar frio” ocorre com uma classe específica de galáxia ou com todas as galáxias.

“Nós pensámos que estas coisas acontecem quando temos um buraco negro em crescimento, coberto por poeira e gás, e começa a soprar este material,” disse. “Torna-se então um objecto azul luminoso. Assumimos que, quando expele o seu próprio gás, expele também o gás hospedeiro. Mas parece que com estes objectos, não é este o caso. Estes expelem a sua própria poeira – de modo que os vemos como um objecto azul – mas ainda não dissiparam toda a poeira e gás das galáxias hospedeiras. Esta é uma fase de transição, digamos de 10 milhões de anos. Em escalas de tempo universais, isto é realmente curto – e é difícil observar. Estamos a fazer o que chamamos de pesquisa cega para encontrar objectos que não estávamos à procura. E, ao encontrarmos estes objectos, sim, isso poderá implicar que acontece com todas as galáxias.”

Kirkpatrick recolheu dados até 2015 com o Telescópio XMM-Newton, um telescópio de raios-X altamente produtivo operado pela ESA. O seu trabalho faz parte de uma colaboração chamada História de Acreção dos AGN (Active Galactic Nuclei) liderada pela astrofísica Meg Urry da Universidade de Yale, que reúne dados de arquivo e realiza uma análise em vários comprimentos de onda.

Astronomia On-line
14 de Junho de 2019

2129: O mistério da galáxia sem matéria escura foi finalmente resolvido

CIÊNCIA

NRAO/AUI/NSF; Dana Berry / SkyWorks; ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

Uma equipa de cientistas Instituto de Astrofísica das Ilhas Canárias (IAC) esclareceu um dos mistérios da Astrofísica extra-galáctica de 2018: a alegada existência de uma galáxia sem matéria escura.

No modelo actual da formação de galáxias, é impossível encontrar estes aglomerados estelares sem matéria escura, já que esta estranha forma de matéria é fundamental para produzir o colapso do gás que forma as estrelas.

Em 2018, um estudo publicado na revista Nature anunciava a descoberta de uma galáxia sem matéria escura. A publicação teve um grande impacto entre a comunidade científica, fazendo mesmo a capa de várias revistas científicas.

Agora, e de acordo com uma nova investigação publicada na revista Monthly Notices da Royal Astronomical Society (MNRAS), uma equipa de investigadores do IAC diz ter resolvido o mistério da galáxia [KKS2000] 04 (NGC1052 -DF2) – também conhecida como “galáxia sem matéria escura” – através da sua observação minuciosa.

Neste trabalho, a equipa, que estava a estranhar o facto de todas as propriedades dependentes da distância da galáxia serem anómalas, voltaram a analisar os indicadores de distância disponíveis. Recorrendo a cinco métodos independentes para estimar a distância do objecto estelar, os especialistas descobriram que métodos coincidem num aspecto: a galáxia é muito mais próxima do que foi apontado na investigação original.

O artigo publicado na Nature afirmava que a galáxia estava a uma distância de cerca de 64 milhões de anos-luz da Terra. No entanto, a nova pesquisa revelou que a distância real é muito menor: cerca de 42 milhões de anos-luz.

Graças a estes novos dados, todas as propriedades da galáxia derivadas da sua distância voltaram a ser normais e encaixam-se dentro das tendências observadas e traçadas por galáxias com características semelhantes.

Em comunicado, a equipa explica que o facto mais importante que a nova investigação traz à luz é que o número de estrelas nesta galáxia é cerca de um quarto do que foi originalmente estimando. Quanto à sua massa, é cerca de metade do que foi inicialmente estimado. Esta diferença é interpretada pela presença de matéria escura, alterando assim as conclusões anteriores.

Os resultados da investigação mostram a importância de definir distâncias precisas para objectos extra galácticos. Por muito tempo, esta tem sido – e ainda é – uma das tarefas mais difíceis da Astrofísica: medir a distância de objectos que não conseguimos alcançar.

ZAP //

Por ZAP
7 Junho, 2019



2099: Encontradas 30 estrelas sem-abrigo à deriva. Foram expulsas da sua galáxia

NASA

Recentemente, 30 sistemas estelares binários foram detectados perto de um aglomerado de galáxias a 62 milhões de anos-luz da Terra.

Quando duas estrelas se apaixonam (e são suficientemente massivas e suficientemente próximas), podem começar a estabilizar-se. Os astrónomos chamam-lhes sistemas estelares binários, porque fazem tudo juntas: orbitam um em redor do outro, juntam os seus gases e, às vezes, até ressuscitam juntos.

É bonito, mas nem sempre é bom. Por vezes, um membro do par pode ser castigado pelo comportamento tóxico do parceiro. De acordo com um estudo recentemente publicado no The Astrophysical Journal, os pares encontrados foram expulsos das suas galáxias quando uma das estrelas colapsou contra uma estrela de neutrões e criou uma explosão tão poderosa que enviou os parceiros binários para o espaço interestelar.

“É como um convidado que é expulso de uma festa com um amigo barulhento”, disse o principal autor do estudo, Xiangyu Jin, da Universidade McGill, em Montreal, no Canadá, em comunicado. “A estrela companheira nesta situação é arrastada para fora da galáxia simplesmente porque está em órbita com a estrela que se tornou numa super-nova.”

Jin e os seus colegas descobriram os exilados estelares enquanto estudavam 15 anos de dados de emissão de raios X colectados pelo Chandra X-ray Observatory da NASA. A equipa ampliou o aglomerado de Fornax, um grupo de mais de 50 galáxias conhecidas localizadas na constelação Fornax.

Certos padrões de emissão contam a história de sistemas estelares binários em que um dos parceiros entrou em colapso numa estrela de neutrões, sugou cargas de gás e poeira da sua estrela parceira para um disco em órbita e super-aqueceu o disco a dezenas de milhões de graus.

Os discos quentes eram visíveis apenas na luz dos raios X, de acordo com os investigadores, e cerca de 30 das assinaturas de raios X detectadas vieram de fora dos limites de qualquer galáxia conhecida.

A equipa concluiu que os sistemas brilhantes eram provavelmente um par de uma estrela de neutrões e uma de não-neutrões que tinham sido catapultadas para fora da galáxia de origem quando a estrela de neutrões entrou em colapso.

Trinta pares de estrelas sem-abrigo podem parecer muito, mas provavelmente há inúmeros outro. Os investigadores detectaram cerca de 200 fontes peculiares de emissões de raios-X em Fornax, mas muitas delas estavam demasiado longe para serem resolvidas.

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3 Junho, 2019



2076: Há uma galáxia estranha que se está a mover em direcção a nós

ESA

A NASA publicou, na sexta-feira, uma fotografia da galáxia espiral Messier 90, que se move em direcção à Via Láctea, apesar da expansão do Universo que faz com que todas as galáxias se afastem umas das outras.

A galáxia localiza-se na constelação de Virgem, a cerca de 60 milhões de anos-luz da Terra, de acordo com o comunicado. A aproximação foi detectada graças ao efeito conhecido como “mudança azul”, que consiste em aumentar a frequência aparente das ondas de luz emitidas por um objecto que se aproxima do observador. Desta maneira, a sua cor muda para tons azuis.

Ao analisar as imagens obtidas através do Telescópio Espacial Hubble de 1994 a 2010, os investigadores concluíram que a Messier 90 move-se em direcção à Via Láctea enquanto as outras 1.200 galáxias do aglomerado gigante ao qual pertence estão muito longe das nossas.

Provavelmente, isto estará a acontecer porque a massa colossal do conglomerado acelera algumas galáxias a velocidades maiores que a da expansão do Universo, fazendo-os os girar em caminhos estranhos, supõem os astrónomos.

Enquanto o aglomerado em si está a afasta-se de nós, algumas das suas galáxias constituintes, como a Messier 90, estão a mover-se mais rápido do que o aglomerado como um todo, fazendo com que, da Terra, vejamos a galáxia em direcção a nós. No entanto, alguns também estão se a mover na direcção oposta dentro do aglomerado e, portanto, parecem estar a afastar-se de nós em alta velocidade.

A imagem da Messier 90 foi criada a partir de uma ampla gama de comprimentos de onda de luz, incluindo luz infravermelha, ultravioleta e visível. Os dados foram recolhidos pelo Wide Field and Planetary Camera 2 (WFPC2) do Hubble, que capturou imagens entre 1994 e 2010. A galáxia Messier 90 foi descoberta em 1781 e contém cerca de mil milhões de estrelas.

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Por ZAP
30 Maio, 2019


2071: Cientistas descobriram a galáxia mais solitária de todo o Universo

CIÊNCIA

ESA

O nosso canto do Universo tem uma panóplia de galáxias vizinhas brilhantes que iluminam o caminho pelo cosmos. Há um século, espirais e elipses mostraram que a Via Láctea não estava sozinha.

Mesmo os astrónomos anteriores tinham galáxias brilhantes que podiam observar com os seus telescópios. Medindo as velocidades e distâncias dessas galáxias, descobrimos um universo em expansão. Sem elas, poderíamos nunca ter entendido as nossas origens cósmicas: o Big Bang.

Mas nem todas as galáxias são sortudas. A maioria das galáxias agrupa-se em grupos, aglomerados ou ao longo de filamentos, mas algumas residem em regiões sub-densas. A estrutura em larga escala do Universo contém grandes vazios cósmicos, bem como aglomerados excessivamente densos.

Nessas regiões extremamente subdesenvolvidas, entretanto, as galáxias ainda se formam ocasionalmente. Os cientistas encontraram a galáxia MCG+01-02-015, que será provavelmente a galáxia mais solitária de todo o Universo.

As estrelas brilhantes, destacadas pelos picos de difracção em redor delas, estão, na verdade, dentro da nossa própria galáxia. Esta galáxia ultra distante é maior e mais brilhante do que a nossa Via Láctea e contém mais de um trilião de estrelas, talvez cerca de 5 a 10 vezes mais do que a nossa própria galáxia.

Além disso, assim como em muitos locais do Universo, pode ver-se o grande cenário cósmico de galáxias que aparecem em todas as direcções e locais mais amplos que já vimos. Contudo, em todas as residires, não encontramos outras galáxias dentro de cem milhões de anos-luz.

Se tivéssemos crescido nesta galáxia, de acordo com a Forbes, os nossos telescópios não teriam observado outras galáxias até à década de 1960. Talvez sejamos verdadeiramente afortunados.

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Por ZAP
29 Maio, 2019


1982: Há novas pistas sobre como as galáxias antigas iluminavam o Universo

James Josephides (Swinburne Astronomy Productions)

O Telescópio Espacial Spitzer da NASA revelou que algumas das primeiras galáxias do Universo eram mais brilhantes do que o esperado.

O excesso de luz é um subproduto das galáxias que libertam quantidades incrivelmente altas de radiação ionizante. A descoberta fornece pistas para a causa da Época da Reionização, um grande evento cósmico que transformou o Universo de opaco à brilhante paisagem estelar que vemos hoje.

Num novo estudo, investigadores relatam observações de algumas das primeiras galáxias formadas no Universo, menos de mil milhões de anos após o Big Bang (ou há pouco mais de 13 mil milhões de anos). Os dados mostram que, em alguns comprimentos de onda específicos no infravermelho, as galáxias são consideravelmente mais brilhantes do que os cientistas antecipavam.

O estudo é o primeiro a confirmar este fenómeno para uma grande amostra de galáxias deste período, mostrando que não eram casos especiais de brilho excessivo, mas que até as galáxias médias presentes naquela época eram muito mais brilhantes nestes comprimentos de onda do que as galáxias que vemos hoje.

Ninguém sabe ao certo quando é que surgiram as primeiras estrelas do nosso Universo. Mas as evidências sugerem que entre 100 milhões e 200 milhões de anos após o Big Bang, o Universo estava preenchido principalmente com hidrogénio gasoso neutro que talvez tivesse apenas começado a coalescer em estrelas, que então começaram a formar as primeiras galáxias. Cerca de mil milhões de anos após o Big Bang, o Universo tinha-se tornado num firmamento cintilante.

Outra coisa também tinha mudado: os electrões do hidrogénio gasoso neutro omnipresente haviam sido removidos num processo chamado ionização. A Época da Reionização – a mudança de um Universo cheio de hidrogénio neutro para um preenchido com hidrogénio ionizado – está bem documentada.

Antes desta transformação universal, a luz em comprimentos de onda longos, como ondas de rádio e luz visível, atravessavam o Universo mais ou menos livremente. Mas os comprimentos de onda mais curtos – incluindo luz ultravioleta, raios-X e raios-gama – eram interrompidos pelos átomos de hidrogénio neutro. Estas colisões retirariam os electrões dos átomos de hidrogénio neutro, ionizando-os.

Mas o que pode ter produzido radiação ionizante suficiente para afectar todo o hidrogénio no Universo? Será que foram as estrelas individuais? Galáxias gigantes? O culpado, a ser um destes dois primeiros colonizadores cósmicos, teria sido diferente da maioria das estrelas e galáxias modernas, que normalmente não libertam grandes quantidades de radiação ionizante. Mesmo assim, talvez outra coisa tenha provocado o evento, como por exemplo quasares – galáxias com centros incrivelmente brilhantes, alimentados por quantidades enormes de material em órbita de buracos negros super-massivos.

“É uma das maiores questões em aberto na cosmologia observacional,” disse Stephane De Barros, autor principal do estudo e investigador pós-doutorado da Universidade de Genebra, Suíça. “Sabemos que aconteceu, mas o que a desencadeou? Estas novas descobertas podem ser uma grande pista.”

À procura de luz

Para retroceder no tempo, até à era mesmo antes do fim da Época da Reionização, o Spitzer observou duas regiões do céu durante mais de 200 horas cada, permitindo que o telescópio espacial recolhesse luz que havia viajado durante mais de 13 mil milhões de anos para chegar até nós.

Sendo algumas das mais longas observações científicas já realizadas pelo Spitzer, fizeram parte de uma campanha de observação chamada GREATS (GOODS Re-ionization Era wide-Area Treasury from Spitzer; GOODS é ainda outra sigla: Great Observatories Origins Deep Survey, uma campanha que realizou as primeiras observações de alguns alvos do GREATS).

O estudo, publicado esta semana na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, também usou dados de arquivo do Telescópio Espacial Hubble da NASA.

Usando estas observações ultra-profundas do Spitzer, a equipa de astrónomos observou 135 galáxias distantes e descobriu que eram particularmente brilhantes em dois comprimentos de onda específicos no infravermelho, produzidos por radiação ionizante que interage com os gases hidrogénio e oxigénio dentro das galáxias.

Isto implica que estas galáxias foram dominadas por estrelas jovens e massivas compostas principalmente por hidrogénio e hélio. Contêm quantidades muito pequenas de elementos “pesados” (como azoto, carbono e oxigénio) em comparação com as estrelas encontradas nas galáxias modernas comuns.

Estas estrelas não foram as primeiras estrelas formadas no Universo (essas seriam apenas compostas por hidrogénio e hélio), mas ainda assim fazem parte de uma geração muito antiga de estrelas. A Época da Reionização não foi um evento instantâneo, de modo que embora os novos resultados não sejam suficientes para fechar o capítulo sobre este evento cósmico, ainda assim fornecem novos detalhes sobre como o Universo evoluiu neste momento e como a transição decorreu.

“Não esperávamos que o Spitzer, com um espelho não muito maior do que um Hula-Hoop, fosse capaz de ver galáxias tão próximas da aurora do tempo,” disse Michael Werner, cientista do projecto Spitzer no JPL da NASA em Pasadena, no estado norte-americano da Califórnia. “Mas a Natureza está cheia de surpresas e o brilho inesperado destas primeiras galáxias, juntamente com o excelente desempenho do Spitzer, coloca-as ao alcance do nosso pequeno, mas poderoso observatório.”

O Telescópio Espacial James Webb da NASA, com lançamento previsto para 2021, vai estudar o Universo em muitos dos mesmos comprimentos de onda observados pelo Spitzer. Mas o espelho primário do Spitzer mede apenas 85 cm de diâmetro e o do Webb é de 6,5 metros – cerca de 7,5 vezes maior – permitindo que o Webb estude estas galáxias em muito maior detalhe.

De facto, o Webb vai tentar detectar a luz das primeiras estrelas e galáxias do Universo. O novo estudo mostra que, devido ao seu brilho nesses comprimentos de onda infravermelhos, as galáxias observadas com o Spitzer serão mais fáceis de estudar com o Webb do que se pensava anteriormente.

“Estes resultados do Spitzer são certamente mais um passo para resolver o mistério da reionização cósmica,” disse Pascal Oesch, professor assistente da Universidade de Genebra e co-autor do estudo. “Sabemos agora que as condições físicas nestas galáxias iniciais eram muito diferentes das das galáxias típicas de hoje. O trabalho do Telescópio Espacial James Webb será o de descobrir o porquê.”

ZAP // CCVAlg

Por CCVAlg
14 Maio, 2019


 

1954: Novas pistas sobre como as primeiras galáxias iluminaram o Universo

Esta imagem ultra-profunda do céu obtida pelos telescópios Hubble e Spitzer é dominada por galáxias, incluindo algumas muito ténues e distantes com um círculo vermelho. A inserção em baixo e à direita mostra a luz recolhida de uma dessas galáxias durante uma observação com um tempo de exposição longo.
Crédito: NASA/JPL-Caltech/ESA/Spitzer/P. Oesch/S. De Barros/I. Labbe

O Telescópio Espacial Spitzer da NASA revelou que algumas das primeiras galáxias do Universo eram mais brilhantes do que o esperado. O excesso de luz é um subproduto das galáxias que libertam quantidades incrivelmente altas de radiação ionizante. A descoberta fornece pistas para a causa da Época da Reionização, um grande evento cósmico que transformou o Universo de opaco à brilhante paisagem estelar que vemos hoje.

Num novo estudo, investigadores relatam observações de algumas das primeiras galáxias formadas no Universo, menos de mil milhões de anos após o Big Bang (ou há pouco mais de 13 mil milhões de anos). Os dados mostram que, em alguns comprimentos de onda específicos no infravermelho, as galáxias são consideravelmente mais brilhantes do que os cientistas antecipavam. O estudo é o primeiro a confirmar este fenómeno para uma grande amostra de galáxias deste período, mostrando que não eram casos especiais de brilho excessivo, mas que até as galáxias médias presentes naquela época eram muito mais brilhantes nestes comprimentos de onda do que as galáxias que vemos hoje.

Ninguém sabe ao certo quando é que surgiram as primeiras estrelas do nosso Universo. Mas as evidências sugerem que entre 100 milhões e 200 milhões de anos após o Big Bang, o Universo estava preenchido principalmente com hidrogénio gasoso neutro que talvez tivesse apenas começado a coalescer em estrelas, que então começaram a formar as primeiras galáxias. Cerca de mil milhões de anos após o Big Bang, o Universo tinha-se tornado num firmamento cintilante. Outra coisa também tinha mudado: os electrões do hidrogénio gasoso neutro omnipresente haviam sido removidos num processo chamado ionização. A Época da Reionização – a mudança de um Universo cheio de hidrogénio neutro para um preenchido com hidrogénio ionizado – está bem documentada.

Antes desta transformação universal, a luz em comprimentos de onda longos, como ondas de rádio e luz visível, atravessavam o Universo mais ou menos livremente. Mas os comprimentos de onda mais curtos – incluindo luz ultravioleta, raios-X e raios-gama – eram interrompidos pelos átomos de hidrogénio neutro. Estas colisões retirariam os electrões dos átomos de hidrogénio neutro, ionizando-os.

Mas o que pode ter produzido radiação ionizante suficiente para afectar todo o hidrogénio no Universo? Será que foram as estrelas individuais? Galáxias gigantes? O culpado, a ser um destes dois primeiros colonizadores cósmicos, teria sido diferente da maioria das estrelas e galáxias modernas, que normalmente não libertam grandes quantidades de radiação ionizante. Mesmo assim, talvez outra coisa tenha provocado o evento, como por exemplo quasares – galáxias com centros incrivelmente brilhantes, alimentados por quantidades enormes de material em órbita de buracos negros super-massivos.

“É uma das maiores questões em aberto na cosmologia observacional,” disse Stephane De Barros, autor principal do estudo e investigador pós-doutorado da Universidade de Genebra, Suíça. “Sabemos que aconteceu, mas o que a desencadeou? Estas novas descobertas podem ser uma grande pista.”

À procura de luz

Para retroceder no tempo, até à era mesmo antes do fim da Época da Reionização, o Spitzer observou duas regiões do céu durante mais de 200 horas cada, permitindo que o telescópio espacial recolhesse luz que havia viajado durante mais de 13 mil milhões de anos para chegar até nós.

Sendo algumas das mais longas observações científicas já realizadas pelo Spitzer, fizeram parte de uma campanha de observação chamada GREATS (GOODS Re-ionization Era wide-Area Treasury from Spitzer; GOODS é ainda outra sigla: Great Observatories Origins Deep Survey, uma campanha que realizou as primeiras observações de alguns alvos do GREATS). O estudo, publicado na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, também usou dados de arquivo do Telescópio Espacial Hubble da NASA.

Usando estas observações ultra-profundas do Spitzer, a equipa de astrónomos observou 135 galáxias distantes e descobriu que eram particularmente brilhantes em dois comprimentos de onda específicos no infravermelho, produzidos por radiação ionizante que interage com os gases hidrogénio e oxigénio dentro das galáxias. Isto implica que estas galáxias foram dominadas por estrelas jovens e massivas compostas principalmente por hidrogénio e hélio. Contêm quantidades muito pequenas de elementos “pesados” (como azoto, carbono e oxigénio) em comparação com as estrelas encontradas nas galáxias modernas comuns.

Estas estrelas não foram as primeiras estrelas formadas no Universo (essas seriam apenas compostas por hidrogénio e hélio), mas ainda assim fazem parte de uma geração muito antiga de estrelas. A Época da Reionização não foi um evento instantâneo, de modo que embora os novos resultados não sejam suficientes para fechar o capítulo sobre este evento cósmico, ainda assim fornecem novos detalhes sobre como o Universo evoluiu neste momento e como a transição decorreu.

“Não esperávamos que o Spitzer, com um espelho não muito maior do que um Hula-Hoop, fosse capaz de ver galáxias tão próximas da aurora do tempo,” disse Michael Werner, cientista do projecto Spitzer no JPL da NASA em Pasadena, no estado norte-americano da Califórnia. “Mas a Natureza está cheia de surpresas e o brilho inesperado destas primeiras galáxias, juntamente com o excelente desempenho do Spitzer, coloca-as ao alcance do nosso pequeno, mas poderoso observatório.”

O Telescópio Espacial James Webb da NASA, com lançamento previsto para 2021, vai estudar o Universo em muitos dos mesmos comprimentos de onda observados pelo Spitzer. Mas o espelho primário do Spitzer mede apenas 85 cm de diâmetro e o do Webb é de 6,5 metros – cerca de 7,5 vezes maior – permitindo que o Webb estude estas galáxias em muito maior detalhe. De facto, o Webb vai tentar detectar a luz das primeiras estrelas e galáxias do Universo. O novo estudo mostra que, devido ao seu brilho nesses comprimentos de onda infravermelhos, as galáxias observadas com o Spitzer serão mais fáceis de estudar com o Webb do que se pensava anteriormente.

“Estes resultados do Spitzer são certamente mais um passo para resolver o mistério da reionização cósmica,” disse Pascal Oesch, professor assistente da Universidade de Genebra e co-autor do estudo. “Sabemos agora que as condições físicas nestas galáxias iniciais eram muito diferentes das das galáxias típicas de hoje. O trabalho do Telescópio Espacial James Webb será o de descobrir o porquê.”

Astronomia On-line
10 de Maio de 2019

 

1936: Detectado pela primeira vez um sistema de enxames globulares no disco de uma galáxia

Imagens a cores falsas de M106. A figura combina dados de hidrogénio neutro, obtidos com o WSRT (Westerbrook Synthesis Radio Telescope), a azul, com imagens ópticas obtidas com o CFHT a verde e vermelho. Os círculos amarelos realçam os enxames globulares observados, dispostos num disco que gira em fase e à mesma velocidade que o gás neutro.
Ilustração e design: Divakara Mayya (INAOE)

Um estudo internacional realizado com o instrumento OSIRIS acoplado ao GTC (Gran Telescopio Canarias) descobriu, na galáxia espiral Messier 106, um sistema de enxames globulares cuja distribuição e movimento invulgares, que estão alinhados com o disco da galáxia e que giram à mesma velocidade, mostram que pode ser uma relíquia da época de máxima formação estelar no Universo, o “meio-dia cósmico”. Os resultados foram publicados na revista The Astrophysical Journal.

Os enxames globulares têm entre cem mil e um milhão de estrelas, cujos componentes são aproximadamente da mesma idade e têm uma composição química semelhante. São objectos muito antigos, formados há cerca de 11,5 mil milhões de anos, 2,3 mil milhões de anos após o Big Bang. Estes enxames podem normalmente ser encontrados em galáxias grandes, nos seus halos, distribuídos esfericamente em torno dos seus centros.

Uma investigação internacional, liderada por um grupo da Universidade Nacional Autónoma do México e realizada com o instrumento OSIRIS do Gran Telescopio Canarias (GTC), descobriu na galáxia espiral Messier 106 (também conhecida como M106 ou NGC 4258) enxames globulares que, em vez de estarem distribuídos numa esfera, parecem estar dispostos num disco alinhado com o disco de gás da galáxia e a girar aproximadamente à mesma velocidade neste disco.

“Nunca vimos isto antes, é uma daquelas descobertas totalmente inesperadas e surpreendentes que ocorrem na ciência,” explica Rosa Amelia González-Lópezlira, investigadora do Instituto de Radioastronomia e Astrofísica da mesma universidade mexicana, que liderou este trabalho. “A maneira como estes enxames se movem, e a sua distribuição, é semelhante aos discos de galáxias durante o período de máxima formação estelar, há cerca de 10 mil milhões de anos atrás, no que é conhecido como ‘meio-dia cósmico’, de modo que pensamos que o disco de enxames em M106 possa ser um remanescente daquela época.”

O poder do GTC e do OSIRIS

Os dados obtidos com o instrumento OSIRIS, acoplado ao GTC no observatório Roque de los Muchachos, foram de importância extrema, sobretudo para confirmar os candidatos a enxames globulares e para distingui-los de outras fontes pontuais aparentes como estrelas e galáxias distantes. Para fazer isso, é necessário obter espectros para mostrar que cada enxame tem uma população coesa de estrelas antigas e que realmente pertence à galáxia em estudo.

Para Divakara Mayya, investigador do INAOE (Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica), no México, e segundo autor do artigo, “as observações do GTC e do OSIRIS são essenciais para o sucesso do estudo, dado que os objectos estão bem distantes e requerem exposições de mais de uma hora com o maior telescópio óptico-infravermelho do mundo a fim de extrair as informações relevantes dos espectros”.

O instrumento OSIRIS (Optical System for Imaging and low-Intermediate-Resolution Integrated Spectroscopy) é um espectrógrafo multi-objecto construído no IAC (Instituto de Astrofísicas das Canárias) em colaboração com o México, que é capaz de observar vários objectos de cada vez. “Ter esta capacidade de multiplexação, a de obter vários espectros simultaneamente, é fundamental para este tipo de estudo, e está disponível em três dos actuais instrumentos do GTC, abrangendo o óptico e o infravermelho,” explica Antonio Cabrera, chefe de operações científicas no GTC. Para este trabalho, foram observados, em dois campos, 23 enxames globulares candidatos.

Este artigo é um resultado de um projecto mais amplo que estudará os sistemas de enxames globulares em nove galáxias espirais num raio de 52 milhões de anos-luz, a fim de examinar a relação entre o número de enxames globulares e a massa do buraco negro central nas galáxias espirais. “Esta relação é muito forte para galáxias elípticas, mas não é tão clara para galáxias espirais, como a Via Láctea,” comenta a cientista Lópezlira. “As nove galáxias que planeamos estudar têm boas estimativas de massas para os seus buracos negros centrais e ficam a distâncias onde podemos fazer bons estudos dos seus enxames globulares.”

Este estudo recente confirma que existe uma correlação entre o número de enxames globulares e a massa do buraco negro central de M106 e confirma a precisão do método fotométrico usado no GTC. “Os estudos deste tipo, em mais galáxias espirais, podem esclarecer o papel das diferentes hipóteses propostas para a construção das galáxias, dos enxames globulares e dos buracos negros centrais,” conclui a autora principal do artigo.

Astronomia On-line
7 de Maio de 2019

 

1817: Cientistas revelam a origem da explosão mais potente do Universo

ESO

O espaço, povoado por um número inimaginável de galáxias e estrelas, parece um lugar tranquilo. Mas é abalado por fenómenos espectaculares que libertam incríveis quantidades de energia.

Por exemplo, uma explosão de super-nova pode ser 30 vezes mais brilhante que uma galáxia inteira durante vários dias. As longas explosões de raios gama, os fenómenos electromagnéticos mais poderosos que observamos, libertam num segundo toda a energia que o Sol produzirá nos seus nove mil milhões de anos de vida.

Portanto, não é de surpreender que, se um desses eventos ocorresse na Via Láctea e fosse orientado para a Terra, terminasse com toda a vida.

Esses surtos foram descobertos em 1967, mas a origem é um mistério. O que pode libertar estas quantidades de energia em tão pouco tempo? O que podemos aprender sobre o assunto quando descobrimos?

A explicação mais plausível é que vêm da implosão de grandes estrelas, quando geram as super-novas super brilhantes. É difícil saber com acontece, porque os eventos são raros e há poucos para cada galáxia a cada milhão de anos.

Um estudo publicado na Nature Communications, e preparado por investigadores da RIKEN (Japão), concluiu que as longas explosões originam-se em jactos, isto é, em torrentes de partículas aceleradas até quase chegarem ao velocidade da luz, gerada pela morte de estrelas massivas.

“Embora tenhamos elucidado a origem dos fotões – a partir destes surtos – ainda há questões não resolvidas sobre como os jactos se originam em estrelas em colapso”, disse Hirotaka Ito, primeiro autor do estudo, em um comunicado, citado pela ABC. No entanto, continuou: “Os nossos cálculos devem fornecer uma maneira valiosa de explorar o mecanismo fundamental por trás desses eventos extremamente poderosos”.

Os investigadores têm procurado descobrir como estes surtos se formam há décadas. O que há lá fora que seja capaz de acelerar as partículas até esses níveis, de modo que cruzem o espaço entre as galáxias como se nada fosse. Nesse caso, os dados e um trio de supercomputadores conseguiram encontrar uma resposta.

A equipa de Ito concentrou-se na verificação do funcionamento do modelo de “emissão atmosférica atmosférica”, um dos que apresentou mais documentação para explicar os mecanismos de geração dos GRBs. De acordo com este modelo, à medida que um jacto estelar se expande e perde densidade, torna-se mais fácil para os fotões escaparem para o espaço.

Tudo é baseado na “relação Yonetoku”, uma associação que existe entre o espectro e a luminosidade dos GRBs. Isso não só ajuda a explicar o mecanismo de emissão de fotões com precisão, mas também permite que esses fenómenos seja “velas padrão”, objectos astrofísicos como estrelas variáveis ​​Cefeidas ou super-novas cuja luz e propriedades são tão estáveis ​​que nos permitem saber até que ponto estão e calcular distâncias no espaço.

Se este modelo estiver correto, os GRBs seriam um novo farol para sondar as profundezas do Universo. Além de aprender mais sobre a sua evolução e sobre os mistérios permanentes da energia e da matéria das trevas.

Para verificar a validade do modelo e da relação da Yonetoku, os cientistas recorreram a sofisticadas simulações hidrodinâmicas em três dimensões. Assim, desenharam cálculos de transferência de energia e estimaram a libertação de radiação da fotosfera dos jactos, a partir da explosão em volta de estrelas em colapso.

O modelo permitiu descrever o observado e mostrou que a relação de Yonetoku pode ser entendida como um efeito natural dos eventos que ocorrem dentro do jacto. Para Hirotaka Ito, isto “sugere fortemente que a emissão fotos-esférica é o mecanismo de emissão de GRBs”. Graças a isso, as poderosas explosões poderiam agora ser outra das ferramentas dos astrónomos para entrar na escuridão do desconhecido.

ZAP //

Por ZAP
7 Abril, 2019

 

1763: Formação estelar e poeira de estrelas antigas

Imagem do ALMA e do Telescópio Espacial Hubble da galáxia distante MACS0416_Y1. A distribuição da poeira e do oxigénio gasoso traçada pelo ALMA tem tons avermelhados e esverdeados, respectivamente, enquanto a distribuição das estrelas captada pelo Hubble está a azul.
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA, Tamura et al.

Investigadores detectaram um sinal de rádio de poeira interestelar abundante em MACS0416_Y1, uma galáxia a 13,2 mil milhões de anos-luz de distância na direcção da constelação de Erídano. Os modelos-padrão não conseguem explicar tanta poeira numa galáxia tão jovem, forçando-nos a reconsiderar a história da formação estelar. Os cientistas agora pensam que MACS0416_Y1 sofreu uma formação estelar escalonada, com dois períodos intensos 300 milhões e 600 milhões de anos após o Big Bang, e com uma fase calma entre eles.

As estrelas são os principais intervenientes no Universo, mas são apoiadas pelas mãos invisíveis dos bastidores: a poeira estelar e o gás. As nuvens cósmicas de poeira e gás são os locais de formação estelar e magistrais contadores da história cósmica.

“A poeira e os elementos relativamente pesados, como oxigénio, são disseminados pela morte das estrelas,” disse Yoichi Tamura, professor associado da Universidade de Nagoya e autor principal do artigo científico. “Portanto, uma detecção de poeira em determinado momento indica que um número de estrelas já se formou e morreu bem antes desse ponto.”

Usando o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), Tamura e a sua equipa observaram a galáxia distante MACS0416_Y1. Dada a velocidade finita da luz, as ondas de rádio que observamos hoje nesta galáxia tiveram que viajar durante 13,2 mil milhões de anos para chegar até nós. Por outras palavras, fornecem uma imagem do aspecto da galáxia há 13,2 mil milhões de anos, apenas 600 milhões de anos após o Big Bang.

Os astrónomos detectaram um sinal fraco, mas revelador, de emissões de rádio de partículas de poeira em MACS0416_Y1. O Telescópio Espacial Hubble, o Telescópio Espacial Spitzer e o VLT (Very Large Telescope) do ESO observaram a luz das estrelas da galáxia; e da sua cor estimam que a idade estelar seja de 4 milhões de anos.

“Não é fácil,” realça Tamura. “A poeira é demasiado abundante para ter sido formada em 4 milhões de anos. É surpreendente, mas precisamos de ter os pés assentes na terra. As estrelas mais antigas podem estar escondidas na galáxia, ou podem já ter morrido e desaparecido.”

“Já foram propostas várias ideias para superar esta crise orçamentária de poeira,” disse Ken Mawatari, investigador da Universidade de Tóquio. “No entanto, nenhuma é conclusiva. Fizemos um novo modelo que não precisa de suposições extremas divergentes do conhecimento da vida das estrelas no Universo de hoje. O modelo explica bem tanto a cor da galáxia como a quantidade de poeira.” Neste modelo, o primeiro surto de formação estelar começou aos 300 milhões de anos e durou 100 milhões de anos. Depois, a formação estelar acalmou durante algum tempo e recomeçou aos 600 milhões de anos. Os investigadores pensam que o ALMA observou esta galáxia no início da sua segunda geração de formação estelar.

“A poeira é um material crucial para planetas como a Terra,” explica Tamura. “O nosso resultado é um passo importante para entender o início da história do Universo e a origem da poeira.”

Astronomia On-line
26 de Março de 2019

 

1697: A gravidade extra do Universo pode não ser provocada pela matéria escura (mas sim pela luz)

ESA / Hubble & NASA

Astrofísicos europeus lançaram recentemente uma possibilidade que apanhou muitos desprevenidos: e se o estranho comportamento das galáxias for explicado pela massa combinada de inúmeros fotões, e não pela famosa matéria escura?

Os cientistas procuram há já várias décadas por provas concretas de presença de matéria escura, mas a verdade é que este material misterioso permanece indetectável. Agora, os astrofísicos estão a explorar uma possibilidade intrigante: e se não é a matéria escura que afecta a rotação galáctica, mas sim a massa da luz?

Os cientistas afirmaram durante muito tempo que a matéria invisível constitui a maior parte da massa do Universo. Qualquer comportamento de objectos espaciais que não pode ser explicado pela massa comum – a forma como as galáxias giram no espaço, por exemplo – pode ser explicado pelos efeitos gravitacionais da matéria escura.

Mas agora acaba de surgir uma ousada teoria que sugere que o estranho comportamento das galáxias pode ser explicado pela massa combinada de inúmeros fotões, e não pela matéria escura.

Num artigo científico datado de 1980, a astrónoma Vera Rubin provou uma característica particularmente estranha das galáxias: as suas bordas giram muito mais rápido do que seria suposto.

À medida que nos movemos para fora do centro galáctico, o movimento orbital das estrelas e do gás no disco deve, pelo menos teoricamente, desacelerar graças à diminuição da velocidade proporcional à distância do centro. A isto se chama declínio kepleriano, um fenómeno que pode ser observado de forma muito precisa em sistemas planetários como o Sistema Solar. No entanto, isto não acontece na maioria das galáxias.

Em vez disso, explica o ScienceAlert, as curvas de rotação das galáxias permanecem planas ou aumentam. Com base no efeito gravitacional da matéria, as estrelas externas orbitam muito mais rapidamente do que deveriam.

Quando se aperceberam deste fenómeno, os cientistas colocaram em cima da mesa a hipótese da matéria escura – não sabemos o que é, nem a conseguimos detetar, mas há no nosso Universo físico algo que ganha uma gravidade extra.

Contudo, esse “algo” pode não ser a tão aclamada matéria escura. Dmitri Ryutov, do Laboratório Nacional Lawrence Livermore, na Califórnia, e Dmitry Budker e Victor Flambaum, da Universidade Johannes Gutenberg de Mainz, na Alemanha, apostam as fichas nesta segunda hipótese.

Num novo estudo, publicado recentemente no The Astrophysical Journal, os cientistas afirmam que as partículas de luz – fotões – são a fonte do fenómeno, pelo menos parcialmente. Apesar de não causarem gravidade, a massa dos fotões cria algo que se comporta de forma muito parecida.

“Assumindo uma certa massa de fotões, muito menor que o limite superior actual, podemos mostrar que essa massa seria suficiente para gerar forças adicionais numa galáxia e que essas forças seriam grandes o suficiente para explicar as curvas de rotação. Esta conclusão é extremamente excitante”, afirmaram.

Os cientistas descrevem este efeito como uma espécie de “pressão negativa” causada por tensões electromagnéticas relacionadas à massa dos fotões. Quando colocados no contexto de um sistema matemático chamado electrodinâmica de Maxwell-Proca, essas tensões electromagnéticas podem gerar forças centrípetas adicionais, actuando predominantemente no gás interestelar. A este fenómeno a equipa deu o nome de Proca stress.

Para já, todas esta suposições são hipotéticas e matéria escura continua a ser a teoria-rainha. Mas não há nada de mal em procurar novas e prováveis explicações. Pelo contrário.

“Actualmente, não consideramos a massa de fotões como uma solução para o problema da curva de rotação. Mas pode ser parte da solução”, concluiu Budker.

LM, ZAP //

Por LM
11 Março, 2019