2159: A todo o gás: GTC detecta ventos poderosos produzidos por um buraco negro super-massivo

Os ventos de um buraco negro “varrem” o gás das galáxias.
Crédito: ESA/ATG medialab

Os buracos negros super-massivos nos centros de muitas galáxias parecem ter uma influência básica nas suas evoluções. Isto acontece durante uma fase em que o buraco negro está a consumir o material da galáxia em que reside a uma grande velocidade, crescendo em massa ao fazê-lo. Durante esta fase, dizemos que a galáxia tem um núcleo activo (AGN, “active galactic nucleus).

O efeito que esta actividade tem sobre a galáxia hospedeira é conhecido como feedback AGN e uma das suas propriedades são os ventos galácticos: este é o gás do centro da galáxia que é expelido pela energia libertada pelo núcleo activo. Estes ventos podem atingir velocidades de até milhares de quilómetros por segundo e nos AGNs mais energéticos, por exemplo, nos quasares, podem limpar os centros das galáxias impedindo a formação de novas estrelas. Mostrou-se que a evolução da formação estelar ao longo de escalas de tempo cosmológicas não pode ser explicada sem a existência de um mecanismo regulador.

Para estudar estes ventos em quasares utilizou-se o espectrógrafo infravermelho EMIR acoplado ao GTC (Gran Telescopio Canarias). O EMIR é um instrumento completamente desenvolvido no Instituto de Astrofísica das Canárias, construído para estudar os objectos mais frios e mais distantes do Universo, analisando a luz infravermelha. Desde Junho de 2016 que está instalado no GTC, depois de passar por uma fase exaustiva de testes nas oficinas da Divisão de Instrumentos da sede do IAC em La Laguna.

Os dados obtidos desde então têm sido utilizados para produzir vários artigos científicos dos quais o mais recente é o estudo do quasar obscurecido J1509 + 0434, publicado na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Letters e produzido por uma equipa internacional liderada pela investigadora do IAC Cristina Ramos Almeida. Este quasar está no Universo local e é um análogo dos quasares mais distantes e muito mais numerosos onde o feedback AGN deve estar a afectar seriamente a formação de novas estrelas.

“O EMIR permitiu-nos estudar os ventos do gás ionizado e molecular deste quasar usando o espectro infravermelho. Esta análise é muito importante porque nem sempre mostra propriedades semelhantes, o que nos diz muito sobre como estes ventos são produzidos e como afectam as suas galáxias hospedeiras,” explica Ramos Almeida. O estudo deste e de outros quasares locais permitirá entender o que estava a acontecer nas galáxias quando eram mais jovens e quando estavam a formar as suas estruturas que vemos hoje.

Com base nos novos dados obtidos com o EMIR, a equipa descobriu que o vento ionizado é mais rápido do que o vento molecular, atingindo velocidades de até 1200 km/s. No entanto, seria o vento molecular a esvaziar os reservatórios de gás da galáxia (até 176 massas solares por ano). “Novas observações com o ALMA vão permitir confirmar esta estimativa,” explicou José Acosta Pulido, investigador do IAC e co-autor deste estudo.

O próximo passo é observar uma amostra completa de quasares próximos obscurecidos com o EMIR para estudar os seus ventos ionizados e moleculares. Os cientistas também querem investigar as populações estelares das suas galáxias hospedeiras. Isto permitirá confirmar directamente o feedback AGN na evolução das galáxias.

Astronomia On-line
11 de Junho de 2019

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1935: 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

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1070: ANALISADA A ÚNICA ANÃ BRANCA ORBITADA POR FRAGMENTOS PLANETÁRIOS

Impressão de artista que mostra um disco de poeira e fragmentos planetários em torno de uma estrela.
Crédito: NASA/JPL-Caltech

O estudo, liderado por Paula Izquierdo, aluna de doutoramento do Instituto de Astrofísica das Canárias (IAC) e da Universidade de La Laguna (ULL), aprofundou a análise desta excepcional anã branca, que mostra trânsitos periódicos produzidos por fragmentos de um planetesimal dizimado. As observações usadas para esta investigação foram obtidas com o GTC (Gran Telescopio Canarias) e com o Telescópio Liverpool.

O artigo, publicado recentemente na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, confirma a evolução contínua dos trânsitos produzidos pelos remanescentes de um planetesimal em órbita da anã branca WD 1145+017. Estes “detritos” passam em frente da estrela a cada 4,5 horas, bloqueando uma fracção da luz da estrela. A interacção contínua e a fragmentação destes detritos provocam grandes mudanças na profundidade e na forma dos trânsitos observados.

WD 1145+017 é uma anã branca, o núcleo remanescente de uma estrela que esgotou o seu combustível nuclear. A maioria das anãs brancas têm massas menores que a do Sol e tamanhos semelhantes à Terra. Muitos estudos indicam que 95% de todas as estrelas no Universo terminarão as suas vidas como anãs brancas, entre elas o nosso próprio Sol.

“O estudo deste sistema dar-nos-á informações sobre o futuro do nosso Sistema Solar,” explica Paula Izquierdo, autora principal do artigo. Por esse motivo, WD 1145+017 é especial. É a primeira anã branca para a qual as mudanças no brilho devido a ocultações (parte da luz da estrela é bloqueada pelos fragmentos de um corpo rochoso numa órbita de 4,5 horas) foram detectadas, sofrendo colisões contínuas que vão resultar na sua desintegração.

Embora este sistema tenha sido apenas descoberto em 2015, já atraiu a atenção de um grande número de grupos de investigação. Este estudo mais recente apresenta os primeiros dados espectroscópicos simultâneos, obtidos com o GTC (10,4 metros) e dados fotométricos do Telescópio Liverpool (2 metros), ambos no Observatório Roque de los Muchachos (Garafía, La Palma).

“Quando o sistema está fora de trânsito, assumimos que detectamos 100% do fluxo, porque nada atrapalha a luz emitida pela anã branca,” explica a investigadora do IAC/ULL. “Mas quando os detritos planetários em órbita da estrela cruzam a nossa linha de visão,” realça, “o que acontece durante um trânsito, a quantidade de luz que recebemos é reduzida. Essa redução é tão grande quanto 50% no trânsito mais profundo que observámos: grandes nuvens de poeira que sopram os fragmentos planetesimais são capazes de ocultar metade da luz da anã branca.”

O estudo também confirma que os trânsitos na faixa visível da luz são “cinza”. Ou seja, não há relação entre a profundidade dos trânsitos e as suas cores, o que faz com que os trânsitos sejam igualmente profundos nas cinco bandas de onda estudadas. Os autores discutem uma nova hipótese na qual a queda observada na quantidade de luz é devida a uma estrutura opticamente espessa, não a uma estrutura opticamente fina como proposto anteriormente.

“O trânsito mais profundo mostra uma estrutura complexa que pudemos modelar usando a super-posição de diferentes nuvens de poeira, como se fosse produzido por seis fragmentos igualmente espaçados vindos dos planetesimais,” explica Pablo Rodríguez-Gil, co-autor do artigo, investigador do IAC e professor associado da ULL.

Entre os diferentes achados, a equipa observou uma redução na quantidade de absorção produzida pelo ferro durante o trânsito mais profundo detectado: “Parte dessa absorção,” afirma o co-autor Boris Gänsicke, astrónomo da Universidade de Warwick (Reino Unido), “não tem origem na atmosfera da anã branca, mas num disco de gás que também orbita em seu redor, de modo que demonstrámos que o disco de fragmentos e de gás devem estar espacialmente relacionados.”

Finalmente, usaram a distância de WD 1145+017, obtida pela missão Gaia da ESA, para derivar a massa, raio, temperatura e idade do sistema.

Astronomia On-line
25 de Setembro de 2018

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645: INVESTIGADORES DESCOBREM SISTEMA COM TRÊS PLANETAS DO TAMANHO DA TERRA

Impressão de artista de um sistema planetário com três exoplanetas rochosos do tamanho da Terra.
Crédito: Gabriel Pérez Díaz, SMM (Instituto de Astrofísica das Canárias)

O IAC (Instituto de Astrofísica das Canárias) e a Universidade de Oviedo divulgaram a semana passada a descoberta de dois novos sistemas planetários. Um deles hospeda três planetas com o mesmo tamanho que a Terra.

As informações sobre estes novos exoplanetas foram obtidas a partir dos dados recolhidos pela missão K2 do satélite Kepler da NASA, que teve início em Novembro de 2013. O trabalho, que será publicado na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, revela a existência de dois novos sistemas planetários detectados a partir dos eclipses que produzem na luz estelar das suas respectivas estrelas. Na equipa de investigação liderada por Javier de Cos da Universidade de Oviedo e Rafael Rebolo do IAC, participam, juntamente com investigadores destes dois centros, outros da Universidade de Genebra e do GTC (Gran Telescopio Canarias).

O primeiro sistema exoplanetário está localizado em redor da estrela K2-239, caracterizada pelos cientistas como uma anã vermelha do tipo M3V a partir de observações feitas com o GTC, no Observatório Roque de los Muchachos (Garafía, La Palma). Está situada na direcção da constelação do Sextante a 50 parsecs (cerca de 160 anos-luz) do Sol. Tem um sistema compacto de pelo menos três planetas rochosos de tamanho semelhante à Terra (1,1, 1,0 e 1,1 raios terrestres) que orbitam a estrela a cada 5,2, 7,8 e 10,1 dias, respectivamente.

A outra estrela anã vermelha chamada K2-240 tem duas super-Terras com aproximadamente o dobro do tamanho do nosso planeta. A temperatura atmosférica das anãs vermelhas, em torno das quais estes planetas orbitam, é de 3450 e 3800 K, respectivamente, quase metade da temperatura do Sol. Os investigadores estimam que todos os planetas descobertos têm temperaturas superficiais dezenas de graus acima da temperatura da Terra devido à forte radiação que recebem nestas órbitas próximas em torno das suas estrelas.

As futuras campanhas de observação com o JWST (James Webb Space Telescope) vão caracterizar a composição das atmosferas dos planetas descobertos. As observações espectroscópicas com o instrumento ESPRESSO, instalado no VLT (Very Large Telescope) do ESO, ou com espectrógrafos futuros no GTC ou em novas instalações astronómicas com o ELT (Extremely Large Telescope) ou o TMT (Thirty Meter Telescope), serão cruciais para determinar as massas, densidades e propriedades físicas destes planetas.

Astronomia On-line
12 de Junho de 2018

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599: INVESTIGADORES DESCOBREM UMA DAS MAIS MASSIVAS ESTRELAS DE NEUTRÕES

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

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

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

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

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

Um método de medição pioneiro

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

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

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

Mais denso que um núcleo atómico

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

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

Astronomia On-line
1 de Junho de 2018

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283: Astrónomos descobrem uma das primeiras estrelas formadas na Via Láctea

(dr) Gabriel Pérez / SMM

Investigadores do Instituto de Astrofísica das Canárias identificaram, usando o GTC – Gran Telescopio de Canarias – uma estrela que pode ser a chave para a formação dos primeiros elementos químicos na Galáxia.

O estudo, publicado na The Astrophysical Journal Letters, divulga a descoberta de uma das estrelas com o menor conteúdo metálico conhecido.

A 7500 anos-luz da Terra, no halo da Via Láctea e na direcção da constelação do Lince, a estrela encontra-se na sequência principal, o estágio em que a maioria das estrelas passa a maior parte das suas vidas.

A fonte de energia destas estrelas é a fusão do hidrogénio nos seus núcleos, e as suas temperaturas superficiais e luminosidades são quase constantes com o passar do tempo. Outra das suas propriedades é a sua pequena massa, cerca de 0,7 vezes a massa do Sol, embora seja 400 graus mais quente.

Esta descoberta foi feita usando o Optical System for Imaging and low-intermediate-Resolution Integrated Spectoscopy (OSIRIS) acoplado ao GTC, no Observatório Roque de los Muchachos (Garafía, La Palma).

A espectroscopia permite decompor a luz de objectos celestes para estudar as suas propriedades físicas e químicas, e graças a isso sabemos que J0815+4729 possui apenas uma milionésima parte do cálcio e do ferro que o Sol contém. No entanto, tem um conteúdo comparativamente enorme de carbono, quase 15% da abundância solar.

“Conhecemos apenas algumas estrelas – que podem ser contadas com os dedos de uma mão – deste tipo no halo, onde as estrelas mais antigas e mais pobres em metais da Via Láctea se encontram” explica David Aguado, estudante do IAC e da Universidade de La Laguna, e autor principal do artigo.

“A teoria prevê que estas estrelas possam formar-se só após e usando o material das primeiras supernovas, cujas progenitoras foram as primeiras estrelas massivas da Galáxia, cerca de 300 milhões de anos depois do Big Bang,” explica Jonay González Hernández, um dos autores do artigo.

Esta estrela foi identificada na base de dados do Sloan Digital Sky Survey (SDSS) durante o levantamento Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS) e mais tarde observada com o espectrógrafo de dispersão intermédia ISIS no Telescópio William Herschel (WHT) do Grupo de Telescópios Isaac Newton, também no Observatório Roque de los Muchachos.

“Esta estrela estava aninhada na base de dados do levantamento BOSS, entre um milhão de espectros estelares que analisámos para a identificar, o que exigiu um considerável esforço observacional e computacional” afirmou Carlos Allende Prieto, outro investigador do IAC e co-autor do artigo.

É necessária espectroscopia de alta resolução, em grandes telescópios, para tentar detectar os elementos químicos da estrela que podem ajudar-nos a entender as primeiras supernovas e as suas progenitoras” enfatizou.

No futuro próximo, o espectrógrafo de alta resolução HORS, actualmente numa fase de testes no GTC, será um instrumento fundamental para a análise química de estrelas fracas como J0815+4729.

Rafel Rebolo, director do IAC e co-autor do artigo, explica que a “detecção de lítio nos fornece informações relacionadas com a núcleo-síntese do Big Bang”.

“Estamos a trabalhar num espectrógrafo de alta resolução e de grande banda espectral a fim de medir – entre outras coisas – a composição química detalhada de estrelas com propriedades únicas como é o caso da J0815+4719”, afirma.

ZAP // CCVAlg

Por CCVAlg
7 Fevereiro, 2018

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