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

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

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

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

O pulsar mais rápido fora dos enxames globulares

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

Procurando sinais extremamente fracos

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

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

Uma estranha primeira detecção

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

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

Outra surpresa: sem pulsos gama até Julho de 2011

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

Observações ópticas levantam outras questões

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

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

À procura de ondas gravitacionais contínuas

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

Estrelas de neutrões em rápida rotação

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

Einstein@Home procura casos de estudo de física extrema

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

Astronomia On-line
24 de Setembro de 2019

 

2067: Dois buracos negros em fusão

Dois buracos negros em fusão.
Crédito: ESA

Os buracos negros estão entre os objectos mais fascinantes do Universo. Envolvendo enormes quantidades de matéria em regiões relativamente pequenas, estes objectos compactos têm densidades enormes que dão origem a alguns dos campos gravitacionais mais fortes do cosmos, tão fortes que nada pode escapar – nem mesmo a luz.

Esta impressão artística mostra dois buracos negros que estão em espiral um em direcção ao outro e, eventualmente, ir-se-ão fundir. Uma fusão de um buraco negro foi detectada pela primeira vez em 2015 pelo LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), que detectou as ondas gravitacionais – flutuações no tecido do espaço-tempo – criadas pela colisão gigante.

Buracos negros e ondas gravitacionais são previsões da relatividade geral de Albert Einstein, a qual foi apresentada em 1915 e permanece, até hoje, a melhor teoria para descrever a gravidade em todo o Universo.

Karl Schwarzschild derivou as equações para buracos negros em 1916, mas estas permaneceram uma curiosidade teórica durante várias décadas, até que as observações de raios-X realizadas com telescópios espaciais puderam finalmente sondar a emissão altamente energética da matéria na vizinhança desses objectos extremos. A primeira imagem da silhueta escura de um buraco negro, lançada contra a luz da matéria no seu entorno imediato, só foi capturada recentemente pelo EHT (Event Horizon Telescope) e publicada no mês passado.

Quanto às ondas gravitacionais, foi o próprio Einstein quem previu a sua existência a partir da sua teoria, também em 1916, mas levaria outro século para finalmente se observar essas flutuações. Desde 2015, os observatórios terrestres LIGO e Virgo reuniram mais de uma dúzia de detecções e a astronomia de ondas gravitacionais é um novo campo de investigação em desenvolvimento.

Mas outra das previsões de Einstein encontrou prova de observação muito mais cedo: a curvatura gravitacional da luz, que foi demonstrada apenas alguns anos depois da teoria aparecer, durante um eclipse total do Sol em 1919.

No contexto da relatividade geral, qualquer objecto com massa dobra o tecido do espaço-tempo, desviando o caminho de qualquer coisa que passe por perto – incluindo a luz. Uma visão artística dessa distorção, também conhecida como lente gravitacional, encontra-se retratada nesta representação de dois buracos negros em fusão.

Há cem anos, os astrónomos começaram a testar a relatividade geral, observando se e como a massa do Sol desvia a luz de estrelas distantes. Esta experiência só poderia ser realizada obscurecendo a luz do Sol para revelar as estrelas ao seu redor, algo que é possível durante um eclipse solar total.

Em 29 de maio de 1919, Sir Arthur Eddington observou as estrelas distantes ao redor do Sol durante um eclipse na ilha do Príncipe, na África Ocidental, enquanto Andrew Crommelin realizou observações semelhantes em Sobral, no nordeste do Brasil. Os seus resultados, apresentados seis meses depois, indicaram que as estrelas observadas perto do disco solar durante o eclipse foram levemente deslocadas em relação à sua posição normal no céu, aproximadamente pela quantidade prevista pela teoria de Einstein para o seu desvio devido à massa do Sol.

“Acende todos os mortos no céu”, destacou o New York Times em Novembro de 1919 para anunciar o triunfo da nova teoria de Einstein. Isto inaugurou um século de experiências excitantes a investigar a gravidade na Terra e no espaço e a provar a relatividade geral de um modo cada vez mais preciso.

Demos saltos gigantescos nos últimos cem anos, mas ainda há muito para descobrir. Athena, o futuro observatório de raios-X da ESA, investigará detalhadamente, e sem precedentes, os buracos negros super-massivos que se situam no centro das galáxias. LISA, outra futura missão da ESA, detectará as ondas gravitacionais a partir de órbita, procurando as flutuações de baixa frequência que são libertadas quando dois buracos negros super-massivos se fundem e só podem ser detectados a partir do espaço.

Ambas as missões estão actualmente em fase de estudo e estão programadas para lançamento no início da década de 2030. Se Athena e LISA pudessem operar em conjunto por pelo menos alguns anos, poderiam realizar uma experiência única: observar a fusão de buracos negros super-massivos tanto em ondas gravitacionais quanto em raios-X, utilizando uma abordagem conhecida como astronomia multi-mensageira.

Nunca observámos tal fusão: precisamos de LISA para detectar as ondas gravitacionais e nos dizer onde procurar no céu, depois precisamos que Athena a observe com alta precisão em raios-X para ver como a poderosa colisão afecta o gás que circunda os buracos negros. Não sabemos o que acontece durante um confronto cósmico deste tipo, portanto, essa experiência, muito parecida com o eclipse de 1919 que primeiro provou a teoria de Einstein, está preparada para abalar a nossa compreensão da gravidade e do Universo.

Astronomia On-line
28 de Maio de 2019


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1992: Ondas gravitacionais deixam uma marca detectável, dizem os físicos

Quando dois buracos negros giram em órbita um do outro, irradiam ondas gravitacionais, libertando energia orbital e espiralando em direcção um do outro. Esta impressão de artista mostra as ondulações numa superfície bidimensional do espaço-tempo, para que as consigamos imaginar melhor.
Crédito: Swinburne Astronomy Productions

As ondas gravitacionais, detectadas pela primeira vez em 2016, abrem uma nova janela para o Universo, com o potencial de nos contar tudo sobre a época que se seguiu ao Big Bang até aos eventos mais recentes nos centros de galáxias.

E enquanto o detector LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) observa 24 horas por dia, 7 dias por semana, ondas gravitacionais que passam pela Terra, uma nova investigação mostra que essas ondas deixam para trás muitas “memórias” que podem ajudar a detectá-las mesmo depois de terem passado.

“Que as ondas gravitacionais deixam mudanças permanentes num detector depois de passarem, é uma das previsões mais invulgares da relatividade geral,” disse o candidato a doutoramento Alexander Grant, autor principal do artigo científico publicado na edição de 26 de Abril da revista Physical Review D.

Os físicos sabem há muito tempo que as ondas gravitacionais deixam uma espécie de memória nas partículas ao longo do caminho e identificaram cinco dessas memórias. Os investigadores descobriram agora mais três efeitos posteriores da passagem de uma onda gravitacional, “ondas gravitacionais persistentes observáveis” que podem um dia ajudar a identificar ondas que passam pelo Universo.

Cada nova onda observável, realça Grant, fornece diferentes maneiras de confirmar a teoria da relatividade geral e fornece informações sobre as propriedades intrínsecas das ondas gravitacionais.

Essas propriedades, dizem os cientistas, podem ajudar a extrair informações da Radiação Cósmica de Fundo em Micro-ondas – radiação remanescente do Big Bang.

“Não antecipámos a riqueza e a diversidade do que podia ser observado,” explicou Éanna Flanagan, professor de física e de astronomia da Universidade de Cornell, no estado norte-americano de Nova Iorque.

“O que foi surpreendente, para mim, sobre esta investigação, é como diferentes ideias às vezes tinham uma relação inesperada,” disse Grant. “Nós considerámos uma grande variedade de observáveis diferentes e descobrimos que, muitas vezes, para saber mais sobre uma, temos que ter conhecimento da outra.”

Os investigadores identificaram três observáveis que mostram os efeitos de ondas gravitacionais numa região plana do espaço-tempo que sofre um surto de ondas gravitacionais, após o qual volta a ser uma região plana. O primeiro observável, “desvio de curva”, é quanto dois observadores em aceleração se separam um do outro, em comparação com a forma como observadores com as mesmas acelerações se separariam um do outro num espaço plano não perturbado por uma onda gravitacional.

O segundo observável, “holonomia”, é obtido transportando informações sobre o momento linear e angular de uma partícula ao longo de duas curvas diferentes através das ondas gravitacionais e comparando os dois resultados diferentes.

O terceiro analisa como as ondas gravitacionais afectam o deslocamento relativo de duas partículas quando uma das partículas tem uma rotação intrínseca.

Cada um destes observáveis é definido pelos investigadores de uma maneira que pode ser medida pelo detector. Os procedimentos de detecção para o desvio de curva e para as partículas em rotação são “relativamente simples de realizar,” escreveram os investigadores, necessitando apenas “um meio de medir a separação e para os observadores acompanharem as suas respectivas acelerações.”

A detecção da holonomia observável seria mais difícil, escreveram, “exigindo que dois observadores medissem a curvatura local do espaço-tempo (potencialmente transportando pequenos detectores de ondas gravitacionais).” Dado o tamanho necessário para o LIGO detectar até uma onda gravitacional, a capacidade de detectar os observáveis de holonomia está além do alcance da ciência actual, dizem os cientistas.

“Mas já vimos muitas coisas interessantes com ondas gravitacionais, e veremos muitas mais. Existem até planos para colocar um detector de ondas gravitacionais no espaço, que será sensível a fontes diferentes do LIGO,” conclui Flanagan.

Astronomia On-line
14 de Maio de 2019


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1936: LIGO e Virgo detectam novas colisões

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Astronomia On-line
7 de Maio de 2019

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1390: Ligo e Virgo anunciam quatro novas detecções

O LIGO e o Virgo detectaram uma nova população de buracos negros com massas maiores do que as já observadas apenas com estudos em raios-X (roxo). Este gráfico mostra as massas de todas 10 fusões de buracos negros binários já detectadas confiavelmente pelo LIGO/Virgo (azul). Também mostra estrelas de neutrões com massas conhecidas (amarelo) e a massas dos componentes da fusão de estrelas de neutrões GW170817 (laranja).
Crédito: LIGO/Virgo/Universidade Northwestern/Frank Elavsky

No passado sábado, dia 1 de Dezembro, os cientistas que participaram no workshop de Física e Astronomia de Ondas Gravitacionais em College Park, no estado norte-americano de Maryland, apresentaram novos resultados dos detectores de ondas gravitacionais LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) da NSF (National Science Foundation) e do europeu Virgo, no que toca às suas pesquisas por objectos cósmicos coalescentes, como pares de buracos negros e pares de estrelas de neutrões. As colaborações LIGO e Virgo detectaram confiavelmente ondas gravitacionais de um total de 10 fusões binárias de buracos negros de massa estelar e uma fusão de estrelas de neutrões, que são os remanescentes esféricos e densos de explosões estelares. Seis dos eventos de fusão de buracos negros já tinham sido divulgados, sendo que quatro são novos.

Entre 12 de Setembro de 2015 e 19 de Janeiro de 2016, durante a primeira campanha de observação do LIGO desde que sofreu actualizações num programa de nome Advanced LIGO, foram detectadas ondas gravitacionais de 3 fusões de buracos negros binários. A segunda campanha de observação, que durou de 30 de Novembro de 2016 a 25 de Agosto de 2017, resultou numa fusão de estrelas de neutrões binárias e sete novas fusões binárias de buracos negros, incluindo quatro novos eventos de ondas gravitacionais agora divulgados. Os novos eventos são conhecidos como GW170729, GW170809, GW170818 e GW170823, em referência às datas em que foram detectados.

Todos os eventos estão incluídos num novo catálogo, também lançado no sábado, com alguns dos eventos quebrando recordes. Por exemplo, o novo evento GW170729, detectado na segunda campanha de observação no dia 29 de Julho de 2017, é a mais massiva e distante fonte de ondas gravitacionais já observada. Nesta coalescência, que ocorreu há mais ou menos 5 mil milhões de anos, uma energia equivalente a quase cinco massas solares foi convertida em radiação gravitacional.

GW170814 foi a primeira fusão binária de buracos negros medida pela rede de três detectores e permitiu os primeiros testes de polarização de ondas gravitacionais (análoga à polarização da luz).

O evento GW170817, detectado três dias após GW170814, representa a primeira vez que foram observadas ondas gravitacionais a partir da fusão de um sistema composto por duas estrelas de neutrões. Além do mais, esta colisão foi vista tanto em ondas gravitacionais como no espectro electromagnético, marcando um excitante novo capítulo na astronomia multi-mensageira, em que os objectos cósmicos são observados simultaneamente em diferentes tipos de radiação.

Um dos novos eventos, GW170818, que foi detectado pela rede global formada pelos observatórios LIGO e Virgo, foi localizado no céu com muita precisão. A posição dos buracos negros binários, localizados a 2,5 mil milhões de anos-luz da Terra, foi identificada no céu com uma precisão de 39 graus quadrados. Isto torna-o na mais bem localizada fonte de ondas gravitacionais após a fusão das estrelas de neutrões do evento GW170817.

Albert Lazzarini do Caltech e vice-director do Laboratório LIGO, diz: “a divulgação de mais quatro fusões binárias de buracos negros diz-nos mais sobre a natureza da população destes sistemas binários e restringe melhor a taxa de ocorrência para estes tipos de eventos.”

“Em apenas um ano, o LIGO e o Virgo, trabalhando juntos, têm avançado dramaticamente a ciência das ondas gravitacionais e a taxa de descoberta sugere que os achados mais espectaculares ainda estão por vir,” comenta Denise Caldwell, directora da Divisão de Física da NSF. “Os feitos do LIGO da NSF e dos seus parceiros internacionais são uma fonte de orgulho para a agência e esperamos avanços ainda significativos quando a sensibilidade do LIGO ficar maior no próximo ano.”

“A próxima campanha de observações, que terá início na primavera de 2019, deverá render muitos mais candidatos a ondas gravitacionais e a ciência que a comunidade pode realizar vai crescer de acordo,” comenta David Shoemaker, porta-voz da Colaboração Científico do LIGO e investigador sénior do Instituto Kavli para Astrofísica e Pesquisa Espacial do MIT. “É um momento incrivelmente emocionante.”

“É gratificante ver as novas capacidades que se tornam disponíveis através da adição do Advanced Virgo à rede global,” comenta Jo van den Brand de Nikhef (Instituto Nacional Holandês de Física Subatómica) e da Universidade VU de Amesterdão, porta-voz da colaboração Virgo. “A nossa precisão altamente melhorada vai permitir que os astrónomos encontrem rapidamente outros mensageiros cósmicos emitidos pelas fontes de ondas gravitacionais.” Esta capacidade de apontamento da rede LIGO-Virgo é possível graças à exploração dos atrasos de tempo da chegada do sinal nos diferentes locais e dos chamados padrões de antena dos interferómetros.

“O novo catálogo é mais uma prova da exemplar colaboração internacional da comunidade de ondas gravitacionais e um trunfo para as próximas campanhas de observação e actualizações,” acrescenta Stavros Katsanevas, director do EGO.

Os artigos científicos que descrevem estas novas descobertas, colocados inicialmente no repositório arXiv de pré-publicações electrónicas, apresentam informações detalhadas na forma de um catálogo de todas as detecções de ondas gravitacionais e eventos candidatos das duas campanhas de observação, bem como descrevem as características da população de fusões de buracos negros. Mais notavelmente, descobriram que quase todos os buracos negros formados a partir de estrelas têm uma massa inferior a 45 vezes a do Sol. Graças ao processamento mais avançado de dados e a uma melhor calibração dos instrumentos, a precisão dos parâmetros astrofísicos dos eventos anunciados anteriormente aumentou consideravelmente.

Laura Cadonati, vice-porta-voz da Colaboração Científica LIGO, diz: “Estas novas descobertas só foram possíveis graças ao trabalho incansável e cuidadosamente coordenado dos comissários dos detectores em todos os três observatórios e aos cientistas em todo o mundo responsáveis pela qualidade e limpeza dos dados, que procuram sinais ocultos, e à estimativa dos parâmetros para cada candidato – cada uma especialidade científica que requer enorme conhecimento e experiência.”

Astronomia On-line
7 de Dezembro de 2018

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1166: TUDO EM FAMÍLIA: DETECTADO PARENTE DE FONTE DE ONDAS GRAVITACIONAIS

Um objecto de nome GRB 150101B, detectado originalmente como uma explosão de raios-gama pelo Telescópio Fermi da NASA em Janeiro de 2015, pode indicar uma fusão entre duas estrelas de neutrões. Esta imagem mostra dados do Observatório de raios-X Chandra (roxo nas inserções) em contexto com uma imagem óptica de GRB 150101B pelo Telescópio Espacial Hubble.
Crédito: raios-X – NASA/CXC/GSFC/UMC/E. Troja et al.; óptico e infravermelho – NASA/STScI

Há cerca de um ano, os astrónomos relataram animadamente a primeira detecção de ondas electromagnéticas, ou luz, de uma fonte de ondas gravitacionais. Agora, um ano depois, investigadores estão a anunciar a existência de um parente cósmico desse acontecimento histórico.

A descoberta foi feita usando dados obtidos pelo Observatório de Raios-X Chandra, pelo Telescópio Espacial de Raios-Gama Fermi, pelo Observatório Swift Neil Gehrels, pelo Telescópio Espacial Hubble e pelo Telescópio do Discovery Channel.

O objecto do novo estudo, de nome GRB 150101B, foi reportado pela primeira vez como uma explosão de raios-gama detectada pelo Fermi em Janeiro de 2015. Esta detecção e observações de acompanhamento, noutros comprimentos de onda, mostram que GRB 150101B partilha semelhanças notáveis com a fusão de estrelas de neutrões e fonte de ondas gravitacionais descoberta pelo LIGO (Advanced Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory) e pelo seu equivalente europeu Virgo em 2017, conhecida como GW170817. O estudo mais recente conclui que esses dois objectos separados podem, de facto, estar relacionados.

“É um grande passo, ir de um objecto detectado para dois,” comenta Eleonora Troja, autora principal do estudo, do Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, no estado norte-americano de Maryland e da Universidade de Maryland em College Park. “A nossa descoberta diz-nos que eventos como GW170817 e GRB 150101B podem representar uma nova classe de objectos em erupção que ligam e desligam raios-X e podem, na verdade, ser relativamente comuns.”

Troja e colegas pensam que tanto GRB 150101B como GW170817 foram provavelmente produzidos pelo mesmo tipo de evento: a fusão de duas estrelas de neutrões, uma coalescência que gerou um jacto estreito, ou feixe, de partículas altamente energéticas. O jacto produziu uma explosão curta e intensa de raios-gama (GRB), um flash de alta energia que pode durar apenas alguns segundos. GW170817 provou que esses eventos também podem criar ondulações no próprio espaço-tempo, chamadas ondas gravitacionais.

A aparente correspondência entre GRB 150101B e GW170817 é impressionante: ambos produziram uma explosão de raios-gama invulgarmente ténue, ambos foram uma fraca fonte de luz azul com a duração de alguns dias e a emissão de raios-X durou muito mais tempo. As galáxias hospedeiras são também incrivelmente similares, com base em observações do Telescópio Espacial Hubble e do Telescópio do Discovery Channel. Ambas são galáxias elípticas brilhantes com uma população de estrelas com alguns milhares de milhões de anos e sem evidências de nova formação estelar.

“Temos um caso de semelhanças cósmicas,” comenta o co-autor Geoffrey Ryan da Universidade de Maryland em College Park. “Parecem iguais, agem da mesma maneira e vêm de vizinhanças semelhantes, de modo que a explicação mais simples é que pertencem à mesma família de objectos.”

Nos casos, tanto de GRB 150101B como de GW170817, o aumento lento na emissão de raios-X, em comparação com a maioria dos GRBs, implica que a explosão tenha provavelmente sido vista “fora do eixo”, isto é, com o jacto não apontando directamente para a Terra. A descoberta do objecto GRB 150101B representa apenas a segunda vez que os astrónomos detectaram um GRB curto fora do eixo.

Embora existam muitas semelhanças entre GRB 150101B e GW170817, existem duas diferenças muito importantes. Uma é a sua localização. GW170817 está a cerca de 130 milhões de anos-luz da Terra, enquanto GRB 150101B está a mais ou menos 1,7 mil milhões de anos-luz de distância. Mesmo que o LIGO estivesse em operação no início de 2015, muito provavelmente não teria detectado ondas gravitacionais de GRB 150101B devido à sua distância maior.

“A beleza de GW170817 é que nos deu um conjunto de características, como marcadores genéticos, para identificar novos membros da família de objectos explosivos a distâncias ainda maiores do que o LIGO pode actualmente alcançar,” afirma o co-autor Luigi Piro do Instituto Nacional de Astrofísica em Roma, Itália.

A emissão óptica de GRB150101B está em grande parte na porção azul do espectro, fornecendo uma pista importante de que este evento envolveu o que chamamos de uma quilo-nova, como visto em GW170817. Uma quilo-nova é uma explosão extremamente poderosa que não apenas liberta uma grande quantidade de energia, mas também produz elementos importantes como ouro, platina e urânio que outras explosões estelares não produzem.

É possível que algumas fusões como as vistas em GW170817 e GRB 150101B tenham sido detectadas anteriormente como GRBs curtos, mas não foram identificadas com outros telescópios. Sem detecções em comprimentos de onda mais longos, como raios-X ou no visível, as posições dos GRBs não são precisas o suficiente para determinar em qual galáxia estão localizadas.

No caso de GRB 150101B, os astrónomos pensaram inicialmente que o equivalente era uma fonte de raios-X detectada pelo Swift no centro de uma galáxia, provavelmente de material a cair para um buraco negro super-massivo. No entanto, as observações de acompanhamento com o Chandra detectaram a homóloga verdadeira longe do centro da galáxia hospedeira.

A outra diferença importante entre GW170817 e GRB 150101B é que sem a detecção de ondas gravitacionais, a equipa não conhece as massas dos dois objectos que se fundiram. É possível que a fusão tenha ocorrido entre um buraco negro e uma estrela de neutrões, em vez de duas estrelas de neutrões.

“Precisamos de mais casos como GW170817 que combinam dados de ondas gravitacionais com electromagnéticos para encontrar um exemplo entre uma estrela de neutrões e um buraco negro. Essa detecção seria a primeira do tipo,” comenta o co-autor Hendrik Van Eerten da Universidade de Bath, no Reino Unido. “Os nossos resultados encorajaram-nos para encontrar mais fusões e para fazer uma tal detecção.”

O artigo que descreve estes resultados foi publicado na revista Nature Communications e está disponível online.

Astronomia On-line
19 de Outubro de 2018

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760: PODEM AS ONDAS GRAVITACIONAIS REVELAR QUÃO DEPRESSA O UNIVERSO ESTÁ A EXPANDIR-SE?

Visualização de uma simulação feita por um supercomputador da fusão de dois buracos negros que libertam ondas gravitacionais.
Crédito: NASA/C. Henze

Desde que nasceu há 13,8 mil milhões de anos, que o Universo tem vindo a expandir-se, arrastando centenas de milhares de milhões de galáxias e estrelas, como passas numa massa que cresce rapidamente.

Os astrónomos têm apontado telescópios para certas estrelas e outras fontes cósmicas a fim de medir a sua distância à Terra e quão rapidamente se afastam de nós – dois parâmetros essenciais para estimar a constante de Hubble, uma unidade de medida que descreve o ritmo de expansão do Universo.

Mas, até à data, os esforços mais precisos basearam-se em valores muito diferentes da constante de Hubble, não oferecendo uma resolução definitiva para exactamente quão depressa o Universo cresce. Esta informação, pensam os cientistas, pode lançar luz sobre as origens do Universo, bem como sobre o seu destino, se o cosmos se expandirá indefinidamente ou se acabará num colapso.

Agora, cientistas do MIT e da Universidade de Harvard propuseram uma maneira mais precisa e independente de medir a constante de Hubble, usando ondas gravitacionais emitidas por um sistema relativamente raro: um sistema binário altamente energético composto por um buraco negro e por uma estrela de neutrões. À medida que estes objectos se aproximam um do outro, devem produzir ondas gravitacionais e um surto de luz quando finalmente colidirem.

Num artigo publicado na revista Physical Review Letters, os investigadores relatam que o flash de luz daria aos cientistas uma estimativa da velocidade do sistema, ou quão depressa se afasta da Terra. As ondas gravitacionais emitidas, se detectadas na Terra, deveriam fornecer uma medição precisa e independente da distância do sistema. Embora os sistemas constituídos por um buraco negro e por uma estrela de neutrões sejam incrivelmente raros, os investigadores calculam que a detecção de apenas alguns destes deverá render o valor mais preciso, até agora, da constante de Hubble e do ritmo de expansão do Universo.

“Os binários constituídos por um buraco negro e por uma estrela de neutrões são sistemas muito complicados, dos quais sabemos muito pouco,” comenta Salvatore Vitale, professor assistente de física no MIT e autor principal do artigo científico. “Se detectarmos um, o prémio é que podem potencialmente dar uma contribuição dramática para a nossa compreensão do Universo.”

O co-autor de Vitale é Hsin-Yu Chen de Harvard.

Constantes concorrentes

Recentemente foram feitas duas medições independentes da constante de Hubble, uma usando o Telescópio Espacial Hubble da NASA e outra usando o satélite Planck da ESA. A medição do Telescópio Espacial Hubble é baseada em observações de um tipo de estrela conhecida como variável Cefeida, bem como observações de super-novas. Ambos os objectos são considerados “velas padrão”, devido ao padrão previsível de brilho que os cientistas podem usar para estimar a distância e a velocidade da estrela.

O outro tipo de estimativa é baseado em observações das flutuações no fundo cósmico de micro-ondas – a radiação electromagnética deixada para trás no rescaldo do Big Bang, quando o Universo estava ainda na sua infância. Embora as observações por ambos os observatórios espaciais sejam extremamente precisas, as suas estimativas da constante de Hubble discordam significativamente.

“É aí que o LIGO entra em jogo,” diz Vitale.

O LIGO (Laser Interferometry Gravitational-Wave Observatory) detecta ondas gravitacionais – ondulações no espaço-tempo produzidas por fenómenos astrofísicos cataclísmicos.

“As ondas gravitacionais fornecem uma maneira muito direta e fácil de medir as distâncias das suas fontes,” explica Vitale. “O que detectamos com o LIGO é uma impressão directa da distância até à fonte, sem nenhuma análise extra.”

Em 2017, os cientistas tiveram a sua primeira oportunidade para estimar a constante de Hubble a partir de uma fonte de ondas gravitacionais, quando o LIGO e o seu homólogo italiano Virgo detectaram pela primeira vez a colisão de um par de estrelas de neutrões. A colisão libertou uma quantidade enorme de ondas gravitacionais, que os investigadores usaram para determinar a distância do sistema à Terra. A fusão também libertou um flash de luz, que os astrónomos observaram com telescópios terrestres e espaciais a fim de determinar a velocidade do sistema.

Com ambas as medições, os cientistas calcularam um novo valor para a constante de Hubble. No entanto, a estimativa veio com uma incerteza relativamente grande de 14%, muito maior que os valores calculados usando o Telescópio Espacial Hubble e o Planck.

Vitale diz que grande parte da incerteza deriva do facto de que pode ser difícil interpretar a distância de um binário de estrelas de neutrões a partir da Terra usando as ondas gravitacionais que este sistema em particular liberta.

“Nós medimos a distância observando quão ‘barulhenta’ é a onda gravitacional, ou seja, quão clara é nos nossos dados,” explica Vitale. “Se é muito clara, podemos ver quão barulhenta é e isso dá-nos a distância. Mas isso é apenas parcialmente verdade para os binários de estrelas de neutrões.”

Isto porque estes sistemas, que produzem um disco giratório de energia à medida que as duas estrelas de neutrões espiralam em direcção uma da outra, emitem ondas gravitacionais de maneira desigual. A maioria das ondas gravitacionais são disparadas para fora do centro do disco, enquanto uma fracção muito menor escapa pelos limites. Se os cientistas detectarem um sinal de uma onda gravitacional “barulhenta”, isso poderá indicar um de dois cenários: as ondas detectadas são provenientes da orla de um sistema muito próximo da Terra, ou as ondas são emanadas do centro de um sistema muito mais distante.

“Com os binários de estrelas de neutrões, é muito difícil distinguir entre essas duas situações,” realça Vitale.

Uma nova onda

Em 2014, antes do LIGO fazer a primeira detecção de ondas gravitacionais, Vitale e colegas observaram que um sistema binário composto por um buraco negro e por uma estrela de neutrões poderia fornecer uma medição mais precisa da distância, em comparação com binários de estrelas de neutrões. A equipa estava a investigar a precisão com que se pode medir a rotação de um buraco negro, já que os objectos giram sob os seus próprios eixos, de forma semelhante à Terra, mas muito mais depressa.

Os cientistas simularam uma variedade de sistemas com buracos negros, incluindo binários de buracos negros e estrelas de neutrões e binários de estrelas de neutrões. Como subproduto deste esforço, a equipa notou que eram capazes de determinar com maior precisão a distância dos binários compostos por um buraco negro e por uma estrela de neutrões, em comparação com os binários compostos por duas estrelas de neutrões. Vitale diz que isso deve-se à rotação do buraco negro em torno da estrela de neutrões, o que pode ajudar os cientistas a melhor identificar o local, no sistema, onde são emanadas as ondas gravitacionais.

“Graças a esta melhor medição de distância, pensei que os binários constituídos por um buraco negro e por uma estrela de neutrões podiam ser uma sonda competitiva para medir a constante de Hubble,” explica Vitale. “Desde então, muito coisa aconteceu com o LIGO e com a descoberta de ondas gravitacionais, pelo que tudo isso foi colocado em segundo plano.”

Vitale voltou recentemente à sua observação original e, neste novo artigo, propôs responder a uma questão teórica:

“O facto de que todos os sistemas binários constituídos por um buraco negro e por uma estrela de neutrões me dão uma medição melhor da distância vai compensar o facto destes, potencialmente, existirem em números muito menores no Universo do que binários de estrelas de neutrões?”

Para responder a esta pergunta, a equipa realizou simulações para prever a ocorrência de ambos os tipos de sistemas binários no Universo, bem como a precisão das suas medições de distância. A partir dos seus cálculos, concluíram que mesmo que os sistemas binários de estrelas de neutrões superem os binários compostos por um buraco negro e por uma estrela de neutrões por um factor de 50, este último tipo produziria uma constante de Hubble similar, em termos de precisão, em comparação com o primeiro.

De forma mais optimista, se os binários constituídos por um buraco negro e por uma estrela de neutrões fossem ligeiramente mais comuns, mas ainda mais raros do que os binários de estrelas de neutrões, o primeiro produziria uma constante de Hubble quatro vezes mais precisa.

“Até agora, os cientistas concentraram-se nas estrelas de neutrões binárias como forma de medir a constante de Hubble com ondas gravitacionais,” diz Vitale. “Nós mostrámos que há outro tipo de fonte de ondas gravitacionais que até agora não foi tão explorada: os buracos negros e as estrelas de neutrões que espiralam juntos. O LIGO começará a recolher dados novamente em Janeiro de 2019, e será muito mais sensível, o que significa que podemos ver objectos mais distantes. Assim sendo, o LIGO deverá ver pelo menos um binário constituído por um buraco negro e por uma estrela de neutrões, talvez no máximo 25, o que ajudará a resolver a tensão existente na medição da constante de Hubble, esperançosamente nos próximos anos.”

Astronomia On-line
13 de Junho de 2018

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716: Astrónomos perplexos com “The Cow”, o mais recente (e misterioso) objecto espacial

Stephen Smartt / ATLAS

Foi avistado no céu havaiano um misterioso flash numa galáxia vizinha. Astrónomos de todo o mundo estão a lutar arduamente para entender a origem deste misterioso objecto incrivelmente brilhante.

“Nunca vi nada assim”, disse Stephen Smartt, astrofísico da Queen’s University, em Belfast. A detecção, no dia 16 de Junho, foi descrita no Astronomer’s Telegram, um serviço online para os astrónomos relatarem de imediato as suas observações de última hora que podem ter interesse científico.

Smartt, líder da equipa de cientistas do projecto ATLAS, do Havai, registou a observação nesse mesmo serviço e, graças ao sistema de nomes aleatórios de três letras que o site proporciona para baptizar as descobertas, o objecto foi apelidado de AT2018cow, ou “The Cow”.

O objecto espacial captou desde logo a atenção do astrofísico, por ser tão diferente de uma estrela explosiva padrão. A maioria destes eventos espaciais demora várias semanas para atingir o pico de luminosidade, algo que não aconteceu desta vez.

“The Cow” demorou apenas três dias para se tornar cerca de dez vezes mais brilhante do que uma supernova.

Smartt deixou de ser o único rendido. O objecto captou rapidamente a atenção de outros astrónomos. Na semana seguinte, a observação do ATLAS foi acompanhada por cerca de duas dúzias de equipas de astrónomos, que utilizaram telescópios nos quatro continentes e até no espaço.

Smartt suspeitou desde o início que a luminosidade do objecto celeste deveria ser originária de algum objecto da nossa própria galáxia, por ser tão brilhante. No entanto, quando outros cientistas conduziram análises espectroscópicas do objecto, separando a luz por comprimentos de onda, descobriu-se que o “The Cow” tinha características associadas à CGCG 137-068, uma galáxia na constelação de Hércules.

A luz tinha a assinatura de ter sido estendida ao longo de uma extenuante jornada de cerca de 200 milhões de anos-luz, daquela galáxia até à Terra.

Stephen Smartt / ATLAS

Mas, em termos astronómicos, esta distância não é assim tão longe, o que significa que a explosão pode ter produzido ondas gravitacionais detectáveis. Todavia, os detectores LIGO, em Washington e Lousiana, estão a sofrer algumas alterações, deixando assim em aberto a questão de saber se alguém notou (ou não) esses tais sinais.

No entanto, os pormenores surpreendentes não ficam por aqui: o objecto era extraordinariamente brilhante em todas as partes do espectro electromagnético – dos raios X até às ondas de rádio -, ao contrário do que acontece com a maioria das super-novas, que têm assinaturas espectrais chamadas “linhas de absorção”, porque absorvem os comprimentos de onda da luz.

Apesar das suas características fora do comum, o AT2018cow está a começar a perder o seu brilho (sem perder, contudo, o seu interesse).

Em cima da mesa estão ainda várias hipóteses. “The Cow” pode ser uma supernova Tipo 1c, causada pelo colapso do núcleo de uma estrela massiva que já perdeu a sua camada externa de hidrogénio e hélio. Ou, em vez disso, há cientistas que sugerem que a explosão pode ter produzido um jacto de partículas que se movem à velocidade da luz (ou muito perto disso).

“É, sem dúvida, um objecto muito raro. Só o facto de ser detectado em todos os comprimentos de onda deixa muita física por entender“, afirma Smartt.

ZAP // ScienceAlert

Por ZAP
1 Julho, 2018

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686: Os buracos negros podem ser dois wormholes que colidiram

 

Embora este tema já tivesse sido publicado AQUI, penso que este é mais completo, por isso a sua repetição.

(dr) The SXS (Simulating eXtreme Spacetimes) Project

Quando dois wormholes colidem, são criadas ondulações no espaço-tempo. Esses ecos gravitacionais poderiam ser detectados por instrumentos futuros, fornecendo evidências de que essa hipotética colisão através do espaço-tempo existe mesmo.

O Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferómetro Laser (LIGO) detectou recentemente ondulações no espaço-tempo, chamadas de ondas gravitacionais, uma descoberta que valeu aos cientistas o Prémio Nobel da Física em 2017. Essas ondas são provenientes da fusão de buracos negros, acreditam os especialistas.

No entanto, embora essa detecção sustente a existência de buracos negros, esses objectos apresentam ainda muitos problemas teóricos. Um deles relaciona-se com o facto de parecerem inconsistentes com as leis da mecânica quântica.

Uma das principais características dos buracos negros é o seu horizonte de eventos, uma região do espaço-tempo além da qual nada pode escapar – nem mesmo a luz. Aliás, é por este motivo que se atirarmos algum objecto para um buraco negro, esse objecto desaparece.

Stephen Hawking descobriu que, graças ao tunelamento quântico, os buracos negros podem na verdade produzir um pouco de radiação, algo que ficou conhecido como “radiação Hawking“. Contudo, o que sai do buraco negro é completamente aleatório, isto é, não contém nenhuma pista sobre o que entrou nele anteriormente.

A mecânica quântica funciona de uma forma muito pragmática: se sabemos tudo sobre um sistema particular, devemos também ser capazes de descrever o seu passado e o seu futuro. Assim, um horizonte de eventos do qual nada sabemos não combina com a mecânica quântica.

Para resolver este paradoxo, alguns físicos sugeriram que os horizontes de eventos não existem. Em vez de abismos dos quais nada retorna, os buracos negros podem ser objectos especulativos que não têm horizontes de eventos, como as estrelas de bósons ou os wormholes.

Sai buraco negro, entra wormhole

No recente estudo, publicado na revista científica Physical Review D, físicos belgas e espanhóis levantaram a hipótese de que se dois wormholes colidissem, produziriam ondas gravitacionais muito semelhantes às que são geradas pela fusão de buracos negros.

A única diferença seria na última fase da fusão, chamada de ringdown, quando o buraco negro ou os wormholes recém-combinados relaxam no seu estado final. Como os wormholes não têm horizontes de eventos, as ondas gravitacionais poderiam ser recuperadas, produzindo um eco durante o ringdown.

“O interior do objecto é uma espécie de cavidade onde as ondas gravitacionais são reflectidas. A produção de ecos gravitacionais não é muito diferente de ecos sonoros num vale, por exemplo”, explicaram os investigadores ao Live Science.

O problema é que, como a força do sinal cai durante o ringdown, torna-se muito fraco para a configuração atual do LIGO conseguir detectar. No entanto, este panorama pode mudar no futuro, uma vez que os cientistas continuam a actualizar-se, ajustando o instrumento.

A verdade é que, actualmente, os wormholes são menos um facto científico e mais ficção científica. Aliás, eles são comummente descritos em filmes e livros como uma espécie de “estrada intergaláctica“.

No entanto, para que se possa atravessar os wormholes, precisaríamos de alguma matéria exótica desconhecida de forma a mantê-los abertos. Por esse motivo é que se mantêm hipotéticos, pelo menos para já. Além disso, as repercussões de uma detecção de ecos gravitacionais potencialmente provenientes de wormholes seriam dramáticas para a física.

Mas os cientistas mantêm a mente aberta e acreditam que vale a pena explorar essa possibilidade. “Está na altura de levar a sério a possibilidade de existirem outros objectos que podem ser tão maciços e compactos quanto os buracos negros”, afirma o físico português Vitor Cardoso, que já estudou wormholes.

ZAP // HypeScience

Por ZAP
24 Junho, 2018

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682: Buracos negros podem ser na verdade wormholes colidindo

 

Uma visão conceituai de um wormhole. Os buracos negros poderiam estar colidindo em wormhole? Uma nova teoria diz talvez.
Crédito: Shutterstock

Quando dois wormholes colidem, podem produzir ondulações no espaço-tempo que ricocheteiam por si mesmas. Instrumentos futuros poderiam detectar esses “ecos” gravitacionais, fornecendo evidências de que esses túneis hipotéticos através do espaço-tempo realmente existem, sugere um novo estudo.

O Observatório de Ondas Gravitacionais com Interferômetro a Laser (LIGO) já detectou ondulações no espaço-tempo, chamadas ondas gravitacionais, provenientes da fusão de buracos negros – descobertas que levaram ao Prémio Nobel em 2017.

Mas enquanto a detecção do LIGO foi apenas uma das muitas observações que sustentam a existência de buracos negros, esses objectos exóticos ainda apresentam problemas teóricos. Por exemplo, eles parecem ser inconsistentes com as leis da mecânica quântica. Uma maneira de resolver esses problemas é se os buracos negros fossem realmente wormholes.

Eclypse // Live Science
By Marcus Woo
Live Science Contributor
June 15, 2018 01:46pm ET

Wormhole, traduzido à letra é um buraco de minhoca.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Astronomia On-line
5 de Junho de 2018

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