3477: Descoberta explosão recorde por buraco negro

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

As evidências da maior explosão alguma vez vista no Universo surgem de uma combinação de dados de raios-X obtidos pelo Chandra e pelo XMM-Newton, com dados de rádio obtidos pelo MWA e pelo GMRT. A erupção foi desencadeada por um buraco negro localizado na galáxia central do enxame, que expeliu jactos e esculpiu uma grande cavidade no gás quente em redor. Os investigadores estimam que esta explosão libertou cinco vezes mais energia do que o recordista anterior e centenas de milhares de vezes mais do que um típico enxame galáctico. Crédito: raios-X – NASA/CXC/NRL/S. Giacintucci, et al., XMM-Newton; ESA/XMM-Newton; rádio – NCRA/TIFR/GMRT; infravermelho – 2MASS/UMass/IPAC-Caltech/NASA/NSF

Foi encontrada a maior explosão já vista no Universo. Esta gigantesca erupção recorde veio de um buraco negro num distante enxame galáctico a centenas de milhões de anos-luz de distância.

“De certa forma, esta explosão é semelhante ao modo como a erupção do Monte Santa Helena em 1980 destruiu o topo da montanha,” disse Simona Giacintucci do Laboratório Naval de Investigação em Washington, DC, EUA, autora principal do estudo. “Uma diferença fundamental é que podíamos colocar quinze Vias Lácteas seguidas na cratera criada pela erupção que perfurou o gás quente do enxame.”

Os astrónomos fizeram esta descoberta usando dados de raios-X do Observatório de raios-X Chandra da NASA, do XMM-Newton da ESA, e dados rádio do MWA (Murchison Widefield Array) na Austrália e do GMRT (Giant Metrewave Radio Telescope) na Índia.

A incomparável explosão foi detectada no enxame galáctico de Ofiúco, que fica a cerca de 390 milhões de anos-luz da Terra. Os enxames de galáxias são as maiores estruturas do Universo mantidas juntas pela gravidade, contendo milhares de galáxias individuais, matéria escura e gás quente.

No centro do enxame de Ofiúco, existe uma grande galáxia que contém um buraco negro super-massivo. Os cientistas pensam que a fonte da erupção gigantesca é este buraco negro.

Embora os buracos negros sejam famosos por puxar material na sua direcção, normalmente expelem quantidades prodigiosas de material e energia. Isto ocorre quando a matéria que cai em direcção ao buraco negro é redireccionada para jactos, ou feixes, expelidos para o espaço e que chocam com qualquer material circundante.

As observações do Chandra relatadas em 2016 revelaram pela primeira vez pistas da explosão gigante no enxame de galáxias de Ofiúco. Norbert Werner e colegas divulgaram a descoberta de uma invulgar borda curva na imagem do enxame pelo Chandra. Consideraram se isso representava parte da parede de uma cavidade no gás quente criado pelos jactos do buraco negro super-massivo. No entanto, descartaram essa possibilidade, em parte porque seria necessária uma quantidade enorme de energia para o buraco negro criar uma cavidade tão grande.

O estudo mais recente por Giacintucci e colegas mostra que ocorreu, de facto, uma enorme explosão. Primeiro, mostraram que a aresta curva também é detectada pelo XMM-Newton, confirmando a observação do Chandra. O seu avanço crucial foi a utilização de novos dados de rádio do MWA e do arquivo do GMRT para mostrar que a orla curva faz realmente parte da parede de uma cavidade, porque faz fronteira com uma região cheia de emissão de rádio. Esta emissão é de electrões acelerados até quase à velocidade da luz. A aceleração provavelmente teve origem no buraco negro super-massivo.

“Os dados de rádio cabem dentro dos de raios-X como uma mão numa luva,” disse Maxim Markevitch do Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, no estado norte-americano de Maryland. “Este é o argumento decisivo que nos diz que ocorreu aqui uma erupção de tamanho sem precedentes.”

A quantidade de energia necessária para criar a cavidade em Ofiúco é cerca de cinco vezes maior que o recordista anterior, MS 0735+74, e centenas de milhares de vezes maior que os enxames típicos.

A erupção do buraco negro deve ter terminado porque os cientistas não vêm nenhuma evidência de jactos actuais nos dados de rádio. Este desligar pode ser explicado pelos dados do Chandra, que mostram que o gás mais denso e mais frio visto em raios-X está actualmente localizado numa posição diferente da galáxia central. Se este gás se tiver afastado da galáxia, terá privado o buraco negro de combustível para o seu crescimento, desligando os jactos.

Este deslocamento de gás é provavelmente provocado pelo “vascolejar” do gás em torno do meio do enxame, como vinho num copo. Normalmente, a fusão de dois enxames de galáxias desencadeia tal agitação, mas aqui pode ter sido despoletada pela erupção.

Um enigma é que apenas é vista uma região gigante de emissão de rádio, pois estes sistemas geralmente contêm duas em lados opostos do buraco negro. É possível que o gás do outro lado da cavidade do enxame seja menos denso, de modo que as emissões de rádio desvaneceram mais rapidamente.

“Como costuma ser o caso na astrofísica, precisamos realmente de observações em vários comprimentos de onda para entender verdadeiramente os processos físicos em funcionamento,” disse Melanie Johnston-Hollitt, co-autora do ICRAR (International Centre for Radio Astronomy) na Austrália. “Graças às informações combinadas de telescópios de raios-X e de rádio, conseguimos revelar esta fonte extraordinária, mas serão necessários mais dados para responder às muitas perguntas restantes que este objecto coloca.”

O artigo que descreve estes resultados foi publicado na edição de 27 de Fevereiro da revista The Astrophysical Journal.

Astronomia On-line
3 de Março de 2020

 

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3116: Cientistas mais perto do que nunca de sinal da alvorada cósmica

CIÊNCIA

O radiotelescópio MWA (Murchison Widefield Array), uma porção do qual está na imagem, está a procurar um sinal emitido durante a formação das primeiras estrelas do Universo.
Crédito: Goldsmith/Colaboração MWA/Universidade Curtin

Utilizando o radiotelescópio MWA (Murchison Widefield Array), investigadores deram um novo e significativo passo em direcção à detecção de um sinal do período da história cósmica em que as primeiras estrelas iluminaram o Universo.

Há cerca de 12 mil milhões de anos, o Universo emergiu de uma grande idade das trevas cósmica quando as primeiras estrelas e galáxias se iluminaram. Com uma nova análise de dados recolhidos pelo radiotelescópio MWA, os cientistas estão agora mais perto do que nunca de detectar a assinatura ultra-fraca desse momento decisivo na história cósmica.

Num artigo disponibilizado no site de pré-impressão ArXiv e a ser publicado brevemente na revista The Astrophysical Journal, os cientistas apresentam a primeira análise de dados de uma nova configuração do MWA desenhada especificamente para procurar o sinal do hidrogénio neutro, o gás que dominou o Universo durante a idade das trevas cósmica. A análise estabelece um novo limite – o limite mais baixo até agora – para a força do sinal do hidrogénio neutro.

“Podemos dizer com confiança que se o sinal do hidrogénio neutro fosse mais forte do que o limite que estabelecemos no artigo, então o telescópio o teria detectado,” disse Jonathan Pober, professor assistente de física da Universidade Brown e autor correspondente do novo artigo científico. “Estas descobertas podem ajudar-nos a restringir ainda mais o momento em que a idade das trevas cósmica terminou e as primeiras estrelas surgiram.”

A investigação foi liderada por Wenyang Li, que realizou o trabalho como aluno de doutoramento na Universidade Brown. Li e Pober colaboraram com um grupo internacional de investigadores que trabalhavam com o MWA.

Apesar da sua importância na história cósmica, pouco se sabe sobre o período em que as primeiras estrelas se formaram, conhecido como Época da Reionização. Os primeiros átomos que se formaram após o Big Bang foram iões de hidrogénio com carga positiva – átomos cujos electrões foram arrancados pela energia do Universo jovem. À medida que o Universo arrefecia e se expandia, os átomos de hidrogénio reuniram-se com os seus electrões para formar hidrogénio neutro. E isso era tudo o que havia no Universo até há cerca de 12 mil milhões de anos, quando os átomos começaram a agrupar-se para formar estrelas e galáxias. A luz desses objectos reionizou o hidrogénio neutro, fazendo com que desaparecesse amplamente do espaço interestelar.

O objectivo de projectos como o que está a decorrer no MWA é localizar o sinal do hidrogénio neutro da idade das trevas e medir como mudou à medida que a Época da Reionização se desenrolava. Isto poderá revelar informações novas e críticas sobre as primeiras estrelas – os blocos de construção do Universo que vemos hoje. Mas observar qualquer vislumbre deste sinal com 12 mil milhões de anos é uma tarefa difícil que requer instrumentos com sensibilidade requintada.

Quando começou a operar em 2013, o MWA totalizava 2048 antenas de rádio dispostas no interior remoto da Austrália Ocidental. As antenas são agrupadas em 128 “blocos”, cujos sinais são combinados por um supercomputador chamado “Correlator”. Em 2016, o número de blocos duplicou para 256 e a sua configuração na paisagem foi alterada para melhorar a sua sensibilidade ao sinal do hidrogénio neutro. Este novo artigo é a primeira análise de dados da matriz expandida.

O hidrogénio neutro emite radiação no comprimento de onda dos 21 centímetros. À medida que o Universo se expandia nos últimos 12 mil milhões de anos, o sinal da Época da Reionização foi esticado até cerca de 2 metros e é isso que os astrónomos do MWA estão à procura. O problema é que existem inúmeras outras fontes que emitem no mesmo comprimento de onda – fontes criadas pelo Homem, como televisão digital, bem como fontes naturais da Via Láctea e de milhões de outras galáxias.

“Todas estas outras fontes são muitas ordens de magnitude mais fortes do que o sinal que estamos a tentar detectar,” disse Pober. “Mesmo um sinal de rádio FM reflectido por um avião que coincidentemente passa por cima do telescópio é suficiente para contaminar os dados.”

Para detectar o sinal, os investigadores usam uma infinidade de técnicas de processamento para eliminar estes contaminantes. Ao mesmo tempo, têm que ter em conta as respostas de frequência únicas do próprio telescópio.

“Se observarmos diferentes frequências de rádio ou comprimentos de onda, o telescópio comportar-se-á de maneira um pouco diferente,” disse Pober. “A correcção da resposta do telescópio é absolutamente crítica para a separação dos contaminantes astrofísicos e do sinal de interesse.”

Estas técnicas de análise combinadas com a capacidade expandida do próprio telescópio resultaram num novo limite superior da força do sinal da Época da Reionização. É a segunda análise consecutiva do melhor limite até ao momento a ser divulgada pelo MWA e aumenta a esperança de que a experiência um dia detecte o sinal elusivo da Época da Reionização.

“Esta análise demonstra que a actualização da fase dois teve muitos dos efeitos desejados e que as novas técnicas de análise melhorarão as análises futuras,” disse Pober. “O facto do MWA ter publicado os dois melhores limites consecutivos do sinal dá força à ideia de que esta experiência e a sua abordagem prometem muito.”

Astronomia On-line
29 de Novembro de 2019

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1235: Astrónomos detectaram ondas de rádio da nossa galáxia a “saltar” na Lua

Ben Mckinley, Curtin University / ICRAR / ASTRO 3D

Durante todo o tempo em que a Lua esteve lá em cima, numa órbita silenciosa em torno da Terra, esteve a fazer algo incrível que nos poderia dar preciosas luzes sobre o início do Universo.

Fora da sua impressionante superfície rochosa, a Lua reflete as ondas de rádio emitidas pela nossa galáxia, a Via Láctea. Agora, astrónomos conseguiram finamente detectar esses sinais.

O sinal foi captado por investigadores do Núcleo da Curtin University do Centro Internacional de Pesquisa em Radioastronomia (ICRAR) e do Centro de Excelência ARC para Toda a Astrofísica do Céu em 3 Dimensões (ASTRO 3D). Ainda assim, apesar de ser um feito incrível, este não é o objectivo final dos cientistas.

O alvo dos astrónomos é muito mais ambicioso: querem detectar o sinal, extremamente fraco, que emana do hidrogénio dos primeiros dias do Universo, no tempo entre o Big Bang e a Época da Reionização (EoR).

“Antes o Universo era, basicamente, apenas hidrogénio a flutuar no espaço”, disse o astrónomo Benjamin McKinley. “Como não há fontes da luz óptica visíveis aos nossos olhos, esse estágio inicial do Universo é conhecido como as ‘eras cósmicas das trevas‘”.

A equipa de cientistas está a usar um radiotelescópio de baixa frequência chamado  Murchison Widefield Array (MWA), no deserto da Austrália Ocidental. Com 2.048 antenas dipolo, este instrumento é uma das melhores ferramentas do mundo para tentar entender o início do Universo.

Os astrónomos esperam que o seu alcance de baixa frequência – de 80-300 MHz – seja capaz de detectar o sinal de rádio que emana dos átomos de hidrogénio anteriores à EoR. “Se conseguirmos detectar esse sinal de rádio, ele dir-nos-á se as nossas teorias sobre a evolução do Universo estão corretas“, observou McKinley.

O problema que se impõe é que esse sinal é extremamente fraco em comparação com todos os outros sinais de rádio que, desde então, preencheram o Universo. Mas há uma solução, que passa por medir o brilho médio do céu. Contudo, isso não pode ser feito usando as técnicas habituais, já que os interferómetros não são suficientemente sensíveis.

É aqui que entra a Lua. As ondas de rádio não conseguem atravessar a Lua. Por esse motivo, os astrónomos consideram que seria uma boa ideia colocar um radiotelescópio “atrás” da Lua, para que, assim, não conseguisse encontrar interferências de emissões de rádio terrestre.

No entanto, há outro entrave: a Lua oculta o céu do rádio por trás dele. Para contornar esta situação, a equipa aproveitou essa propriedade para medir o brilho médio do pedaço de céu que a cercava.

Esta não é uma ideia nova, mas a equipa empregou também um método mais sofisticado de lidar com o “earthshine”, as emissões de rádio da Terra que “saltam” da Lua e interferem no sinal recebido pelo telescópio. Assim, depois de calcular o brilho da Terra, os cientistas precisaram de esclarecer quanta interferência estava a ser causada pela nossa própria galáxia.

Desta forma, para criar a imagem do plano galáctico da Via Láctea reflectido na Lua, a equipa de astrónomos reuniu todos os dados e, usando o ray-tracing e a modelagem por computador, mapearam o Modelo do Céu Global na face da Lua para, assim, calcularem o brilho de rádio médio das ondas de rádio reflectidas da galáxia.

O resultado final foi a imagem abaixo, na qual a mancha escura no meio é a Lua.

Portanto, os cientistas detectaram a EoR? Ainda não. Esta é parte do processo para estabelecer a eficácia desta técnica que, até agora, está a correr muito bem.

Os resultados iniciais usando a técnica de ocultação lunar são promissores. Estamos a começar a entender os erros e as características espectrais e continuaremos a refinar as nossas técnicas”, escreveram os investigadores no artigo científico, publicado recentemente na Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

ZAP // ScienceAlert

Por ZAP
3 Novembro, 2018

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977: TELESCÓPIO MAPEIA RAIOS CÓSMICOS NAS NUVENS DE MAGALHÃES

Uma composição colorida (vermelho, verde e azul) da Grande Nuvem de Magalhães feita a partir de dados de rádio a 123, 181 e 227 MHz. Nestes comprimentos de onda, é visível a emissão dos raios cósmicos e dos gases quentes que pertencem a regiões de formação estelar e remanescentes de super-nova da galáxia.
Crédito: ICRAR

Os cientistas usaram um radiotelescópio no interior da Austrália Ocidental para observar a radiação dos raios cósmicos em duas galáxias vizinhas, mostrando áreas de formação estelar e ecos de super-novas passadas.

O telescópio MWA (Murchison Widefield Array) foi capaz de mapear a Grande e a Pequena Nuvem de Magalhães em detalhes sem precedentes enquanto orbitam em torno da Via Láctea.

Ao observar o céu em frequências muito baixas, os astrónomos detectaram raios cósmicos e gás quente nas duas galáxias e identificaram manchas onde podem ser encontradas estrelas recém-nascidas e remanescentes de explosões estelares.

A investigação foi publicada esta semana na Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, uma das principais revistas astronómicas do mundo.

O astrofísico e professor Lister Staveley-Smith, do ICRAR (International Centre for Radio Astronomy Research), disse que os raios cósmicos são partículas carregadas muito energéticas que interagem com campos magnéticos para criar radiação que podemos ver com radiotelescópios.

“Estes raios cósmicos são originários de remanescentes de super-nova – restos de estrelas que explodiram há muito tempo,” afirma.

“As explosões de super-nova de onde são originários estão relacionadas com estrelas muito massivas, muito mais massivas do que o nosso próprio Sol.

“O número de raios cósmicos produzidos depende da taxa de formação destas estrelas massivas há milhões de anos.”

A Grande e a Pequena Nuvem de Magalhães estão muito próximas da nossa Via Láctea – a menos de 200.000 anos-luz – e podem ser vistas no céu nocturno a olho nu.

A Dra. Bi-Qing For, astrónoma do ICRAR que liderou a investigação, disse que esta é a primeira vez que as galáxias foram mapeadas em detalhe a frequências de rádio tão baixas.

“A observação das Nuvens de Magalhães nestas frequências muito baixas – entre 76 e 227 MHz – significa que podemos estimar o número de novas estrelas formadas nessas galáxias,” realça.

“Descobrimos que a taxa de formação estelar na Grande Nuvem de Magalhães é aproximadamente equivalente a uma nova estrela com a massa do nosso Sol a cada 10 anos.

“Na Pequena Nuvem de Magalhães, a taxa de formação estelar é mais ou menos equivalente a uma nova estrela com a massa do nosso Sol a cada 40 anos.”

Incluídas nas observações estão 30 Dourado, uma excepcional região de formação estelar na Grande Nuvem de Magalhães que é mais brilhante do que qualquer região de formação estelar na Via Láctea, e a Super-nova 1987A, a super-nova mais brilhante desde a invenção do telescópio.

O professor Staveley-Smith disse que os resultados são um vislumbre emocionante da ciência que será possível com os radiotelescópios de próxima geração.

“São indicativos dos resultados que vamos obter com a actualização do MWA, que agora tem o dobro da resolução anterior,” acrescentou.

Além disso, o futuro SKA (Square Kilometre Array) fornecerá imagens excepcionalmente boas.

“Com o SKA, as linhas de base são novamente oito vezes mais longas, de modo que vamos conseguir fazer mais e melhor,” concluiu o professor Staveley-Smith.

Astronomia On-line
7 de Setembro de 2018

(Foram corrigidos 12 erros ortográficos ao texto original)

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