3856: Novas medições de distância reforçam desafio ao modelo básico do Universo

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Impressão de artista que ilustra um disco contendo água em órbita de um buraco negro super-massivo no núcleo de uma galáxia distante. Graças à observação da emissão maser destes discos, os astrónomos podem usar a geometria para medir a distância das galáxias, um requisito fundamental para o cálculo da Constante de Hubble.
Crédito: Sophia Dangello, NRAO/AUI/NSF

Um novo conjunto de medições precisas de distância, feitas com uma colecção internacional de radiotelescópios, aumentou muito a probabilidade de os teóricos precisarem de rever o “modelo padrão” que descreve a natureza fundamental do Universo.

As novas medições de distância permitiram aos astrónomos refinar o seu cálculo da Constante de Hubble, o ritmo de expansão do Universo, um valor importante para testar o modelo teórico que descreve a composição e evolução do Universo. O problema é que as novas medições exacerbam uma discrepância entre os valores medidos anteriormente da Constante de Hubble e o valor previsto pelo modelo quando aplicado a medições da radiação cósmica de fundo em micro-ondas feitas pelo satélite Planck.

“Descobrimos que as galáxias estão mais próximas do que o previsto pelo modelo padrão cosmológico, corroborando um problema identificado noutros tipos de medições de distância. Tem havido um debate sobre se este problema está no próprio modelo ou nas medições usadas para o testar. O nosso trabalho utiliza uma técnica de medição de distância completamente independente de todas as outras, e reforçamos a disparidade entre valores medidos e previstos. É provável que o modelo cosmológico básico envolvido nas previsões seja o problema,” disse James Braatz, do NRAO (National Radio Astronomy Observatory).

Braatz lidera o MCP (Megamaser Cosmology Project), um esforço internacional para medir a Constante de Hubble, encontrando galáxias com propriedades específicas que se prestam a produzir distâncias geométricas precisas. O projeto utilizou o VLBA (Very Long Baseline Array), o VLA (Karl G. Jansky Very Large Array) e o GBT (Green Bank Telescope), juntamente com o telescópio Effelsberg na Alemanha. A equipa relatou os seus últimos resultados na revista The Astrophysical Journal Letters.

Edwin Hubble, que o Telescópio Espacial Hubble homenageia com o seu nome, foi o primeiro a calcular o ritmo de expansão do Universo (a Constante de Hubble) em 1929, medindo distâncias de galáxias e as suas velocidades de recessão. Quanto mais distante estiver uma galáxia, maior será a sua velocidade de recessão da Terra. Hoje, a Constante de Hubble continua a ser uma propriedade fundamental da cosmologia observacional e foco de muitos estudos modernos.

A medição da velocidade de recessão das galáxias é relativamente simples. Determinar distâncias cósmicas, no entanto, tem sido uma tarefa difícil para os astrónomos. Para objectos na nossa própria Via Láctea, os astrónomos podem obter distâncias medindo a aparente mudança na posição do objecto quando visto de lados opostos da órbita da Terra em torno do Sol, um efeito chamado paralaxe. A primeira medição da paralaxe de uma estrela ocorreu em 1838.

Para lá da nossa Galáxia, as paralaxes são demasiado pequenas para serem medidas, de modo que os astrónomos confiam em objectos denominados “velas padrão”, assim chamados porque o seu brilho intrínseco é presumivelmente conhecido. A distância de um objecto de brilho conhecido pode ser calculada com base em quão ténue o objecto parece ser na Terra. Estas velas padrão incluem uma classe de estrelas chamada variáveis Cefeidas e um tipo específico de explosão estelar de nome super-nova do Tipo Ia.

Outro método para estimar o ritmo de expansão envolve a observação de quasares distantes cuja luz é dobrada pelo efeito gravitacional de uma galáxia em primeiro plano em várias imagens. Quando o quasar varia de brilho, a alteração aparece nas diferentes imagens em momentos diferentes. A medição dessa diferença de tempo, juntamente com os cálculos da geometria da curvatura da luz, produz uma estimativa do ritmo de expansão.

As determinações da Constante de Hubble com base nas velas padrão e nos quasares que sofrem efeito de lente gravitacional produziram valores de 73-74 km/s/Mpc (quilómetros por segundo – a velocidade; por megaparsec – distância em unidades favorecida pelos astrónomos).

No entanto, as previsões da Constante de Hubble a partir do modelo cosmológico padrão, quando aplicadas a medições da radiação cósmica de fundo em micro-ondas – a radiação remanescente do Big Bang – produzem um valor de 67,4, uma diferença significativa e preocupante. Esta diferença, que os astrónomos dizem estar para lá dos erros experimentais nas observações, tem sérias implicações para o modelo padrão.

O modelo é chamado Modelo Lambda-CDM (Cold Dark Matter), onde “Lambda” refere-se à constante cosmológica de Einstein e é uma representação da energia escura. O modelo divide a composição do Universo principalmente entre matéria comum, matéria escura e energia escura, e descreve como o Universo evoluiu desde o Big Bang.

O MCP concentra-se em galáxias com discos de gás molecular, contendo água, que orbitam buracos negros super-massivos nos seus centros. Se o disco em órbita for visto quase de lado, a partir da perspectiva da Terra, pontos brilhantes de emissão de rádio, chamados masers – análogos a lasers visíveis, mas no rádio -, podem ser usados para determinar o tamanho físico do disco e a sua extensão angular e, portanto, através da geometria, a sua distância. A equipa do projeto usa uma colecção mundial de radiotelescópios para fazer as medições de precisão necessárias para esta técnica.

No seu trabalho mais recente, a equipa refinou as suas medições de distância para quatro galáxias, a distâncias entre 168 milhões de anos-luz e 431 milhões de anos-luz. Combinadas com medições de distância anteriores de duas outras galáxias, os seus cálculos produziram um valor para a Constante de Hubble de 73,9 km/s/Mpc.

“Testar o modelo padrão da cosmologia é um problema realmente complexo, que requer as melhores medições da Constante de Hubble. A discrepância entre os valores previstos e medidos da Constante de Hubble aponta para um dos problemas mais fundamentais de toda a física, de modo que gostaríamos de ter várias medições independentes que corroboram o problema e testam o modelo. O nosso método é geométrico e completamente independente de todos os outros, e reforça a discrepância,” disse Dom Pesce, investigador do Centro Harvard-Smithsonian para Astrofísica, autor principal do artigo mais recente.

“O método de maser para a medição do ritmo de expansão do Universo é elegante e, ao contrário dos outros, baseia-se na geometria. Ao medir posições e dinâmicas extremamente precisas de pontos maser no disco de acreção em torno de um buraco negro distante, podemos determinar a distância à galáxia hospedeira e, em seguida, o ritmo de expansão. O nosso resultado desta técnica única reforça o argumento de um problema-chave na cosmologia observacional,” disse Mark Reid, do Centro Harvard-Smithsonian para Astrofísica, membro da equipa do MCP.

“A nossa medição da Constante de Hubble está muito próxima de outras medições recentes e é estatisticamente muito diferente das previsões com base na radiação cósmica de fundo em micro-ondas e no modelo cosmológico padrão. Tudo indica que o modelo padrão precisa de revisão,” disse Braatz.

Os astrónomos têm várias maneiras de ajustar o modelo para resolver a discrepância. Algumas incluem alterar pressupostos sobre a natureza da energia escura, afastando-se da constante cosmológica de Einstein. Outras analisam mudanças fundamentais na física de partículas, como por exemplo a mudança de números ou tipos de neutrinos ou as possibilidades de internações entre eles. Existem outras possibilidades, ainda mais exóticas, e de momento os cientistas não têm evidências claras de discriminar entre elas.

“Este é um caso clássico de interacção entre observação e teoria. O Modelo Lambda-CDM tem funcionado muito bem durante anos, mas agora as observações apontam claramente para um problema que precisa de ser resolvido, e parece que o problema está no modelo,” conclui Pesce.

Astronomia On-line
16 de Junho de 2020

 

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3327: Astrónomos encontram buracos negros errantes e massivos em galáxias anãs

CIÊNCIA/ESPAÇO

Impressão de artista de uma galáxia anã, com a sua forma distorcida, provavelmente por uma interacção passada com outra galáxia, e um buraco negro massivo nos seus arredores (inserção). O buraco negro está a atrair material que forma um disco giratório e produz jactos de material expelidos para fora.
Crédito: Sophia Dagnello, NRAO/AUI/NSF

Os astrónomos que procuram aprender mais sobre os mecanismos que formaram os buracos negros massivos no início da história do Universo ganharam novas pistas importantes com a descoberta de 13 desses buracos negros em galáxias anãs a menos de mil milhões de anos-luz da Terra.

Estas galáxias anãs, mais de 100 vezes menos massivas do que a nossa própria Via Láctea, estão entre as galáxias mais pequenas que se sabem abrigar buracos negros gigantes. Os cientistas esperam que os buracos negros nestas galáxias pequenas tenham, em média, cerca de 400.000 vezes a massa do nosso Sol.

“Esperamos, ao estudar estes buracos negros e as suas galáxias, melhor compreender como buracos negros semelhantes no Universo primitivo se formaram e depois cresceram, através de fusões galácticas ao longo de milhares de milhões de anos, produzindo os buracos negros super-massivos que vemos hoje em galáxias maiores, com massas de milhões ou milhares de milhões de vezes a massa do Sol,” disse Amy Reines da Universidade Estatal do Montana, EUA.

Reines e colegas usaram o VLA (Karl G. Jansky Very Large Array) da NSF (National Science Foundation) para fazer a descoberta, que relataram na reunião da Sociedade Astronómica Americana em Honolulu, Hawaii.

Reines e colaboradores usaram o VLA para descobrir o primeiro buraco negro massivo numa galáxia anã com formação estelar explosiva em 2011. Essa descoberta foi uma surpresa para os astrónomos e estimulou uma pesquisa no rádio por mais.

Os cientistas começaram por seleccionar uma amostra de galáxias do Atlas NASA-Sloan, um catálogo de galáxias feito com telescópios ópticos. Depois, escolheram galáxias com estrelas que totalizavam menos de 3 mil milhões de vezes a massa do Sol, mais ou menos a massa da Grande Nuvem de Magalhães, uma pequena companheira da Via Láctea. A partir desta amostra, escolheram candidatos que também apareciam no levantamento FIRST (Faint Images of the Radio Sky at Twenty centimeters) do NRAO (National Radio Astronomy Observatory), realizado entre 1993 e 2011.

Usaram então o VLA para criar imagens novas, mais sensíveis e de alta resolução de 111 das galáxias seleccionadas.

“As novas observações do VLA revelaram que 13 destas galáxias têm fortes evidências de um enorme buraco negro que está a consumir activamente o material circundante. Ficámos muito surpresos ao descobrir que, em aproximadamente metade destas 13 galáxias, o buraco negro não está no centro da galáxia, ao contrário das galáxias maiores,” explicou reines.

Os cientistas disseram que isto indica que as galáxias provavelmente fundiram-se com outras no início da sua história. Isto é consistente com simulações de computador que preveem que aproximadamente metade dos buracos negros massivos nas galáxias anãs podem ser encontrados a vaguear nos arredores das suas galáxias.

“Este trabalho ensinou-nos que devemos ampliar as nossas buscas por buracos negros massivos em galáxias anãs para lá dos seus centros a fim de obter uma compreensão mais completa da população e aprender quais os mecanismos que ajudaram a formar os primeiros buracos negros massivos no início do Universo,” concluiu Reines.

Astronomia On-line
7 de Janeiro de 2020

spacenews

 

2854: ALMA observa fluxos contra-intuitivos em torno de buraco negro

CIÊNCIA

Impressão de artista do coração da galáxia NGC 1068, que alberga um buraco negro que se alimenta activamente, escondido por trás de uma nuvem de gás e poeira em forma de anel. O ALMA descobriu dois fluxos gasosos em contra-rotação em torno do buraco negro. As cores na imagem representam o movimento do gás: o azul é material que se move na nossa direcção, o vermelho é material que se afasta de nós.
Crédito: NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello

No centro de uma galáxia chamada NGC 1068, um buraco negro super-massivo esconde-se dentro uma espessa nuvem de poeira e gás em forma de anel. Quando os astrónomos usaram o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) para estudar esta nuvem em mais detalhe, fizeram uma descoberta inesperada que poderá explicar porque é que os buracos negros super-massivos cresceram tão depressa no início do Universo.

“Graças à espectacular resolução do ALMA, medimos o movimento do gás nas órbitas mais interiores em redor do buraco negro,” explica Violette Impellizzeri do NRAO (National Radio Astronomy Observatory), que trabalha com o ALMA no Chile e é a autora principal de um artigo publicado na revista The Astrophysical Journal. “Surpreendentemente, encontrámos dois discos de gás girando em direcções opostas.”

Os buracos negros super-massivos já existiam quando o Universo era jovem, apenas mil milhões de anos após o Big Bang. Mas exactamente como estes objectos extremos, cujas massas atingem milhares de milhões de vezes a massa do Sol, tiveram tempo para crescer tanto, é uma questão importante entre os astrónomos. Esta nova descoberta do ALMA pode fornecer uma pista. “Os fluxos de gás contra-giratórios são instáveis, o que significa que as nuvens caem no buraco negro mais depressa do que num disco com uma única direcção de rotação,” disse Impellizzeri. “Esta pode ser uma maneira pela qual um buraco negro cresce rapidamente.”

NGC 1068 (também conhecida como Messier 77) é uma galáxia espiral a aproximadamente 47 milhões de anos-luz da Terra na direcção da constelação de Baleia. No seu centro está um núcleo galáctico activo, um buraco negro super-massivo que se alimenta activamente de um disco giratório e fino de gás e poeira, também conhecido como disco de acreção.

Observações anteriores do ALMA revelaram que o buraco negro está a engolir material e a expelir gás a velocidades incrivelmente altas. Este gás expelido do disco de acreção provavelmente contribui para ocultar a região em redor do buraco negro dos telescópios ópticos.

Impellizzeri e a sua equipa usaram a incrível capacidade de ampliação do ALMA para observar o gás molecular em redor do buraco negro. Inesperadamente, encontraram dois discos de gás contra-giratórios. O disco interno mede 2-4 anos-luz e segue a rotação da galáxia, ao passo que o disco externo (também conhecido como toro) mede 4-22 anos-luz e gira na direcção oposta.

“Não esperávamos ver isto porque o gás que entra no buraco negro normalmente gira apenas numa direcção,” disse Impellizzeri. “Algo deve ter perturbado o fluxo, porque é impossível que uma parte do disco comece a girar para trás sozinha.”

A contra-rotação não é um fenómeno invulgar no espaço. “Vemos isto em galáxias, geralmente a milhares de anos-luz dos seus centros galácticos,” explicou o co-autor Jack Gallimore da Universidade Bucknell, em Lewisburg, no estado norte-americano da Pensilvânia. “A contra-rotação resulta sempre da colisão ou interacção entre duas galáxias. O que torna este resultado notável é que vemos contra-rotação a uma escala muito menor, a dezenas de anos-luz em vez de a milhares de anos-luz do buraco negro central.”

Os astrónomos pensam que o fluxo oposto em NGC 1068 pode ser provocado por nuvens de gás que caíram da galáxia hospedeira, ou por uma pequena galáxia, que passava numa órbita contrária, capturada no disco.

De momento, o disco externo parece estar numa órbita estável em redor do disco interno. “Isto vai mudar quando o disco externo começar a cair no disco interno, o que poderá ocorrer após algumas órbitas ou algumas centenas de milhares de anos. Os fluxos giratórios do gás vão colidir e tornar-se instáveis, e os discos vão provavelmente colapsar num evento luminoso quando o gás molecular cair no buraco negro. Infelizmente, não estaremos cá para testemunhar estes fogos-de-artifício,” concluiu Gallimore.

Astronomia On-line
18 de Outubro de 2019

 

Fermi da NASA cronometra pulsar “bala de canhão” que acelera através do espaço

O remanescente de super-nova CTB 1 assemelha-se a uma bolha fantasmagórico nesta imagem, que combina novas observações a 1,5 gigahertz do VLA (Very Large Array) (laranja, perto do centro) com observações mais antigas do Levantamento Canadiano do Plano Galáctico com o DRAO (Dominion Radio Astrophysical Observatory) (1,42 gigahertz, magenta e amarelo; 408 megahertz, verde) e dados infravermelhos (azul). Os dados do VLA revelam claramente a cauda brilhante e reta do pulsar J0002+6216 e o borda curva da concha do remanescente. CTB 1 tem cerca de meio-grau, o tamanho aparente de uma Lua Cheia.
Crédito: composição por Jayanne English, Universidade de Manitoba, usando dados de NRAO/F. Schinzel et al., DRAO/Levantamento Canadiano do Plano Galáctico e NASA/IRAS

Os astrónomos encontraram um pulsar que viaja pelo espaço a quase 4 milhões de quilómetros por hora – tão rápido que poderia percorrer a distância entre a Terra e a Lua em apenas seis minutos. A descoberta foi feita usando o Telescópio Espacial de Raios-Gama Fermi da NASA e o VLA (Karl G. Jansky Very Large Array) da NSF (National Science Foundation).

Os pulsares são estrelas de neutrões super-densas e de rápida rotação deixadas para trás quando uma estrela massiva explode. Esta, de nome PSR J0002+6216 (J0002, abreviado), ostenta uma cauda de emissão de rádio que aponta directamente para os destroços em expansão de uma recente explosão de super-nova.

“Graças à sua cauda estreita, parecida com um dardo, e a um ângulo de visão fortuito, podemos traçar esse pulsar de volta ao seu local de nascimento,” disse Frank Schinzel, cientista do NRAO (National Radio Astronomy Observatory) em Socorro, no estado norte-americano do Novo México. “Um estudo mais aprofundado deste objeto vai ajudar-nos a entender melhor como essas explosões são capazes de ‘pontapear’ as estrelas de neutrões a uma velocidade tão alta.”

Schinzel, juntamente com os seus colegas Matthew Kerr no Laboratório de Pesquisa Naval dos EUA em Washington, e Dale Frail, Urvashi Rau e Sanjay Bhatnagar do NRAO, apresentaram os seus achados na reunião da Divisão de Astrofísica de Alta Energia da Sociedade Astronómica Americana em Monterey, Califórnia. O artigo que descreve os resultados da equipa foi submetido para publicação numa edição futura da revista The Astrophysical Journal Letters.

O pulsar J0002 foi descoberto em 2017 por um projecto de cientistas cidadãos chamado Einstein@Home, que usa o tempo nos computadores de voluntários para processar dados de raios-Gama do Fermi. Graças ao tempo de processamento, colectivamente superior a 10.000 anos, o projecto identificou até à data 23 pulsares de raios-gama.

Localizado a mais ou menos 6500 anos-luz de distância na direcção da constelação de Cassiopeia, J0002 gira 8,7 vezes por segundo, produzindo um pulso de raios-gama a cada rotação.

O pulsar fica a cerca de 53 anos-luz do centro de um remanescente de super-nova chamado CTB 1. O seu movimento rápido através do gás interestelar resulta em ondas de choque que produzem a cauda de energia magnética e partículas aceleradas detectadas no rádio com o VLA. A cauda estende-se por 13 anos-luz e aponta claramente para o centro de CTB 1.

Usando dados do Fermi e uma técnica chamada tempo do pulsar, a equipa foi capaz de medir com que rapidez e em que direcção o pulsar se move ao longo da nossa linha de visão.

“Quanto maior o nosso conjunto de dados, mais poderosa é a técnica de tempo do pulsar,” explicou Kerr. “O lindo conjunto de dados de dez anos do Fermi é essencialmente o que tornou possível esta medição.”

O resultado apoia a ideia de que o pulsar foi expulso a alta velocidade pela super-nova responsável por CTB 1, que ocorreu há aproximadamente 10.000 anos.

J0002 está a acelerar pelo espaço cinco vezes mais depressa do que o pulsar médio e mais depressa do que 99% daqueles com velocidades medidas. Eventualmente acabará por escapar da nossa Galáxia.

Inicialmente, os destroços em expansão da super-nova teriam sido movidos para fora mais depressa do que J0002, mas ao longo de milhares de anos a interacção da concha com o gás interestelar produziu um arrasto que gradualmente diminui este movimento. Entretanto, o pulsar, comportando-se mais como uma bala de canhão, atravessou o remanescente, escapando cerca de 5000 anos após a explosão.

Exactamente como o pulsar foi acelerado a uma velocidade tão alta durante a explosão de super-nova, ainda não está claro, e um estudo mais aprofundado de J0002 ajudará a esclarecer o processo. Um mecanismo possível envolve instabilidades na estrela em colapso, formando uma região de matéria lenta e densa que sobrevive o tempo suficiente para servir como “rebocador gravitacional”, acelerando a estrela de neutrões nascente na sua direcção.

A equipa planeia observações adicionais usando o VLA, o VLBA (Very Long Baseline Array) da NSF e o Observatório de raios-X Chandra da NASA.

Astronomia On-line
22 de Março de 2019

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978: OBSERVAÇÕES RÁDIO CONFIRMAM JACTO VELOZ DE MATERIAL DE FUSÃO DE ESTRELAS DE NEUTRÕES

Rescaldo da fusão de duas estrelas de neutrões. Material ejectado da explosão original formou uma concha em redor do buraco negro formado a partir da colisão. Um jacto de material expelido de um disco em redor do buraco negro interagiu em primeiro lugar com o material ejectado para formar um “casulo” amplo. Mais tarde, o jacto conseguiu atravessar o casulo para emergir para o espaço interestelar, onde o seu movimento extremamente rápido se tornou aparente.
Crédito: Sophia Dagnello, NRAO/AUI/NSF

Medições precisas usando uma colecção continental de radiotelescópios da NSF (National Science Foundation) revelaram que um jacto estreito de partículas se movendo quase à velocidade da luz irrompeu no espaço interestelar depois que um par de estrelas de neutrões se fundiram numa galáxia a 130 milhões de anos-luz da Terra. A fusão, cujo sinal foi captado em Agosto de 2017, expulsou ondas gravitacionais pelo espaço. Foi o primeiro evento a ser detectado tanto por ondas gravitacionais como por ondas electromagnéticas, incluindo raios-gama, raios-X, luz visível e ondas de rádio.

O rescaldo da fusão, de nome GW170817, foi observado por telescópios espaciais e terrestres espalhados pelo globo. Os cientistas observaram as características das ondas recebidas a mudar com o tempo e usaram essas alterações como pistas para revelar a natureza dos fenómenos que se seguiram à fusão.

Uma questão que se destacou, mesmo meses após a fusão, era se o evento havia produzido ou não um jacto estreito e veloz de material que chegou ao espaço interestelar. É uma questão importante, porque esses jactos são necessários para produzir o tipo de explosões de raios-gama que os teóricos dizem ser provocadas pela fusão de pares de estrelas de neutrões.

A resposta surgiu quando os astrónomos usaram uma combinação do VLBA (Very Long Baseline Array) da NSF, do VLA (Karl G. Jansky Very Large Array) e do GBT (Robert C. Byrd Green Bank Telescope) e descobriram que uma região de emissão de rádio da fusão tinha-se movido e o movimento era tão rápido que apenas um jacto podia explicar a sua velocidade.

“Nós medimos um movimento aparente que é quatro vezes mais rápido do que a luz. Essa ilusão, chamada de movimento superluminal, resulta quando o jacto é apontado quase na direcção da Terra e o material no jacto aproxima-se da velocidade da luz,” comenta Kunal Mooly, do NRAO (National Radio Astronomy Observatory) e do Caltech.

Os astrónomos observaram o objecto 75 dias após a fusão e novamente 230 dias depois.

“Com base na nossa análise, este jacto é provavelmente muito estreito, no máximo com 5 graus de largura, e foi apontado a apenas 20 graus da direcção da Terra,” salienta Adam Deller, da Universidade de Tecnologia de Swinburne e anteriormente do NRAO. “Mas, para coincidir com as nossas observações, o material no jacto tem que ter sido expelido a mais de 97% da velocidade da luz,” acrescentou.

O cenário que surgiu é que a fusão inicial das duas estrelas de neutrões super-densas provocou uma explosão que impulsionou uma “concha” esférica de detritos para fora. As estrelas de neutrões colapsaram num buraco negro cuja poderosa gravidade começou a puxar o material na sua direcção. Esse material formou um disco com rotação rápida, que por sua vez gerou um par de jactos que se movem para fora dos seus pólos.

À medida que o evento se desenrolava, a questão alterou-se para determinar se os jactos irromperiam da “concha” de detritos da explosão original. Os dados das observações indicaram que um jacto tinha interagido com os detritos, formando um “casulo” amplo de material que se expandia para fora. Esse casulo expande-se mais lentamente do que um jacto.

“A nossa interpretação é que o casulo dominou a emissão rádio até cerca de 60 dias após a fusão, e que depois o jacto é que dominou a emissão,” comenta Ore Gottlieb, da Universidade de Tel Aviv, um dos principais teóricos do estudo.

“Tivemos a sorte de poder observar este evento, porque se o jacto tivesse sido apontado para muito mais longe da [perspectiva da] Terra, a emissão rádio teria sido demasiado fraca para a detectarmos,” observa Gregg Hallinan do Caltech.

Os cientistas afirmaram que a detecção de um jacto veloz em GW170817 fortalece bastante a ligação entre as fusões de estrelas de neutrões e as explosões de raios-gama de curta duração. Acrescentaram também que é necessário que os jactos apontem para relativamente perto da Terra para que a explosão de raios-gama seja detectada.

“O nosso estudo demonstra que a combinação de observações do VLBA, do VLA e do GBT é um método poderoso de estudar os jactos e a física associada com os eventos de ondas gravitacionais,” realça Mooley.

“O evento de fusão foi importante por várias razões, e continua a surpreender os astrónomos com mais informações,” observa Joe Pesce, director do programa da NSF para o NRAO. “Os jactos são fenómenos enigmáticos vistos em vários ambientes, e agora estas observações extraordinárias na faixa de rádio do espectro electromagnético estão a proporcionar uma visão fascinante sobre elas, ajudando-nos a entender como funcionam.”

Mooley e colegas relataram as suas descobertas na versão online da revista Nature de dia 5 de Setembro.

Astronomia On-line
7 de Setembro de 2018

(Foram corrigidos 42 erros ortográficos ao texto original)

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901: PRIMEIRA CIÊNCIA COM AS CAPACIDADES DE FREQUÊNCIAS MAIS ALTAS DO ALMA

Ilustração que salienta as capacidades de observação nas mais altas frequências do ALMA.
Crédito: NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello

Uma equipa de cientistas que usa as capacidades de maior frequência do ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) descobriu jactos de vapor de água quente saindo de uma estrela recém-formada. Os investigadores também detectaram as “impressões digitais” de uma surpreendente variedade de moléculas próximas desse berçário estelar.

O telescópio ALMA no Chile transformou a forma como vemos o Universo, mostrando-nos partes do cosmos que de outro seriam invisíveis. Este conjunto de antenas incrivelmente precisas estuda uma faixa de rádio comparativamente de alta frequência: ondas que variam de algumas décimas de milímetro até vários milímetros em amplitude. Recentemente, os cientistas empurraram o ALMA aos seus limites, aproveitando as capacidades de maior frequência (menor comprimento de onda), que espiam parte do espectro electromagnético que cruza a linha entre o infravermelho e o rádio.

“As observações de rádio de alta frequência como estas normalmente não são possíveis no solo,” comenta Brett McGuire, químico do NRAO (National Radio Astronomy Observatory) em Charlottesville, no estado norte-americano de Virginia, autor principal de um artigo publicado na revista The Astrophysical Journal Letters. “Elas exigem a extrema precisão e sensibilidade do ALMA, juntamente com algumas das condições atmosféricas mais secas e estáveis que podem ser encontradas na Terra.”

Sob condições atmosféricas ideais, que ocorreram na noite de 5 de Abril de 2018, os astrónomos treinaram a visão sub-milimétrica de frequência mais alta do ALMA numa região curiosa da Nebulosa Pata de Gato (também conhecida como NGC 6334I), uma região de formação estelar localizada a cerca de 4300 anos-luz da Terra na direcção da constelação de Escorpião.

As observações anteriores do ALMA desta região, em frequências mais baixas, revelaram a formação turbulenta de estrelas, um ambiente altamente dinâmico e uma riqueza de moléculas no interior da nebulosa.

Para observar em frequências mais altas, as antenas do ALMA estão desenhadas para acomodar uma série de “bandas” – numeradas de 1 a 10 – e cada uma estuda uma parte específica do espectro. Os receptores de Banda 10 observam as frequências mais altas (comprimentos de onda mais curtos) de qualquer um dos instrumentos ALMA, abrangendo comprimentos de onda de 0,3 a 0,4 milímetros (787 a 950 gigahertz), também considerados radiação infravermelha de comprimento de onda longo.

As primeiras observações deste tipo para o ALMA, com a Banda 10, produziram resultados emocionantes.

Jactos de Vapor de Protoestrela

Um dos primeiros resultados da Banda 10 do ALMA foi também um dos mais desafiadores, a observação directa de jactos de vapor de água libertados por uma das maiores protoestrelas da região. O ALMA foi capaz de detectar a luz de comprimento de onda sub-milimétrico naturalmente emitida pela água pesada (moléculas de água formadas por átomos de oxigénio, hidrogénio e deutério, que são átomos de hidrogénio com um protão e um neutrão no seu núcleo).

“Normalmente, não poderíamos ver directamente este sinal em particular a partir do solo,” realça Crystal Brogan, astrónoma do NRAO e co-autora do artigo. “A atmosfera da Terra, mesmo em lugares notavelmente áridos, ainda contém bastante vapor de água para suprimir completamente este sinal de qualquer fonte cósmica. No entanto, durante condições excepcionalmente pristinas no alto Deserto de Atacama, o ALMA pode, de facto, detectar esse sinal. Isto é algo que nenhum outro telescópio na Terra consegue fazer.”

À medida que as estrelas começam a se formar a partir de nuvens massivas de poeira e gás, o material em redor da estrela cai para a massa no centro. Uma porção deste material, no entanto, é expelido da protoestrela em crescimento como um par de jactos, que transportam gás e moléculas, incluindo água.

A água pesada que os cientistas observaram flui ou de uma única protoestrela ou de um pequeno enxame de protoestrelas. Estes jactos estão orientados de modo diferente do que parecem ser jactos muito maiores e potencialmente mais maduros emanados da mesma região. Os astrónomos especulam que os jactos de água pesada vistos pelo ALMA são características relativamente recentes que começam agora a mover-se para a nebulosa em redor.

Estas observações também mostram que nas regiões onde esta água bate no gás circundante, masers de água de baixa frequência – versões naturais de lasers de micro-ondas – entram em erupção. Os masers foram detectados em observações complementares pelo VLA (Very Large Array) do NSF (National Science Foundation).

ALMA Observa Moléculas em Abundância

Além de produzir imagens marcantes de objectos no espaço, o ALMA também é um sensor cosmo-químico extremamente sensível. À medida que as moléculas dão trambolhões e vibram no espaço, naturalmente emitem luz em comprimentos de onda específicos, que aparecem como picos e quedas num espectro. Todas as bandas receptoras do ALMA podem detectar essas impressões digitais únicas, mas as linhas das frequências mais altas fornecem uma visão única sobre substâncias químicas mais leves e importantes, como a água pesada. Também fornecem a capacidade de observar estes sinais de moléculas complexas e quentes, que possuem linhas espectrais mais fracas em frequências mais baixas.

Usando a Banda 10, os investigadores foram capazes de observar uma região do espectro que é extraordinariamente rica em impressões digitais moleculares, incluindo a do glicoaldeído, a molécula mais simples relacionada com o açúcar.

Quando comparadas com as anteriores melhores observações do mundo, da mesma fonte, captadas pelo Observatório Espacial Herschel da ESA, as observações do ALMA detectaram mais de 10 vezes mais linhas espectrais.

“Nós detectámos um tesouro de moléculas orgânicas complexas em torno desta enorme região de formação estelar,” acrescenta McGuire. “Estes resultados foram recebidos com entusiasmo pela comunidade astronómica e mostram mais uma vez como o ALMA vai remodelar a nossa compreensão do Universo.”

O ALMA é capaz de aproveitar estas raras janelas de oportunidade quando as condições atmosféricas são “perfeitas”, usando agendamento dinâmico. Isto significa que os operadores do telescópio e os astrónomos monitorizam cuidadosamente a meteorologia e conduzem as observações planeadas que melhor se ajustam às condições predominantes.

“Há certamente algumas condições que precisam ser cumpridas para realizar uma observação bem-sucedida usando a Banda 10,” conclui Brogan. “Mas estes novos resultados do ALMA demonstram o quão importante estas observações podem ser.”

“Para permanecer na vanguarda da descoberta, os observatórios devem inovar continuamente para impulsionar o avanço do que a astronomia pode atingir,” comenta Joe Pesce, director do programa do NRAO no NSF. “Este é um elemento central do NRAO do NSF, e do ALMA, e esta descoberta leva ao limite a astronomia feita a partir do solo.”

Astronomia On-line
21 de Agosto de 2018

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