3792: Encontrar uma agulha num palheiro cósmico. Astrónomos resolvem mistério do primeiro Anel de Einstein

CIÊNCIA/ASTROFÍSICA

Hubble / NASA / ESA

Determinados a encontrar uma agulha num palheiro cósmico, um par de astrónomos viajou no tempo através dos arquivos de dados antigos do Observatório W. M. Keck em Mauankea e do Observatório de Raios-X Chandra da NASA para desvendar o mistério em torno de um quasar brilhante, com uma lente gravitacional e muito obscurecido.

Este objecto celeste é uma galáxia activa que emite enormes quantidades de energia devido a um material que devora um buraco negro. Encontrar um objecto com uma lente gravitacional, fazendo com que pareça mais brilhante e maior, é algo raro.

Embora pouco mais de 200 quasares com lente ocultos sejam actualmente conhecidos, poucos foram descobertos, uma vez que o buraco negro que alimenta agita gás e poeira, ocultando o quasar e dificultando a detecção em investigações de luz visível.

Embora os quasares estejam frequentemente muito distantes, os astrónomos conseguem detectá-los através de lentes gravitacionais, um fenómeno que actua como a lupa da natureza. Isso ocorre quando uma galáxia mais próxima da Terra age como uma lente e faz o quasar atrás dela parecer ainda mais brilhante.

O campo gravitacional da galáxia mais próxima distorce o espaço, curvando e amplificando a luz do quasar ao fundo. Se o alinhamento estiver correto, isso cria um círculo de luz chamado anel de Einstein, previsto por Albert Einstein em 1936. As lentes gravitacionais farão com que várias imagens do objecto de plano de fundo apareçam ao redor do objecto de primeiro plano.

O par de astrónomos não só descobriu um quasar deste tipo, como também descobriu que o objecto é o primeiro anel de Einstein descoberto, chamado MG 1131 + 0456, observado em 1987. Embora amplamente estudada, a distância do quasar permaneceu um mistério.

NASA

“À medida que nos aprofundámos, ficámos surpreendidos por uma fonte tão famosa e brilhante nunca ter tido a sua distância medida”, disse Daniel Stern, cientista sénior do Laboratório de Propulsão a Jacto da NASA e autor do estudo, em comunicado. “Distanciar-se é um primeiro passo necessário para todos os tipos de estudos adicionais, como usar a lente como uma ferramenta para medir a história de expansão do Universo e como uma sonda para a matéria escura”.

Stern e o co-autor Dominic Walton, investigador do STFC Ernest Rutherford no Instituto de Astronomia da Universidade de Cambridge, são os primeiros a calcular a distância do quasar a 10 mil milhões de anos-luz de distância.

Walton e Stern conseguiram determinar a massa da galáxia com precisão e usar os dados Chandra para confirmar com robustez a natureza obscura do quasar, determinando a quantidade de gás que existe entre nós e as suas regiões centrais luminosas.

Este estudo foi publicado este mês na revista científica The Astrophysical Journal.

“O nosso próximo passo é encontrar quasares com lentes ainda mais obscurecidos do que o MG 1131 + 0456”, disse Walton. “Encontrar essas agulhas será ainda mais difícil, mas elas estão lá fora, à espera de serem descobertas. Essas gemas cósmicas podem dar uma compreensão mais profunda do Universo, incluindo mais informações sobre como os buracos negros super-massivos crescem e influenciam o ambiente”.

ZAP //

Por ZAP
5 Junho, 2020

 

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3762: Northolt Branch Observatories

LBQS 1429-008 é um quasar na direcção da constelação de Virgo.

O fenómeno que vemos como quasares é geralmente causado por um buraco negro super-maciço activo no centro de uma galáxia gigante. LBQS 1429-008 é incomum, na medida em que consiste em três objectos separados interagindo uns com os outros: Um principal visível a + 17.7 mag, um segundo componente de 19 mag (não resolvido na imagem abaixo), e um Terceiro da 24 ª magnitude que requer que os maiores telescópios da Terra sejam vistos.

Os dois componentes mais brilhantes eram conhecidos desde 1989, o que fez do LBQS 1429-008 um quasar duplo (em si uma ocorrara). Quando o terceiro componente foi descoberto em 2007, o LBQS 1429-008 tornou-se o primeiro quasar triplo conhecido. As três galáxias hospedeiras estão em processo de fusão, e elas evoluirão para um único quasar dentro dos próximos bilhões de anos.

A uma distância de mais de 10 bilhões de anos-luz da Terra, estamos vendo LBQS 1429-008 numa época em que o universo era apenas uma pequena fracção da sua idade actual, uma era em que os quasares eram muito mais comuns do que eles hoje. Os quasares são tão raros hoje em dia que não existe um único quasar dentro de 500 milhões de anos-luz da Terra.

Ver também:
https://skyandtelescope.org/astronomy-news/the-first-triple-quasar/
https://en.wikipedia.org/wiki/Quasar#Multiple_quasars

Northolt Branch Observatories
Qhyccd

 

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3565: Há uma poderosa “tempestade cósmica” num quasar distante (e pode arrasar uma galáxia inteira)

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Uma equipa de astrónomos do Observatório Internacional Gemini detectou um quasar distante conhecido como SDSS J135246.37 + 423923. Este é o quasar mais activo já registado.

+info: zap.aeiou.pt/?p=319356

17/04/2020

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3558: Gemini detecta o vento mais energético de um quasar distante

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

A imagem à esquerda mostra uma impressão de artista da porção central da galáxia que alberga o quasar SDSS J135246.37+423923.5, a comprimentos de onda visíveis. Ventos espessos obscurecem a nossa visão e “imprimem” assinaturas do fluxo energético no espectro do SDSS. A imagem à direita mostra a mesma impressão de artista mas a comprimentos de onda infravermelhos, vistos pelo detector GNIRS do Gemini. O fluxo espesso é transparente a comprimentos de onda infravermelhos, dando-nos uma vista limpa do quasar. O espectro infravermelho fornece o desvio para o vermelho do quasar e, daquele ponto de referência, podemos medir a velocidade recorde do fluxo.
Crédito: Observatório Gemini/NOIRLab/NSF/AURA/P. Marenfel
(veja a imagem da esquerda; veja a imagem da direita)

Investigadores que usam o telescópio Gemini Norte em Maunakea, Hawaii, detectaram o vento mais energético de qualquer quasar já medido. Este fluxo, que viaja a quase 13% da velocidade da luz, transporta energia suficiente para impactar dramaticamente a formação estelar numa galáxia inteira. A tempestade extra-galáctica permaneceu escondida, mas à vista de todos, durante 15 anos, antes de ser revelada por modelos computacionais inovadores e novos dados do Observatório Gemini.

O vento mais energético de um quasar foi revelado por uma equipa de astrónomos usando observações do Observatório Gemini, um programa do NOIRLab da NSF (National Science Foundation). Este poderoso fluxo está a mover-se para a sua galáxia hospedeira a quase 13% da velocidade da luz e origina de um quasar conhecido como SDSS J135246.37+423923.5, que fica a aproximadamente 10 mil milhões de anos-luz da Terra.

“Embora ventos de alta velocidade já tenham sido observados anteriormente em quasares, esses carregavam apenas uma quantidade relativamente pequena de massa,” explica Sarah Gallagher, astrónoma da Universidade Western (Canadá) que liderou as observações com o Gemini. “O fluxo deste quasar, em comparação, varre uma quantidade enorme de massa a velocidades incríveis. Este vento é muito poderoso e não sabemos como é que o quasar pode lançar algo tão substancial.”

Além de medir o fluxo de SDSS J135246.37+423923.5, a equipa também foi capaz de inferir a massa do buraco negro super-massivo que alimenta o quasar. Este objecto monstruoso é 8,6 mil milhões vezes mais massivo que o Sol – cerca de 2000 vezes a massa do buraco negro no centro da nossa Via Láctea e 50% mais massivo do que o famoso e “fotogénico” buraco negro da galáxia M87.

Este resultado foi publicado na revista The Astrophysical Journal e o quasar aqui estudado detém agora o recorde de vento quasar mais energético medido até ao momento, com um vento mais energético do que aqueles relatados recentemente num outro estudo [independente] de 13 quasares.

Apesar da sua massa e fluxo energético, a descoberta deste “poço energético” permaneceu inatingível durante 15 anos, num levantamento de quasares, antes que a combinação dos dados do Gemini e o método inovador de modelagem de computador da equipa permitissem que fosse estudado em detalhe.

“Ficámos chocados – este não é um quasar novo, mas ninguém sabia quão incrível era até a equipa obter os espectros com o Gemini,” explica Karen Leighly, astrónoma da Universidade de Oklahoma e uma das líderes científicas desta investigação. “Estes objectos eram demasiado difíceis de estudar antes da nossa equipa desenvolver a nossa metodologia e possuir os dados necessários, e agora parece que podem ser do tipo de quasares ‘ventosos’ mais interessantes de estudar.”

Os quasares – também conhecidos como objectos quasi-estelares – são um tipo de objecto astrofísico extraordinariamente luminoso que reside nos centros de galáxias massivas. Consistindo de um buraco negro super-massivo rodeado por um disco brilhante de gás, os quasares podem ofuscar todas as estrelas da sua galáxia hospedeira e podem impulsionar ventos poderosos o suficiente para influenciar galáxias inteiras.

“Alguns ventos quasares têm energia suficiente para ‘varrer’ o material de uma galáxia necessário para formar estrelas e, assim, interromper a formação estelar,” explica Joseph Hyunseop Choi, estudante da Universidade do Oklahoma e autor principal do artigo científico sobre esta descoberta. “Nós estudámos um quasar particularmente ‘ventoso’, SDSS J135246.37+423923.5, cujo fluxo é tão espesso que é difícil detectar a assinatura do próprio quasar em comprimentos de onda visíveis.”

Apesar da obstrução, a equipa conseguiu ter uma visão clara do quasar usando o instrumento GNIRS (Gemini Near-Infrared Spectrograph) acoplado ao Gemini Norte para observar em comprimentos de onda infravermelhos. Usando uma combinação de espectros de alta qualidade do Gemini e uma abordagem pioneira de modelagem por computador, os astrónomos descobriram a natureza do fluxo do objecto – que provou ser notavelmente mais energético do que qualquer outro fluxo de quasar medido anteriormente.

A descoberta da equipa levanta questões importantes e também sugere que poderão ser descobertos mais destes quasares.

“Nós não sabemos quantos mais destes objectos extraordinários existem nos nossos catálogos que ainda não conhecemos,” conclui Choi. “Dado que o software automatizado geralmente identifica quasares graças a fortes linhas de emissão ou à cor azul – duas propriedades que o nosso objecto não tem – podem existir mais destes quasares com fluxos tremendamente poderosos ocultos nos nossos levantamentos.”

Astronomia On-line
17 de Abril de 2020

 

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Tsunamis de quasares “rasgam” galáxias

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Esta é uma ilustração de uma galáxia distante com um quasar activo no seu centro. Um quasar emite quantidades excepcionalmente grandes de energia geradas por um buraco negro super-massivo alimentado por material em queda. Usando as capacidades únicas do Telescópio Espacial Hubble, os astrónomos descobriram que a escaldante pressão de radiação da vizinhança do buraco negro empurra material para longe do centro da galáxia a uma fracção da velocidade da luz. Os “ventos quasar” expelem centenas de massas solares de material por ano. Isto afecta toda a galáxia, pois o material atravessa o gás e poeira circundante.
Crédito: NASA, ESA e J. Olmsted (STScI)

Usando as capacidades únicas do Telescópio Espacial Hubble da NASA, uma equipa de astrónomos descobriu os fluxos mais energéticos alguma vez vistos no Universo. São emanados por quasares e atravessam o espaço interestelar como tsunamis, causando estragos nas galáxias onde vivem.

Os quasares são objectos celestes extremamente remotos, emitindo quantidades excepcionalmente grandes de energia. Os quasares contêm buracos negros super-massivos alimentados por matéria em queda que pode brilhar 1000 vezes mais do que as galáxias hospedeiras com centenas de milhares de milhões de estrelas.

À medida que o buraco negro devora matéria, o gás quente envolve e emite radiação intensa, criando o quasar. Os ventos, impulsionados pela pressão da radiação nas proximidades do buraco negro, empurram o material para longe do centro da galáxia. Estes fluxos aceleram para velocidades de tirar o fôlego, a uma fracção da velocidade da luz.

“Nenhum outro fenómeno transporta mais energia mecânica. Ao longo da vida útil de 10 milhões de anos, estes fluxos produzem um milhão de vezes mais energia do que uma explosão de raios-gama,” explicou o investigador principal Nahum Arav, da Virginia Tech em Blacksburg, EUA. “Os ventos estão a empurrar centenas de massas solares cada ano. A quantidade de energia mecânica que estes fluxos transportam é várias centenas de vezes maior do que a luminosidade de toda a Via Láctea.”

Os ventos do quasar atravessam o disco da galáxia. O material que de outra forma teria formado novas estrelas é violentamente varrido da galáxia, provocando a interrupção do nascimento estelar. A radiação empurra o gás e a poeira para distâncias muito maiores do que os cientistas pensavam anteriormente, criando um evento a nível galáctico.

À medida que este tsunami cósmico atinge o material interestelar, a temperatura na frente de choque atinge milhares de milhões de graus, onde o material brilha em grande parte como raios-X, mas também amplamente no espectro visível. Qualquer pessoa que assista a este evento verá um brilhante espectáculo celeste. “Receberíamos muita radiação, primeiro em raios-X e raios-gama, depois estendida para o visível e para o infravermelho,” disse Arav. “Teríamos um ‘show’ enorme de luz – como árvores de Natal espalhadas por toda a galáxia.”

As simulações numéricas da evolução da galáxia sugerem que estes fluxos podem explicar alguns enigmas cosmológicos importantes, como porque é que os astrónomos observam tão poucas galáxias grandes no Universo e porque é que há uma relação entre a massa da galáxia e a massa do seu buraco negro central. Este estudo mostra que estes poderosos fluxos de quasar devem prevalecer no Universo primitivo.

“Tanto teóricos quanto observadores sabem há décadas que existe algum processo físico que interrompe a formação estelar em galáxias massivas, mas a natureza desse processo tem permanecido um mistério. A colocação dos fluxos observados nas nossas simulações resolve estes problemas pendentes na evolução galáctica,” explicou o eminente cosmólogo Jeremiah P. Ostriker da Universidade Columbia em Nova Iorque e da Universidade de Princeton em Nova Jersey.

Os astrónomos estudaram 13 fluxos de quasar e foram capazes de medir a velocidade vertiginosa do gás acelerado pelo vento quasar observando as “impressões digitais” espectrais da luz do gás brilhante. Os dados ultravioleta do Hubble mostram que estas características de absorção de luz, criadas a partir de material ao longo do percurso da luz, foram desviadas espectralmente devido ao rápido movimento do gás pelo espaço. Isto deve-se ao efeito Doppler, onde o movimento de um objecto comprime ou estica os comprimentos de onda, dependendo se se está a aproximar ou a afastar-se de nós. Somente o Hubble possui a gama específica de sensibilidade ultravioleta que permite aos astrónomos obter as observações necessárias que levam a esta descoberta.

Além de medir os quasares mais energéticos alguma vez observados, a equipa também descobriu um fluxo acelerando mais depressa do que qualquer outro. Aumentou de quase 69 milhões de quilómetros por hora para aproximadamente 74 milhões de quilómetros por hora ao longo de um período de três anos. Os cientistas pensam que a sua aceleração vai continuar a aumentar com o tempo.

“As observações ultravioletas do Hubble permitem-nos acompanhar toda a gama de produção energética dos quasares, do gás mais frio ao extremamente quente e altamente ionizado nos ventos mais fortes,” acrescentou Gerard Kriss, membro da equipa e do STScI (Space Telescope Science Institute) em Baltimore, no estado norte-americano de Maryland. “Isto só era antes visível com observações de raios-X muito mais difíceis. Estes poderosos fluxos podem fornecer novas ideias sobre a ligação entre o crescimento de um buraco negro super-massivo central e o desenvolvimento de toda a sua galáxia hospedeira.”

A equipa também inclui o estudante Xinfeng Xu e o investigador de pós-doutoramento Timothy Miller, ambos de Virginia Tech, bem como Rachel Plesha, do STScI. As descobertas foram publicadas numa série de seis artigos científicos na edição de Março de 2020 da revista The Astrophysical Journal Supplements.

Astronomia On-line
3 de Abril de 2020

 

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Descoberto buraco negro “encoberto” no Universo inicial

Dados do Observatório de raios-X Chandra da NASA revelaram o que poderá ser o mais distante buraco negro “encoberto”.
Crédito: raios-X – NASA/CXO/Pontificia Universidad Católica de Chile/F. Vito; rádio – ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); óptico – Pan-STARRS

Os astrónomos descobriram evidências do mais distante buraco negro “encoberto” até à data, usando o Observatório de raios-X Chandra da NASA. A apenas 6% da idade do Universo, esta é a primeira indicação de um buraco negro escondido por gás numa altura tão precoce na história do cosmos.

Os buracos negros super-massivos, com milhões a milhares de milhões de vezes a massa do nosso Sol, normalmente crescem puxando material de um disco de matéria circundante. O crescimento rápido gera grandes quantidades de radiação numa região muito pequena em redor do buraco negro. Os cientistas chamam “quasar” a esta fonte extremamente brilhante e compacta.

De acordo com as teorias actuais, uma densa nuvem de gás alimenta o material no disco em torno do buraco negro super-massivo durante o seu período de crescimento inicial, que “envolve” ou esconde da nossa observação a maior parte da luz brilhante do quasar. À medida que o buraco negro consome material e se torna mais massivo, o gás na nuvem esgota-se, até que o buraco negro e o seu disco brilhante ficam a descoberto.

“É extraordinariamente desafiador encontrar quasares nesta fase encoberta, porque grande parte da sua radiação é absorvida e não pode ser detectada pelos instrumentos actuais,” disse Fábio Vito da Pontificia Universidad Católica de Chile, em Santiago, Chile, que liderou o estudo. “Graças ao Chandra e à capacidade dos raios-X em penetrarem através da nuvem obscura, pensamos que finalmente conseguimos.”

A nova descoberta surgiu de observações de um quasar chamado PSO167-13, que foi descoberto pela primeira vez pelo Pan-STARRS, um telescópio óptico no Hawaii. Observações ópticas deste e de outros levantamentos detectaram cerca de 200 quasares que já brilhavam intensamente quando o Universo tinha menos de mil milhão de anos, ou cerca de 7% da sua idade actual. Estas pesquisas só foram consideradas eficazes para encontrar buracos negros não cobertos, porque a radiação que detectam é suprimida até por finas nuvens de gás e poeira. Como PSO167-13 fazia parte destas observações, esperava-se que este quasar também estivesse desobstruído.

A equipa de Vito testou esta ideia usando o Chandra para observar PSO167-13 e outros nove quasares descobertos com levantamentos ópticos. Após 16 horas de observações, apenas três fotões de raios-X foram detectados de PSO167-13, todos com energias relativamente altas. Dado que os raios-X de baixa energia são mais facilmente absorvidos do que os de mais alta energia, a explicação provável é que o quasar é altamente obscurecido pelo gás, permitindo que sejam detectados apenas raios-X de alta energia.

“Esta foi uma completa surpresa,” disse o co-autor Niel Brandt da Universidade Estatal da Pensilvânia em University Park, EUA. “Era como se estivéssemos à espera de uma borboleta, mas ao invés víssemos um casulo. Nenhum dos outros nove quasares que observámos estava coberto, que foi o que previmos.”

Uma reviravolta interessante no que toca a PSO167-13 é que a galáxia hospedeira tem uma galáxia companheira, visível nos dados anteriormente obtidos com o ALMA (Atacama Large Millimeter Array) no Chile e com o Telescópio Espacial Hubble da NASA. Dada a sua pequena separação e o fraco brilho da fonte em raios-X, a equipa não foi capaz de determinar se a recém-descoberta emissão de raios-X está associada com o quasar PSO167-13 ou com a galáxia companheira.

Se os raios-X vierem do quasar conhecido, então os astrónomos precisam de desenvolver uma explicação para o porquê de o quasar parecer altamente obscurecido em raios-X, mas não no visível. Uma possibilidade é que houve um aumento grande e rápido no “disfarce” do quasar durante os três anos que separam as observações ópticas das de raios-X.

Por outro lado, se em vez disso os raios-X tiverem origem na galáxia companheira, então representa a detecção de um novo quasar em íntima proximidade com PSO167-13. Este par de quasares seria o mais distante já detectado.

Em qualquer um destes dois casos, o quasar detectado pelo Chandra seria o quasar encoberto mais distante já visto, 850 milhões de anos após o Big Bang. O recordista anterior foi observado 1,3 mil milhões de anos após o Big Bang.

Os autores planeiam prosseguir com mais observações a fim de aprender mais.

“Com uma observação mais longa do Chandra, podemos obter uma estimativa melhor de quão encoberto está este buraco negro,” disse o co-autor Franz Bauer, também da Pontificia Universidad Católica de Chile e membro associado do Millenium Institute de Astrofísica, “e fazer uma identificação confiante da fonte de raios-X com o quasar conhecido ou com a galáxia companheira.”

Os autores também planeiam procurar mais exemplos de buracos negros altamente obscurecidos.

“Nós suspeitamos que a maioria dos buracos negros super-massivos no Universo inicial está encoberta: é, pois, crucial detectá-los e estudá-los para entender como podem crescer até massas de mil milhões de sóis tão rapidamente,” comentou o co-autor Roberto Gilli do INAF em Bolonha, Itália.

O artigo que descreve estes resultados foi aceite para publicação na revista Astronomy and Astrophysics e está disponível online.

Astronomia On-line
13 de Agosto de 2019

 

1738: Astrónomos descobrem 83 buracos negros supermassivos no Universo inicial

Luz de um dos mais distantes quasares conhecidos, alimentado por um buraco negro super-massivo situado a 13,05 mil milhões de anos-luz da Terra. A imagem foi obtida com o instrumento HSC (Hyper Suprime-Cam) acoplado ao Telescópio Subaru. Os outros objectos no campo são na maioria estrelas da nossa Via Láctea ou galáxias no campo de visão.
Crédito: NAOJ

Astrónomos do Japão, de Taiwan e dos EUA (Universidade de Princeton) descobriram 83 quasares alimentados por buracos negros supermassivos no universo distante, numa época em que o Universo tinha menos de 10% da sua idade actual.

“É notável que tais objectos massivos e densos pudessem formar-se logo após o Big Bang,” disse Michael Strauss, professor de ciências astrofísicas da Universidade de Princeton e um dos co-autores do estudo. “A compreensão de como os buracos negros se podem formar no início do Universo, e de quão comuns são, é um desafio para os nossos modelos cosmológicos.”

Este achado aumenta consideravelmente o número de buracos negros conhecidos naquela época e revela, pela primeira vez, quão comuns são no início da história do Universo. Além disso, fornece novas informações sobre o efeito dos buracos negros no estado físico do gás no Universo primordial, durante os seus primeiros milhares de milhões de anos. A investigação foi divulgada numa série de cinco artigos publicados nas revistas The Astrophysical Journal e Publications of the Astronomical Observatory of Japan.

Os buracos negros supermassivos, encontrados nos centros das galáxias, podem ser milhões ou até milhares de milhões de vezes mais massivos que o Sol. Embora sejam prevalecentes ainda hoje, não se sabe quando se formaram pela primeira vez, e quantos existiam no Universo primitivo e distante. Um buraco negro super-massivo torna-se visível quando acumula gás em seu redor, fazendo com que brilhe como um “quasar”. Os estudos anteriores foram apenas sensíveis aos raríssimos quasares mais luminosos e, portanto, aos buracos negros mais massivos. As novas descobertas sondam a população de quasares mais fracos, alimentados por buracos negros com massas comparáveis à maioria dos buracos negros vistos no Universo actual.

A equipa usou dados obtidos com um instrumento topo-de-gama, o HSC (Hyper Suprime-Cam), acoplado no Telescópio Subaru do NAOJ (National Astronomical Observatory of Japan), localizado no cume do Mauna Kea, Hawaii. O HSC tem um campo de visão fantástico – com 1,77 graus, ou sete vezes a área da Lua Cheia – montado num dos maiores telescópios do mundo. A equipa do HSC está a examinar o céu ao longo de 300 noites de tempo de telescópio, espalhadas durante cinco anos.

A equipa seleccionou candidatos a distantes quasares dos dados sensíveis da pesquisa do HSC. Realizaram então uma intensa campanha observacional para obter espectros desses candidatos, usando três telescópios: o Telescópio Subaru, o GTC (Gran Telescopio Canarias) em La Palma, Canárias, Espanha; e o Telescópio Gemini Sul no Chile. O levantamento revelou 83 quasares muito distantes e anteriormente desconhecidos. Juntamente com 17 quasares já conhecidos na região de estudo, os cientistas descobriram que existe aproximadamente um buraco negro super-massivo por giga-ano-luz cúbico – por outras palavras, se fragmentássemos o Universo em cubos imaginários com mil milhões de anos de lado, cada um teria um buraco negro super-massivo.

A amostra de quasares neste estudo está a cerca de 13 mil milhões de anos-luz da Terra; isto é, estamos vendo os astros como eram há 13 mil milhões de anos. Dado que o Big Bang ocorreu há 13,8 mil milhões de anos, estamos efectivamente a olhar para trás no tempo, vendo estes quasares e buracos negros supermassivos como apareciam apenas mais ou menos 800 milhões de anos após a formação do Universo (conhecido).

É amplamente aceite que o hidrogénio no Universo já foi neutro, mas que foi “reionizado” – dividido nos seus componentes, protões e electrões – na época em que a primeira geração de estrelas, galáxias e buracos negros supermassivos nasceram, nas primeiras centenas de milhões de anos depois do Big Bang. Este é um marco da história cósmica, mas os astrónomos ainda não sabem o que forneceu a incrível quantidade de energia necessária para provocar a reionização. Uma hipótese convincente sugere que havia muitos mais quasares no Universo primitivo do que o detectado anteriormente, e que foi a sua radiação integrada que reionizou o Universo.

“No entanto, o número de quasares que observámos mostra que este não é o caso,” explicou Robert Lupton, cientista de ciências astrofísicas. “O número de quasares vistos é significativamente menor do que o necessário para explicar a reionização.” A reionização foi, portanto, provocada por outra fonte de energia, provavelmente várias galáxias que começaram a formar-se no Universo jovem.

O presente estudo foi possível graças à capacidade de investigação do Subaru e do HSC. “Os quasares que descobrimos serão um alvo interessante para mais observações de acompanhamento com instalações actuais e futuras,” disse Yoshiki Matsuoka, ex-investigador de pós-doutorado de Princeton, agora na Universidade de Ehime, Japão, líder do estudo. “Também vamos aprender mais sobre a formação e evolução inicial dos buracos negros supermassivos, comparando a densidade e a distribuição de luminosidade dos números medidos com previsões de modelos teóricos.”

Com base nos resultados obtidos até agora, a equipa está ansiosa por encontrar buracos negros ainda mais distantes e por descobrir quando surgiu, no Universo, o primeiro buraco negro super-massivo.

Astronomia On-line
19 de Março de 2019

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1349: Quasares que desaparecem misteriosamente estão a assombrar os astrónomos

M. Kornmesser / ESO

Os astrónomos estão intrigados com quasares que, aparentemente, mudam de aparência. Já foram vistos várias vezes, mas ainda não há explicação.

O primeiro destes fenómenos foi descoberto pela astrónoma Stephanie LaMassa, que comparou duas imagens do mesmo objecto, mas com dez anos de diferença – e elas não pareciam nada iguais.

A primeira, capturada em 2000, assemelhava-se a um quasar clássico: um objecto extremamente brilhante e distante, alimentado por um buraco negro super-massivo e voraz no centro de uma galáxia. Era azul, com amplos picos de luz.

Mas a segunda imagem, de 2010, tinha apenas um décimo do seu brilho anterior e não exibia os mesmos picos. Noutras palavras, o quasar parecia ter desaparecido, deixando apenas a galáxia de fundo.

Isto deveria ser impossível, uma vez que, embora os quasares façam transições entre galáxias, o processo deve levar pelo menos 10 mil anos.

O estudo do fenómeno não foi fácil, dado que as investigações tendem a não voltar a observar os mesmos objectos que já estudaram no passado. Ainda assim, uma equipa de investigadores conseguiu analisar dados arquivados e descobriu que 50 a 100 “quasares que mudam de aparência”.

Alguns fizeram a transição ainda mais rápido que o primeiro exemplo: no espaço de um mês ou dois. Outros, depois de desaparecerem, reapareceram novamente.

Inicialmente, os astrónomos contemplaram a possibilidade de não serem mesmo os quasares que se alteravam. Poderiam ser, por exemplo, enormes nuvens de poeira que passavam em frente ao quasar, momentaneamente bloqueando a luz.

Um modelo teórico indicou que apenas uma situação excessivamente complexa com múltiplas nuvens poderia reproduzir estas observações. Para começar, qualquer mudança teria demorado muito mais do que alguns anos. Parecia muito improvável.

Outros perguntaram-se mesmo se estes objectos eram quasares. Talvez fossem estrelas a passar muito perto de um buraco negro ou então super-novas poderosas. O problema é que tal luz desvaneceria-se de uma forma específica, fenómeno que os astrónomos não viram.

Disco de ecreção pode ser a resposta

No ano passado, observações sugeriram que a resposta pode estar no disco de acreção dos quasares – um remoinho de matéria quente que circunda o buraco negro e dá-lhes a luminosidade ofuscante.

Zhenfeng Sheng, astrónomo da Universidade de Ciência e Tecnologia da China, examinou múltiplos quasares com aparência variável, tanto a luz visível como a infravermelha. Estes comprimentos de onda permitiram que os investigadores visualizassem não apenas o disco de acreção de cada quasar, mas também o “toro” – o anel de nuvens de poeira que envolve o disco.

O disco de acreção brilhante envia luz visível para o toro escuro, onde é absorvida e re-emitida como luz infravermelha. Devido a isso, qualquer alteração no disco será posteriormente reflectida no toro.

Como ocorreu noutros estudos, os astrónomos viram o tal eco, permitindo-lhes concluir que deve ser um sinal de uma mudança na quantidade de material que flui através do disco de acreção. Os resultados foram publicados no arXiv em Setembro de 2017.

Múltiplas possibilidades para resolver o mistério

Uma maneira de entender o fenómeno é dividir o disco de acreção em duas partes separadas: uma região interna clara que ilumina uma região externa opaca. Se um buraco negro consumir a região interna, o disco externo ficará escuro, pois o seu farol brilhante desaparecerá.

Mas também é possível que o próprio disco de acreção mude de forma. Este ano, estudos em dois quasares diferentes encontraram evidências para apoiar esta teoria. Em cada um, as cores azul e ultravioleta diminuíram primeiro, seguidas pelo verde e finalmente pelo vermelho. Essa sequência flui das cores de maior energia para as de menor energia. Assemelha-se, assim, a alterações que se propagam do disco interno para o disco externo.

“Algo está a fazer com que o disco de acreção diminua de dentro para fora”, disse Barry McKernan, astrofísico do Museu Americano de História Natural.

Como as cores não desaparecem completamente, os astrónomos suspeitam que o disco de acreção interno não tenha sido completamente engolido pelo buraco negro. Em vez disso, o culpado poderia ser uma “frente fria” vinda do buraco.

A velocidade da diminuição do brilho pode revelar pistas sobre a estrutura do disco. Se o disco for viscoso e turbulento, é fácil enviar informações pelo meio dele. McKernan argumenta que o disco deve ser viscoso e inflamado, antes de se transformar num disco fino.

Mas uma segunda hipótese sugere o oposto: o disco de acreção começa a ficar fino antes de inchar. Isso é precisamente o que os astrónomos acham que ocorre quando buracos negros com massa estelares ficam inactivos. Quando estão a acumular muita massa no buraco, o disco de acréscimo é bastante fino e luminoso. Mas quando a taxa de crescimento cai, o disco incha para uma estrutura quase esférica que luta para emitir luz.

Apesar de todas estas hipóteses, os astrónomos ainda não sabem dizer com certeza que mecanismo é responsável pelo fenómeno. Outros factores – campos magnéticos, por exemplo – poderão desempenhar um papel crucial que ainda não entendemos.

ZAP // Hype Science

Por ZAP
30 Novembro, 2018

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1158: Descoberta fonte de um dos mais poderosos feixes de luz

ESA / NASA
Conceito de artista que ilustra um quasar ou um buraco negro

Os poderosos fotões da radiação gama foram produzidos por um fenómeno nunca antes visto em torno de um quasar em miniatura. Esta descoberta poderá ajudar os cientistas a entender o que acontece no centro caótico da Via Láctea.

O SS 433 é um dos sistemas estelares exóticos mais observados – é um sistema binário onde o principal centro gravitacional será, provavelmente, um buraco negro com uma massa que supera a do Sol, capaz de sugar nuvens de gás e poeiras.

O SS 433 é uma versão menor dos tipos de quasares que podem ser encontrados no centro das galáxias e torna-se relativamente fácil de estudar dada a sua proximidade para com o planeta Terra.

Assim, uma equipa internacional de astrofísicos conseguiu examinar as características do SS 433, descobrindo que a energia de alguns dos fotões emitidos pelo seu plasma é tão forte quanto as ondas de luz.

O estudo foi publicado na revista Nature a 3 de Outubro e nele a equipa afirma ter descoberto uma nova fonte para essas ondas de luz de alta energia – o que poderá lançar pistas sobre os “primos” mais robustos da SS 433.

A fricção intensa existente no SS 433 tem como resultado a emissão de calor que por sua vez produz um plasma que é então canalizado por fortes campos magnéticos em feixes de protões e electrões que se estendem por toda a galáxia.

Estudar quasares é um dos grandes desafios dos cientistas, isto porque eles não existem perto de nós – o mais aproximado é o Markarian 231, composto por um par de buracos negros supermassivos que giram em torno um do outro numa galáxia a quase 600 milhões de anos-luz.

A longínqua distância a que este quasar se encontra faz com que a mini-versão SS 433 seja muito atractiva para os cientistas.

Não sendo uma novidade para os cientistas, este micro-quasar existe nos mapas há quase 30 anos mas apesar da sua reduzida dimensão, o micro-quasar emite dois poderosos feixes com 130 anos-luz de comprimento, canalizados pelos seus campos magnéticos e atingindo velocidades de pouco mais de 25% da velocidade da luz.

Agora, depois de vários anos de observações feitas usando o High-Altitude Water Cherenkov Observatory Gamma-Ray Observatory (HAWC), cientistas mostraram que há fotões mais energéticos a serem produzidos por estes gigantescos feixes de plasma.

Petra Huentemeyer, físico e coordenador do HAWC, classifica o Observatório HAWC como “o instrumento mais sensível para fotões de alta energia que só começou a recolher dados a partir de 2015″.

Conclusões

Baseado nas observações com o HAWC, os físicos determinaram que há fotões com energias de pelo menos 25 teraeletronvolts (TeV) – 25 mil bilhões de electrões-volt – a serem emitidos pelos jactos do SS 433.

De ter em conta que esta energia apresentada é 25 bilhões de vezes superior ao tipo de energia da luz que podemos ver e é 10 vezes maior do que qualquer medida anteriormente registada em micro-quasares.

Apesar de não chegar perto dos recordes de energia registado, este valor é classificado como uma das ondas de luz mais energéticas que passaram pela Terra.

“Fotões-gama com energias de 25 TeV têm de ser produzidos por partículas de energia ainda mais altas“, afirma Francisco Salesa Greus, físico do Instituto de Física Nuclear de Cracóvia, da Academia de Ciências da Polónia.

“Podem ser protões mas teriam de ter enormes energias a um nível de 250 TeV”, acrescentou o físico.

Contudo, ao comparar os resultados obtidos através do Observatório HAWC com outras observações, a equipa de investigadores descartou a possibilidade de serem protões as fontes dessa emissão.

Em vez disso, os cientistas concluíram que os raios gama poderiam ser gerados por electrões muito mais leves nos “jactos” de plasma que teriam colidido nas micro-ondas ecoando ainda pelo espaço, muito depois do Big Bang.

Esta teoria nunca antes tinha sido apresentada, o que oferece uma nova forma potencialmente útil para entender a dinâmica dos quasares dentro das galáxias.

“O SS 433 é um sistema estelar incomum e a cada ano que passa, algo novo é teorizado” afirmou o co-autor do estudo, Segev BenZvi, da Universidade de Rochester.

Por ZAP
18 Outubro, 2018

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173: Dados do Herschel ligam os misteriosos ventos dos quasares a formação estelar extrema

ESA / C. Carreau
impressão de artista de um quasar numa galáxia formadora de estrelas

Os astrónomos usaram o Observatório Espacial Herschel da ESA para resolver um mistério de décadas sobre a origem de poderosos ventos de gás frio nos arredores quentes de quasares.

A evidência que liga estes poderosos ventos à formação estelar nas galáxias que albergam quasares também pode ajudar a resolver o mistério do porquê do tamanho das galáxias no Universo parecer estar limitado.

Desde a sua descoberta, na década de 1960, que os quasares têm levantado muitas perguntas. Estas fontes energéticas – até 10 mil vezes mais brilhantes do que a Via Láctea – são os núcleos de galáxias distantes com buracos negros super-massivos no seu centro.

À medida que o gás é puxado para um disco de acreção à volta do buraco negro, é aquecido a temperaturas muito altas e irradia energia através do espectro electromagnético, desde o rádio até aos raios-X – desta forma, nasce a assinatura de luminosidade do quasar.

Há cinco décadas que os astrónomos estudam os espectros de quasares para descobrir a origem da radiação electromagnética que emitem e para traçar o percurso da luz até nós.

Uma ferramenta valiosa na compreensão desta viagem são as linhas de absorção nos espectros de radiação dos quasares. Estas linhas indicam os comprimentos de onda absorvidos à medida que a radiação viaja desde a fonte até ao observador, fornecendo pistas sobre o material por onde passou.

Ao longo do tempo, o estudo dessas linhas traçou a composição das galáxias e das nuvens de gás situadas entre nós e esses distantes objectos luminosos, mas um conjunto de linhas de absorção permanecia por explicar.

Os astrónomos observaram linhas de absorção em muitos quasares, indicativas da absorção, pelo caminho, por gás frio com elementos metálicos pesados como o carbono, magnésio e silício. As linhas indicam que a luz viajou através de ventos de gás frio com velocidades de milhares de quilómetros por segundo no interior das galáxias hospedeiras dos quasares. Embora o conhecimento de que esses ventos existem não seja uma notícia nova, a sua origem e o porquê de conseguirem alcançar velocidades tão impressionantes, permaneciam desconhecidos.

Agora, o astrónomo Peter Barther e o seu estudante de doutoramento Pece Podigachoski, ambos do Instituto Kapteyn da Universidade de Groninga, juntamente com os colegas Belinda Wilkes do Centro Harvard-Smithsonian para Astrofísica (EUA) e Martin Haas da Ruhr-Universität Bochum (Alemanha), lançaram luz sobre as origens destes ventos frios.

Usando dados obtidos com o Observatório Herschel da ESA, os astrónomos mostraram, pela primeira vez, que a força das linhas de absorção de metal associadas com estes misteriosos ventos gasosos está directamente ligada com a taxa de formação estelar nas galáxias que hospedam os quasares. Ao encontrar esta tendência, os astrónomos são capazes de dizer com alguma confiança que a prodigiosa formação estelar dentro da galáxia-mãe pode ser o mecanismo que impulsiona esses ventos misteriosos e poderosos.

“A identificação desta tendência para prolífica formação estelar e íntima relação com os poderosos ventos dos quasares é, para nós, um achado emocionante”, explica Pece Podigachoski. “Uma explicação natural para tal é que os ventos são alimentados pela explosão de formação estelar e produzidos por supernovas – que se sabe ocorrerem com grande frequência durante períodos de formação estelar extrema”.

Esta nova ligação não só resolve um quebra-cabeças sobre os quasares, mas também contribui para desvendar um mistério ainda maior: porque é que o tamanho das galáxias observadas no nosso Universo parece estar limitado na prática, mas não em teoria.

“Além da questão de quais os processos responsáveis pelos ventos gasosos, o seu efeito é um tópico muito importante na astrofísica actual,” explica Peter Barthel. “Embora as teorias prevejam que as galáxias podem crescer muito, não têm sido observadas galáxias ultra-massivas. Parece que existe um processo que actua como um travão na formação de tais galáxias: os ventos internos, por exemplo, podem ser responsáveis por este denominado feedback negativo.”

A teoria prevê que as galáxias devem ser capazes de crescer até massas cem vezes o observado. O facto de haver um défice de gigantes no Universo implica a existência de um processo que esgota as reservas de gás nas galáxias antes de poderem alcançar o seu potencial máximo. Existem dois mecanismos que podem levar a esta redução de gás: o primeiro são os ventos das supernovas associados com a formação estelar. O segundo, os ventos associados ao buraco negro super-massivo no coração de cada quasar.

Embora seja possível que ambos os mecanismos desempenhem um papel, a evidência de correlação entre os ventos de gás frio e a taxa de formação estelar descoberta pela equipa científica sugere que no caso dos quasares, a formação estelar, que requer um fornecimento constante de gás frio, pode ser a principal responsável no corte de gás da galáxia e na supressão da capacidade de fazer crescer a próxima geração de estrelas.

“Este é um resultado importante para a ciência dos quasares, um que se baseou nas capacidades únicas do Herschel”, explica Göran Pilbratt, cientista do projecto Herschel na ESA. “O Herschel observa radiação no infravermelho distante e nos comprimentos de onda submilimétricos, permitindo o conhecimento detalhado do ritmo de formação estelar nas galáxias observadas, necessário para fazer esta descoberta”.

ZAP //

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167: É o mais antigo buraco negro conhecido, e 800 milhões de vezes maior que o Sol

Robin Dienel / Carnegie Institution for Science
Impressão de artista do buraco negro super-massivo mais distante já descoberto, parte de um quasar visto apenas 690 milhões de anos após o Big Bang.

Astrónomos norte-americanos descobriram o mais antigo e o mais distante buraco negro de que há registo: um quasar com 800 milhões de vezes a massa do Sol. 

Uma equipa de astrónomos, liderada por Eduardo Bañados, investigador no Instituto de Ciência Carnegie, nos Estados Unidos, estudava quasares à procura de uma explicação sobre os primeiros momentos do universo, quando encontrou uma destas formações: o quasar ULAS J1342+0928.

A surpreendente descoberta foi apresentada num artigo publicado esta quarta-feira na revista Nature.

Os quasares, massas extremamente luminosas no centro das galáxias, são constituídos por um buraco negro super-massivo rodeado de poeira cósmica em órbita, e são os maiores emissores de energia do Universo. Um único quasar pode emitir até 1000 vezes mais luz que uma galáxia inteira com cem mil milhões de estrelas.

Sabe-se agora que este quasar nasceu por altura da formação das primeiras galáxias, quando o Universo tinha 690 milhões de anos que, na realidade, é apenas cerca de 5% da sua idade actual, cerca de 13.100 milhões de anos. A idade do ULAS J1342+0928 torna-o, então, o quasar mais distante alguma vez observado.

Mas as descobertas não ficam por aqui: associado a ele, o ULAS J1342+0928 tem um buraco negro super-massivo com 800 milhões de vezes a massa do Sol.

Num comunicado de imprensa, Eduardo Bañados refere que este é “um desafio enorme conseguir reunir toda esta massa em menos de 690 milhões de anos”. Esta descoberta desafia as teorias sobre o crescimento de buracos negros super-massivos.

Por outro lado, é também muito raro encontrar quasares tão antigos como este – que, devido à expansão do Universo, está cada vez mais longe de nós.

Robin Dienel / Carnegie Institution for Science

Antes desta surpreendente descoberta, os astrónomos sabiam que os buracos negros super-massivos são formados a partir de nuvens de gases e poeiras, ou por restos de estrelas moribundas cuja matéria cedeu ao colapso, devido à pressão, formando assim objectos extremamente densos.

Além disso, os cientistas sabiam também que no início do Universo poderia ter havido condições para a criação de buracos negros super-massivos. Estimava-se que esses buracos teriam 100 mil vezes a massa solar, um valor muito maior que o dos buracos negros que se formam actualmente.

Mas o buraco negro associado ao quasar ULAS J1342+0928, com a sua massa de 800 milhões de vezes a do Sol, é muito maior do que os astrónomos julgavam ser possível até agora.

Após o Big Bang, o universo era “uma sopa de partículas energéticas em expansão”, que se expandiam e arrefeciam rapidamente. Cerca de 400 mil anos depois, as partículas que foram arrefecendo agregaram-se numa nuvem neutra de gás de hidrogénio.

Este Universo era escuro, até ter havido a condensação de partículas que originou as primeiras estrelas e galáxias. A nuvem, à medida que se formavam estrelas e galáxias, foi sendo excitada e ionizada, isto é, o hidrogénio foi perdendo electrões. Esta ionização do Universo criou energia luminosa, capaz de viajar, e o Universo ganhou luz.

Os investigadores perceberam, ao analisar o novo quasar, que a sua nuvem de gás era neutra – indicando assim que o ULAS J1342+0928 remonta à época da reionização.

“Foi a última grande transição do universo e uma das fronteiras atuais da astrofísica”, explica Eduardo Bañados.

Durante as investigações, a equipa de astrónomos analisou um décimo do céu visível da Terra, tendo encontrado apenas o ULAS J1342+0928. As estimativas é de que existam apenas entre 20 e 100 quasares do mesmo período, em todo o espaço.

Os cientistas pretendem agora aprofundar os estudos sobre este quasar distante, e procurar outros quasares seus irmãos, para desvendar o que aconteceu nessa época – e ficarmos a saber, por exemplo, como o hidrogénio dos primórdios do Universo foi ionizado.

A descoberta e a análise do quasar foram feitas usando um dos telescópios de Magellan no Observatório Las Campanas (Chile), o Grande Telescópio Binocular (Arizona) e o telescópio Gemini North (Havai).

ZAP // HypeScience

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129: Astrónomos chilenos criam novo método para medir a massa de buracos negros

M. Kornmesser / ESO
Conceito artístico do quasar 3C 279

Cientistas da Universidade do Chile e do Centro de Astrofísica e Tecnologias Afins, CATA, revelaram esta sexta-feira os resultados de um trabalho que irá permitir melhorar a identificação e estudo dos “buracos negros super-massivos” e como estes se relacionam entre si.

Segundo anunciaram os autores do estudo em conferência de imprensa, o trabalho será publicado esta segunda-feira, 20 de Novembro, na revista Nature Astronomy.

A investigação, realizada pelo professor de Astronomia Julián Mejía, da Universidade do Chile, e Paula Lira, investigadora da mesma instituição e do CATA, tem como objectivo “corrigir e reduzir significativamente os erros dos cálculos das massas dos buracos negros”.

Até agora, o método mais usado para estimar a massa destes fenómenos consiste em analisar a radiação proveniente das nuvens de gás que se forma nas imediações do disco que alimenta o buraco negro, o qual “pode chegar a brilhar tanto como todas as estrelas da galáxia na qual se encontra”.

No entanto, a exactidão deste método depende em grande medida da forma como as nuvens de gás estão distribuídas, informação que é quase sempre desconhecida.

Para solucionar este problema, o trabalho de Julián Mejía e Paula Lira consistiu em estudar 40 quasares, uma fonte astronómica de energia electromagnética que inclui radiofrequências e luz visível, usando o espectrógrafo X-shooter do telescópio VLT do European Southern Observatory – ESO, situado em Cerro Paranal, no norte do Chile.

Este instrumento é capaz de abranger simultaneamente um conjunto muito amplo de comprimentos de onda – desde o ultravioleta até ao infravermelho próximo, o que permitiu medir a emissão dos “discos alimentadores” dos buracos negros observados.

“Os nossos dados permitiram-nos calcular de duas formas distintas a quantidade de matéria contida nestes buracos negros: através da forma como o disco emite a radiação e através do estudo da emissão das nuvens de gás”, explica Julián Mejía.

“Quando comparamos ambas as massas encontramos uma forma simples de corrigir significativamente os valores das massas obtidas a partir da informação das nuvens de gás, que é o método habitualmente usado pelos astrónomos“, diz o cientista.

O estudo foi realizado em colaboração com Benny Trakhtenbrot, investigador do Instituto ETH na Suíça, Daniel Capellupo, investigador da Universidade de McGill no Canadá, e Hagai Netzer, professor da Universidade de Tel Aviv, em Israel.

Segundo Netzer, que trabalhou durante anos na medição de massas de buracos negros super-massivos, “o novo método pode ajudar a descobrir as ligações entre os buracos negros e as galáxias hóspedes quando o universo era jovem, isto é, quando o universo tinha menos de 4 mil milhões de anos“.

ZAP // EFE

Por EFE
19 Novembro, 2017

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