1350: 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

 

1159: 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

 

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 //

[SlideDeck2 id=42]

[powr-hit-counter id=80efcd8d_1513157443017]

 

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

[SlideDeck2 id=42]

[powr-hit-counter id=6f661fdf_1512750045266]

 

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

[SlideDeck2 id=42]

[yasr_visitor_votes size=”medium”]

[powr-hit-counter id=3f4f1503_1511090977233]