2292: Raios-X assinalam buracos negros através do oceano cósmico

Os astrónomos utilizaram o Chandra para medir a rotação de cinco quasares, cada um consistindo de um buraco negro super-massivo que consome rapidamente matéria de um disco de acreção circundante. O efeito da lente gravitacional de cada um destes quasares, por uma galáxia interveniente, criou várias imagens de cada quasar, como visto nestas imagens do Chandra de quatro dos alvos. A matéria num destes vórtices cósmicos gira a mais de 70% da velocidade da luz.
Crédito: NASA/CXC/Universidade do Oklahoma/X. Dai et al.

Como redemoinhos no oceano, os buracos negros giratórios no espaço criam uma torrente rodopiante em seu redor. No entanto, os buracos negros não criam redemoinhos de vento ou água. Ao invés, produzem discos de gás e poeira aquecidos a centenas de milhões de graus que brilham em raios-X.

Usando dados do Observatório de raios-X Chandra da NASA e alinhamentos fortuitos ao longo de milhares de milhões de anos-luz, os astrónomos utilizaram uma nova técnica para medir a rotação de cinco buracos negros super-massivos. A matéria num destes vórtices cósmicos gira a mais de 70% da velocidade da luz.

Os astrónomos tiraram proveito de um fenómeno natural conhecido como lente gravitacional. Com o alinhamento certo, a flexão do espaço-tempo por um objecto massivo, como por exemplo uma galáxia grande, pode ampliar e produzir imagens múltiplas de um objecto distante, como previsto por Einstein.

Nesta mais recente investigação, os astrónomos usaram o Chandra e o efeito de lentes gravitacionais para estudar seis quasares, cada um consistindo de um buraco negro super-massivo que consome rapidamente matéria de um disco de acreção circundante. O efeito da lente gravitacional de cada um destes quasares, por uma galáxia interveniente, criou várias imagens de cada quasar, como visto nestas imagens do Chandra de quatro dos alvos. Para separar as imagens de cada quasar foi necessária a capacidade do Chandra em obter imagens muito detalhadas.

O principal avanço feito pelos investigadores neste estudo foi que tiraram proveito das “micro-lentes”, onde estrelas individuais na galáxia interveniente forneceram uma ampliação adicional da luz do quasar. Uma ampliação maior significa que uma região mais pequena está a produzir a emissão de raios-X.

Os cientistas, seguidamente, usaram a propriedade de que um buraco negro giratório arrasta o espaço em seu redor e permite que a matéria orbite mais perto do buraco negro do que é possível para um buraco negro não giratório. Portanto, uma região emissora mais pequena, correspondente a uma órbita rígida, geralmente implica um buraco negro com maior rotação. Os autores concluíram, a partir da sua análise de micro-lentes, que os raios-X vêm de uma região tão pequena que os buracos negros devem estar a girar muito depressa.

Os resultados mostraram que um dos buracos negros, no quasar de lente chamado “Cruz de Einstein”, está a girar ao (ou quase) ritmo máximo possível. Isto corresponde ao horizonte de eventos, o ponto de não retorno do buraco negro, girando à velocidade da luz, 300.000 km/s. Quatro outros buracos negros na amostra estão a girar, em média, a cerca de metade dessa velocidade (o sexto não permitiu uma estimativa da rotação).

Para a Cruz de Einstein a emissão de raios-X é de uma parte do disco inferior a 2,5 vezes o tamanho do horizonte de eventos, e para os outros 4 quasares os raios-X vêm de uma região com quatro a cinco vezes o tamanho do horizonte de eventos.

Como é que estes buracos negros podem girar tão depressa? Os investigadores pensam que estes buracos negros super-massivos cresceram, provavelmente, acumulando a maior parte do seu material ao longo de milhares de milhões de anos a partir de um disco de acreção com orientação e direcção de rotação semelhantes, em vez de direcções aleatórias. Como um carrossel que continua a ser empurrado na mesma direcção, os buracos negros continuaram a ganhar velocidade.

Os raios-X detectados pelo Chandra são produzidos quando o disco de acreção em redor do buraco negro cria uma nuvem, ou coroa, com vários milhões de graus, acima do disco perto do buraco negro. Os raios-X desta coroa são reflectidos da orla interna do disco de acreção e as fortes forças gravitacionais perto do buraco negro distorcem o espectro reflectido de raios-X, isto é, a quantidade de raios-X vistos a diferentes energias. As grandes distorções vistas nos espectros de raios-X dos quasares aqui estudados implicam que a orla interna do disco deve estar próxima dos buracos negros, mais evidências de que devem estar a girar depressa.

Os quasares estão localizados a distâncias que variam de 8,8 a 10,9 mil milhões de anos-luz, e os buracos negros têm massas entre 160 e 500 milhões de vezes a do Sol. Estas observações de quasares sob o efeito de lentes gravitacionais foram as mais longas já feitas com o Chandra, com tempos totais de exposição que variam entre 1,7 e 5,4 dias.

O artigo que descreve estes resultados foi publicado na edição de 2 de julho da revista The Astrophysical Journal e está disponível online.

Astronomia On-line
9 de Julho de 2019

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2112: O céu inteiro numa fotografia

NASA captou o céu nocturno em raios-X.

© NASA/NICER SIC Notícias

Estes feixes e arcos de luz que parecem as luzes de uma autoestrada ou de tráfego aéreo são raios-X captados a partir da Estação Espacial Internacional.

Durante dois anos, o Neutron star Interior Composition Explorer – NICER da NASA, um detector de fontes cósmicas, foi recolhendo imagens, conseguindo criar um mapa do céu nocturno.

Cada arco acompanha raios-X bem como ocasionais choques de partículas de energia, capturadas pelo NICER durante a noite.

© NASA/NICER SIC Notícias

msn notícias
SIC Notícias
04/06/2019



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“Chaminés” gigantes libertam raios-X do núcleo da Via Láctea

Impressão de artista de duas “chaminés” que funilam material quente e que emitem raios-X do centro da nossa Galáxia para duas bolhas cósmicas.
As duas chaminés galácticas foram reveladas usando dados recolhidos entre 2016 e 2018 pelo observatório espacial XMM-Newton da ESA, que completou o mais extenso mapa do núcleo da Via Láctea em raios-X.
As bolhas gigantes, emissoras de raios-gama, foram descobertas pelo Telescópio Espacial de Raios-Gama Fermi da NASA. Têm uma forma parecida a uma ampulheta colossal, abrangendo cerca de 50.000 anos-luz de ponta a ponta – comparável ao tamanho do disco estelar da Via Láctea e aproximadamente metade do diâmetro de toda a Galáxia.
Os dois canais quentes descobertos pelo XMM-Newton fluem para fora de Sagitário A*, o buraco negro super-massivo central da nossa Galáxia, e cada um mede centenas de anos-luz, finalmente ligando as redondezas imediatas do buraco negro com as bolhas. Os cientistas pensam que estas “chaminés” actuam como um conjunto de tubos de escape através dos quais a energia e a massa são transportadas do coração da nossa Galáxia até à base das bolhas, reabastecendo-as com material novo.
Crédito: ESA/XMM-Newton/G. Ponti et al. 2019; ESA/Gaia/DPAC (mapa da Via Láctea)

Ao examinar o centro da nossa Galáxia, o XMM-Newton da ESA descobriu duas colossais “chaminés” que canalizam o material da vizinhança do buraco negro super-massivo da Via Láctea em duas enormes bolhas cósmicas.

As bolhas gigantes foram descobertas em 2010 pelo Telescópio Espacial de Raios-Gama Fermi da NASA: uma estende-se acima do plano da Via Láctea e a outra por baixo, desenhando uma forma semelhante a uma ampulheta colossal que se estende por mais ou menos 50.000 anos-luz – cerca de metade do diâmetro de toda a Galáxia. Podem ser considerados “arrotos” gigantes de material das regiões centrais da nossa Via Láctea, onde reside o seu buraco negro central, conhecido como Sagitário A*.

Agora, o XMM-Newton descobriu dois canais de emissão de raios-X quentes saindo de Sagitário A*, finalmente ligando as redondezas imediatas do buraco negro às bolhas.

“Sabemos que as correntes e ventos de material e energia que emanam de uma galáxia são cruciais para esculpir e alterar a forma da Galáxia ao longo do tempo – são actores principais no modo como as galáxias e outras estruturas se formam e evoluem pelo cosmos,” comenta Gabriele Ponti do Instituto Max Planck para Física Extraterrestre em Garching, Alemanha, e do Instituto Nacional de Astrofísica na Itália.

“Felizmente, a nossa Galáxia dá-nos um laboratório próximo para explorar isto em detalhe, e examinar como o material flui para o espaço ao nosso redor. Nós usámos dados recolhidos pelo XMM-Newton entre 2016 e 2018 para formar o mapa de raios-X mais extenso já feito do núcleo da Via Láctea.”

Este mapa revelou canais longos de gás super-aquecido, cada um estendendo-se por centenas de anos-luz, fluindo para cima e para baixo do plano da Via Láctea

Os cientistas pensam que estes agem como um conjunto de tubos de escape através dos quais a energia e a massa são transportadas do coração da nossa Galáxia para a base das bolhas, reabastecendo-as com material novo.

Esta descoberta esclarece como a actividade que ocorre no núcleo da nossa Galáxia, tanto no presente como no passado, está ligada à existência de estruturas maiores em seu redor.

O fluxo pode ser um remanescente do passado da nossa Galáxia, de um período em que a actividade era muito mais prevalecente e poderosa, ou pode provar que mesmo galáxias “quiescentes” – aquelas que abrigam um buraco negro super-massivo relativamente calmo e níveis moderados de formação estelar como a Via Láctea – podem orgulhar-se de ter enormes e energéticos fluxos exteriores de material.

“A Via Láctea é vista como uma espécie de protótipo de uma galáxia espiral padrão,” diz o co-autor Mark Morris da Universidade da Califórnia em Los Angeles, EUA.

“De certo modo, este achado lança luz sobre como todas as galáxias espirais típicas – e o seu conteúdo – podem comportar-se em todo o cosmos.”

Apesar da sua classificação como quiescente na escala cósmica de actividade galáctica, dados anteriores do XMM-Newton revelaram que o núcleo da nossa Galáxia ainda é bastante tumultuoso e caótico. As estrelas moribundas explodem violentamente, atirando o seu material para o espaço; as estrelas binárias giram em redor uma da outra; e Sagitário A*, um buraco negro tão massivo quanto 4 milhões de sóis, está à espreita para devorar material que se aproxima, “arrotando” mais tarde radiação e partículas energéticas.

Gigantes cósmicos como Sagitário A* – e aqueles ainda mais massivos – hospedados por galáxias em todo o cosmos, serão explorados em detalhe por observatórios de raios-X como o ATHENA (Advanced Telescope for High-Energy Astrophysics) da ESA, com lançamento previsto para 2031. Outra missão futura da ESA, LISA (Laser Interferometer Space Antenna), vai procurar ondas gravitacionais libertadas pela fusão de buracos negros supermassivos no núcleo de galáxias distantes em colisão.

Entretanto, os cientistas estão ocupados a investigar estes buracos negros com missões actuais como a do XMM-Newton.

“Ainda há muito por fazer com o XMM-Newton – o telescópio pode rastrear uma região significativamente maior do núcleo da Via Láctea, o que nos ajudará a mapear as bolhas e o gás quente em redor da nossa Galáxia, bem como as suas ligações com outros componentes da Via Láctea, e esperamos descobrir como tudo isto está ligado,” acrescenta Gabriele.

“Claro, também estamos ansiosos pela missão ATHENA e pelo avanço que irá permitir.”

ATHENA combinará espectroscopia de raios-X de alta resolução com excelentes capacidades de imagem em amplas áreas do céu, permitindo com que os cientistas investiguem, como nunca antes, a natureza e o movimento do gás cósmico quente.

“Este excelente resultado do XMM-Newton dá-nos uma visão sem precedentes do que realmente está a acontecer no centro da Via Láctea, e apresenta o mapa de raios-X mais extenso já criado de toda a região central,” diz o cientista do projecto XMM-Newton da ESA Norbert Schartel.

“Isto é especialmente excitante no contexto das nossas próximas missões. O XMM-Newton está a pavimentar o caminho para a futura geração de observatórios de raios-X, abrindo oportunidades abundantes para que essas poderosas espaço-naves façam novas descobertas substanciais sobre o nosso Universo.”

Astronomia On-line
26 de Março de 2019

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1479: Telescópios encontram fonte de raios-x no interior de super-nova misteriosa

AT2018cow explodiu dentro de ou próximo da galáxia CGCG 137-068, localizada a cerca de 200 milhões de anos-luz de distância na direcção da constelação de Hércules. Esta ampliação mostra a posição do fenómeno.
Crédito: Sloan Digitized Sky Survey

Os telescópios espaciais de alta energia da ESA, INTEGRAL e XMM-Newton, ajudaram a encontrar uma poderosa fonte de raios-X no centro de uma explosão estelar, de brilho e evolução sem precedentes, que apareceu subitamente no céu.

O telescópio ATLAS no Hawaii foi o primeiro a avistar o fenómeno, desde então chamado AT2018cow, no dia 16 de junho. Pouco tempo depois, astrónomos de todo o mundo apontaram telescópios terrestres e espaciais para o objecto celeste recém-descoberto, localizado numa galáxia a aproximadamente 200 milhões de anos-luz.

Rapidamente perceberam que era algo completamente novo. Em apenas dois dias, o objecto excedeu o brilho de qualquer super-nova observada anteriormente – uma poderosa explosão de uma estrela massiva e velha que expele a maior parte do seu material para o espaço circundante, varrendo a poeira e os gases interestelares na sua vizinhança.

O novo artigo, aceite para publicação na revista The Astrophysical Journal, descreve as observações dos primeiros 100 dias da existência do objecto, cobrindo todo o espectro electromagnético da explosão, desde o rádio até aos raios-gama.

A análise, que inclui observações do INTEGRAL e XMM-Newton da ESA, bem como dos telescópios espaciais NuSTAR e Swift da NASA, encontrou uma fonte de raios-X altamente energéticos situada no interior da explosão.

O comportamento desta fonte, revelado nos dados, sugere que o fenómeno estranho pode ser ou um buraco negro nascente ou uma estrela de neutrões com um poderoso campo magnético, sugando o material circundante.

“A interpretação mais empolgante é que podemos ter visto pela primeira vez o nascimento de um buraco negro ou de uma estrela de neutrões,” comenta Raffaella Margutti da Universidade Northwestern, EUA, autora principal do artigo.

“Sabemos que os buracos negros e as estrelas de neutrões se formam quando as estrelas colapsam e explodem como super-novas, mas nunca vimos tais objectos no momento exacto da sua formação,” acrescenta Indrek Vurm do Observatório Tartu, na Estónia, que trabalhou na modelagem das observações.

A explosão AT2018cow não foi apenas 10 a 100 vezes mais brilhante do que qualquer outra super-nova já observada anteriormente: também atingiu o pico de luminosidade muito mais depressa do que qualquer outro evento conhecido anteriormente – em apenas alguns dias em comparação com as duas semanas normais.

O INTEGRAL fez as suas primeiras observações do fenómeno cerca de cinco dias depois de ter sido relatado e manteve a monitorização durante 17 dias. Os seus dados mostraram-se cruciais para a compreensão do estranho objecto.

“O INTEGRAL estuda uma gama de comprimentos de onda que não é coberta por qualquer outro satélite,” realça Erik Kuulkers, cientista do projecto INTEGRAL da ESA. “Nós temos uma certa sobreposição com o NuSTAR na parte dos raios-X altamente energéticos, mas também podemos observar a energias mais altas.”

Assim, enquanto os dados do NuSTAR revelaram em grande detalhe o espectro de raios-X, com o INTEGRAL os astrónomos foram capazes de ver o espectro inteiro da fonte, incluindo o seu limite superior em raios-gama suaves.

“Vimos uma espécie de ‘solavanco’ com um corte acentuado no espectro mais energético,” explica Volodymyr Savchenko, astrónomo da Universidade de Genebra, na Suíça, que trabalhou nos dados do INTEGRAL. “Este ‘solavanco’ é um componente adicional da radiação libertada pela explosão, brilhando através de um meio opaco ou opticamente espesso.”

“Esta radiação altamente energética veio provavelmente de uma área de plasma muito quente e denso em torno da fonte,” acrescenta Carlo Ferrigno, também da Universidade de Genebra.

Dado que o INTEGRAL continuou a monitorizar a explosão AT2018cow por um maior período de tempo, os seus dados também puderam mostrar que o sinal de raios-X altamente energéticos estava gradualmente a desvanecer.

Raffaella explica que a estes raios-X altamente energéticos que desapareceram se dá o nome radiação reprocessada – radiação da fonte que interage com material expelido pela explosão. À medida que o material se afasta do centro da explosão, o sinal diminui gradualmente e acaba por desaparecer completamente.

No entanto, neste sinal os astrónomos foram capazes de encontrar padrões típicos de um objecto que atrai matéria dos seus arredores – seja um buraco negro ou uma estrela de neutrões.

“É a característica mais invulgar que observámos em AT2018cow e é definitivamente algo sem precedentes no mundo dos eventos astronómicos transientes e explosivos,” diz Raffaella.

Entretanto, o XMM-Newton observou esta explosão invulgar duas vezes nos primeiros 100 dias da sua existência. Detectou a parte menos energética da sua emissão de raios-X que, segundo os astrónomos, vem directamente do “motor” no núcleo da explosão. Ao contrário dos raios-X altamente energéticos provenientes do plasma circundante, ainda são visíveis os raios-X de baixa energia da fonte.

Os astrónomos planeiam usar o XMM-Newton para realizar uma observação de acompanhamento no futuro, o que permitirá com que compreendam o comportamento da fonte ao longo de um maior período de tempo e em grande detalhe.

“Continuamos a analisar os dados do XMM-Newton para tentar compreender a natureza da fonte,” realça a co-autora Giulia Migliori, da Universidade de Bolonha, na Itália, que trabalhou nos dados de raios-X. “A acreção dos buracos negros deixa marcas características em raios-X, que podemos detectar nos nossos dados.”

“Este evento foi completamente inesperado e mostra que há muito que não entendemos completamente,” diz Norbert Scharterl, cientista do projecto XMM-Newton da ESA. “Um satélite, um único instrumento, nunca seria capaz de entender um objecto tão complexo. Os conhecimentos detalhados que pudemos reunir sobre o funcionamento da misteriosa explosão AT2018cow só foram alcançados graças à ampla cooperação e combinação de muitos telescópios.”

Astronomia On-line
15 de Janeiro de 2019

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103: Auroras erráticas de raios-X descobertas inesperadamente em Júpiter

This image combines an image taken with Hubble Space Telescope in the optical (taken in spring 2014) and observations of its auroras in the ultraviolet, taken in 2016.

Os telescópios espaciais da ESA e da NASA revelaram que, ao contrário das luzes polares da Terra, as auroras intensas vistas nos pólos de Júpiter se comportam, inesperadamente, de forma independente.

As auroras têm sido observadas em muitos lugares, desde planetas, luas e até estrelas, anãs castanhas e uma variedade de outros corpos cósmicos. Estas lindas exibições são causadas por fluxos de partículas atómicas carregadas electricamente – electrões e iões – que colidem com as camadas atmosféricas que cercam um planeta, lua ou estrela. As luzes polares da Terra tendem a espelhar-se mutuamente: quando se iluminam no pólo norte, também se iluminam no pólo sul.

O mesmo se esperava das auroras noutros lugares, mas um novo estudo, publicado hoje na Nature Astronomy, revela que aquelas no gigante de gás Júpiter estão muito menos coordenadas.

O estudo utilizou os observatórios espaciais de raios-X XMM-Newton da ESA e o Chandra da NASA, para observar os raios-X de alta energia produzidos pelas auroras nos pólos de Júpiter. Enquanto as auroras do sul encontraram um pulso consistente a cada 11 minutos, aquelas no pólo norte do planeta acenderam caoticamente.

Estas auroras não parecem actuar em uníssono como aquelas com que estamos familiarizados aqui na Terra”, diz o autor principal, William Dunn, do Laboratório de Ciências Espaciais Mullard da Universidade do Colégio de Londres, Reino Unido, e Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian, EUA.

Pensámos que a actividade seria coordenada através do campo magnético de Júpiter, mas o comportamento que encontrámos é realmente intrigante.

Aurora no norte do Canadá

É estranho ainda considerar que Saturno – outro planeta gigante gasoso – não produz qualquer aurora de raios-X que possamos detectar, então isso levanta algumas questões que actualmente não temos certeza de como responder.

Em primeiro lugar, como é que Júpiter produz as auroras de raios-X brilhantes e energéticas quando o vizinho não o faz e, em segundo lugar, como é que faz isso de forma independente em cada pólo?

Com os dados nas mãos, William e os colegas identificaram e cartografaram pontos quentes de raios-X nos pólos de Júpiter. Cada ponto quente cobre uma área com metade do tamanho da superfície da Terra.

Além de levantar questões sobre como as auroras são produzidas por toda a parte do cosmos, as auroras pulsadoras independentes de Júpiter sugerem que há muito mais a entender sobre como o próprio planeta produz algumas das suas emissões mais enérgicas.

A influência magnética de Júpiter é colossal; a região do espaço sobre a qual o campo magnético joviano domina – a magnetosfera – é cerca de 40 vezes maior do que a da Terra e cheia de plasma de alta energia. Nas bordas externas desta região, partículas carregadas, em última instância, de erupções vulcânicas na lua de Júpiter, Io, interagem com o limite magnético entre a magnetosfera e o espaço interplanetário. Estas interacções criam fenómenos intensos, incluindo auroras.

As partículas carregadas devem atingir a atmosfera de Júpiter a velocidades excepcionalmente rápidas para gerar os pulsos de raios-X que vimos. Ainda não entendemos o que os processos causam, mas estas observações dizem-nos que agem de forma independente nos hemisférios do norte e do sul”, acrescenta Licia Ray, da Universidade de Lancaster, Reino Unido, e uma co-autora.

A assimetria nas luzes do norte e do sul de Júpiter também sugere que, muitos corpos cósmicos que se sabe que experienciam auroras – exoplanetas, estrelas de neutrões, anãs castanhas e outros corpos de rotação rápida – podem produzir uma aurora muito diferente em cada pólo.

Juice em Júpiter

O Juice da ESA chegará ao planeta em 2029, para investigar a atmosfera e a magnetosfera de Júpiter. Irá observar também as auroras e, em particular, o efeito sobre as luas galileanas.

Esta é uma descoberta inovadora, e não poderia ter sido feita sem o XMM-Newton da ESA”, acrescenta Norbert Schartel, cientista do projecto da ESA para o XMM-Newton.

O observatório espacial foi fundamental para este estudo, fornecendo dados detalhados com uma alta resolução espectral, de modo que a equipa pudesse explorar as cores vibrantes das auroras e descobrir detalhes sobre as partículas envolvidas: se se estão a mover rapidamente, sejam elas um ião de oxigénio ou enxofre, e assim por diante.

Observações coordenadas como estas, com telescópios como o XMM-Newton, Chandra e Juno a trabalhar em conjunto, são fundamentais para explorar e compreender ambientes e fenómenos em todo o universo e os processos que os produzem.”

Notícia e imagens: ESA

Texto corrigido para Língua Portuguesa pré-AO90

Em Órbita
Astronáutica e Conquista do Espaço
4 de Novembro de 2017

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