3411: Telescópio Webb vai continuar o legado do Spitzer

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

O Telescópio Espacial Spitzer da NASA, na altura conhecido como SIRTF (Space Infrared Telescope Facility), foi lançado a partir de Cabo Canaveral no dia 25 de Agosto de 2003.
Crédito: NASA

Quando uma janela para o Universo se fecha, outra abre-se com uma vista ainda melhor. Alguns dos mesmos planetas, estrelas e galáxias que vimos através da primeira janela vão aparecer com detalhes ainda mais nítidos na que será aberta em breve.

O Telescópio Espacial Spitzer da NASA concluiu a sua missão no dia 30 de Janeiro de 2020, após mais de 16 extraordinários anos de exploração. O telescópio fez muitas descobertas para lá da imaginação dos seus construtores, como planetas fora do nosso Sistema Solar, chamados exoplanetas, e galáxias que se formaram perto do início do Universo. Muitas das descobertas do Spitzer serão estudadas com mais precisão com o futuro Telescópio Espacial James Webb, com lançamento previsto para 2021.

“Temos muitas perguntas novas a fazer sobre o Universo graças ao Spitzer,” disse Michael Werner, cientista do projecto Spitzer no JPL da NASA em Pasadena, no estado norte-americano da Califórnia. “É muito gratificante saber que está quase a chegar um conjunto tão poderoso de recursos para acompanhar o que conseguimos começar com o Spitzer.”

Tanto o Webb como o Spitzer são especializados na luz infravermelha, que é invisível aos olhos humanos. Mas com o seu espelho gigante de berílio revestido a ouro e a nove novas tecnologias, o Webb é cerca de 1000 vezes mais poderoso. Este próximo telescópio poderá empurrar as descobertas científicas do Spitzer a novas fronteiras, desde a identificação de substâncias químicas nas atmosferas de exoplanetas até à localização de algumas das primeiras galáxias formadas pouco depois do Big Bang.

Além das suas descobertas, o Spitzer também desbravou caminho para o Webb em termos de como operar um telescópio deste tipo. A fim de medir a radiação infravermelha com alta sensibilidade, um telescópio tem que estar muito frio. O Spitzer mostrou aos engenheiros como um observatório infravermelho se comporta na vastidão do espaço e a que temperaturas os planeadores da missão devem esperar lidar com o Webb.

“É difícil ter um telescópio enorme no espaço. Mas ter um telescópio enorme e frio é muito mais complicado,” disse Amber Straughn, vice-cientista do projecto JWST (James Webb Space Telescope) para Comunicações de Ciência. “O Spitzer ajudou-nos a aprender como melhor operar um telescópio muito frio no espaço.”

Com mais de 8700 artigos científicos publicados tendo por base as descobertas do Spitzer, o telescópio tem sido um trunfo tremendo para os astrónomos nas mais variadas disciplinas. Muitos destes resultados tentadores estão prontos para serem revisitados com um telescópio mais poderoso, e o Webb prepara-se para os examinar no início da sua missão. Aqui fica uma lista dos feitos do Spitzer nos quais o Webb vai basear-se.

Exoplanetas

Uma das descobertas mais impressionantes do Spitzer foi que existem não apenas três, mas sete planetas rochosos do tamanho da Terra em órbita de uma estrela pequena e fraca chamada TRAPPIST-1. TRAPPIST-1 é um dos sistemas planetários mais estudados, além do nosso, mas há muito mais a aprender sobre ele.

O quarto planeta da estrela, TRAPPIST-1e, é especialmente interessante porque possui densidade e gravidade superficial muito semelhante à da Terra e recebe radiação estelar suficiente para ter temperaturas amigáveis o suficiente para a água líquida. O Webb vai observar este planeta para entender melhor se possui uma atmosfera e, a haver, qual a sua composição química.

A presença de moléculas como o dióxido de carbono, dominante em Marte e em Vénus, teria implicações para a capacidade de um planeta em ter água líquida e outras condições habitáveis. O Webb também será capaz de detectar água atmosférica. Além disso, o Webb procurará calor proveniente de TRAPPIST-1b, o planeta mais próximo da sua estrela.

“A diversidade de atmosferas em torno de mundos terrestres está provavelmente além das nossas imaginações mais selvagens,” disse Nikole Lewis, professora assistente de astronomia na Universidade Cornell em Ithaca, Nova Iorque, EUA. “Obter qualquer informação sobre o ar nestes planetas será muito útil.”

WASP-18b é outro planeta intrigante que o Spitzer examinou e que o Webb investigará mais em observações no início da missão. Este gigante gasoso, com 10 vezes a massa de Júpiter, está localizado extremamente perto da sua estrela, completando uma órbita a cada 23 horas. Devido à sua alta temperatura (265º Celsius) e grande tamanho, é conhecido como um “Júpiter quente”. Usando dados do Spitzer e do Hubble, os astrónomos descobriram em 2017 que este planeta possui muito monóxido de carbono na sua atmosfera superior e pouco vapor de água. Este planeta é particularmente interessante porque está tão perto da sua estrela que corre o risco de ser completamente destruído e poderá não sobreviver outro milhão de anos. Os astrónomos estão interessados em usar o Webb para observar os processos que ocorrem na atmosfera deste planeta, o que fornecerá informações sobre os Júpiteres quentes em geral.

O Spitzer também forneceu relatórios meteorológicos sem precedentes para exoplanetas. Em 2007, fez o primeiro mapa da superfície de um exoplaneta, o Júpiter quente HD 189733b, mostrando as suas variações de temperatura e topo de nuvens. Mais recentemente, em 2016, o Spitzer destacou os padrões climáticos de 55 Cancri e, um mundo possivelmente coberto de lava com mais do dobro do tamanho da Terra. Mas os mapas do Spitzer deram aos cientistas muito que pensar, enquanto procuram novas investigações com o Webb.

Outros objectos exóticos

O Spitzer também fez progressos na identificação e caracterização de anãs castanhas. Uma anã castanha é maior que um planeta, mas menos massiva que uma estrela e, embora as estrelas produzam a sua própria energia através da fusão do hidrogénio, as anãs castanhas não. O Spitzer foi capaz de olhar para as nuvens nas atmosferas das anãs castanhas e observar como se movem e mudam de forma com o tempo. O Webb vai examinar as propriedades das nuvens das anãs castanhas e aprofundar a ffísica destes objectos misteriosos.

A luz infravermelha também foi revolucionária na observação de discos de gás e poeira em órbita de estrelas, e tanto o Spitzer como o Webb são sensíveis ao brilho infravermelho deste material. Os discos estudados pelo Spitzer contêm as matérias-primas para a formação planetária e podem representar o estado do nosso Sistema Solar antes do nascimento da Terra e dos seus vizinhos. O Spitzer viu partículas ao redor de estrelas jovens a transformarem-se nas sementes de pequenos corpos planetários, e que alguns discos têm materiais parecidos aos vistos em cometas no nosso Sistema Solar. O Webb pode observar os mesmos discos e descobrir ainda mais sobre o processo de formação planetária.

Muitas galáxias

À medida que a luz viaja de objectos distantes até à Terra, o seu comprimento de onda torna-se mais longo porque o Universo está a expandir-se e esses objectos estão a afastar-se de nós. Assim como o som de uma sirene parece diminuir de tom quando uma ambulância se afasta, a luz de galáxias distantes também diminui de frequência, um fenómeno chamado “desvio para o vermelho”. Isto significa que as estrelas que emitem luz visível no Universo primitivo aparecerão no infravermelho quando a sua luz chegar à Terra. Isto faz da luz infravermelha uma ferramenta especialmente poderosa para explorar o passado do Universo.

Actualmente, é impossível localizar centenas de milhares de milhões de galáxias, mas o Spitzer fez grandes catálogos de galáxias que representam diferentes “fatias” do Universo, contendo algumas das galáxias mais distantes que conhecemos. As grandes áreas de levantamento do Spitzer e do Telescópio Espacial Hubble permitiram aos astrónomos procurar mais eficazmente objetos que podem ser estudados em mais detalhe com o Webb.

Por exemplo, o Spitzer, juntamente com o Hubble, obteve uma imagem de uma galáxia chamada GN-z11, que detém o recorde de galáxia mais distante medida até agora. É uma relíquia de quando o Universo tinha apenas 400 milhões de anos, apenas 3% da sua idade actual e menos de 10% do seu tamanho de hoje.

“O Spitzer investigou milhares de galáxias, mapeou a Via Láctea e realizou outros feitos inovadores, observando grandes áreas do céu,” disse Sean Carey, gerente do Centro Espacial Spitzer no Caltech/IPAC em Pasadena, Califórnia, EUA. “O Webb não terá essa capacidade, mas vai revisitar alguns dos alvos mais interessantes das pesquisas do Spitzer para revelá-los com uma clareza incrível.”

Além disso, a maior sensibilidade do Webb permitirá que o telescópio procure galáxias ainda mais antigas. E ainda existem questões sobre estas galáxias distantes: será que têm muitas estrelas, ou relativamente poucas? Será que são ricas em gás, ou pobres? Será que existem buracos negros no seu centro, e como é que esses buracos negros interagem com as estrelas? E os cientistas ponderam há décadas sobre um problema parecido ao “da galinha e do ovo”: o que veio primeiro, o buraco negro ou a galáxia circundante?

“Poderemos ver algumas das primeiras galáxias do Universo,” disse Straughn.

Mais perto de casa, o Spitzer também estudou muitos exemplos de um tipo misterioso de galáxia chamado galáxia infravermelha luminosa, ou LIRG (sigla inglesa para “luminous infrared galaxy”). Estas galáxias produzem dezenas a centenas de vezes mais energia por segundo do que uma típica galáxia, e a maior parte dessa energia assume a forma de luz infravermelha distante. Os cientistas usaram o Spitzer para estudar LIRGs e para aprender sobre a formação estelar e sobre o crescimento de buracos negros durante períodos de rápida evolução, quando galáxias colidem e se fundem. Tais colisões foram ainda mais comuns há 6-10 mil milhões de anos atrás e influenciaram a evolução do Universo como o conhecemos.

“O Webb vai retirar inspiração do Spitzer e examinar uma variedade de LIRGs próximas e distantes para aprender mais sobre o papel das fusões galácticas, dos surtos de formação estelar e do crescimento dos buracos negros super-massivos na evolução galáctica ao longo do tempo cósmico,” disse Lee Armus do Caltech, que irá liderar um programa de observação LIRG para o Webb.

Para o infravermelho desconhecido

Durante mais de 16 anos, o Spitzer mapeou muitas das questões mais prementes da astronomia infravermelha. Agora cabe ao Webb revisitá-las com uma visão mais nítida, através da maior janela para o cosmos.

Astronomia On-line
31 de Janeiro de 2020

spacenews

 

3402: O legado do Telescópio Espacial Spitzer

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Nesta impressão de artista do Telescópio Espacial Spitzer da NASA no espaço, o fundo é visto no infravermelho.
Crédito: NASA/JPL-Caltech

A NASA está a celebrar o legado de um dos seus grandes observatórios, o Telescópio Espacial Spitzer, que estuda há mais de 16 anos o Universo no infravermelho. A missão terminará no dia 30 de Janeiro.

Lançado em 2003, o Spitzer revelou características anteriormente ocultas de objectos cósmicos conhecidos e levou a descobertas e informações que vão desde o nosso próprio Sistema Solar até quase aos confins do Universo.

“O Spitzer ensinou-nos o quão importante a radiação infravermelha é para entender o nosso Universo, tanto na nossa própria vizinhança cósmica quanto nas galáxias mais distantes,” disse Paul Hertz, director de astrofísica na sede da NASA. “Os avanços que fizermos nas muitas áreas da astrofísica, no futuro, serão por causa do extraordinário legado do Spitzer.”

O Spitzer foi construído para estudar “o frio, o velho e o empoeirado,” três coisas que os astrónomos observam particularmente bem no infravermelho. A radiação infravermelha refere-se a uma gama de comprimentos de onda no espectro infravermelho, desde os 700 nanómetros (demasiado pequeno para ser visto a olho nu) até cerca de 1 milímetro (aproximadamente o tamanho da cabeça de um alfinete). Diferentes comprimentos de onda infravermelhos podem revelar características diferentes do Universo. Por exemplo, o Spitzer pode ver coisas demasiado frias para emitirem muita luz visível, incluindo exoplanetas (planetas para lá do nosso Sistema Solar), anãs castanhas e matéria fria encontrada no espaço entre as estrelas.

Quanto ao “antigo”, o Spitzer estudou algumas das galáxias mais distantes já detectadas. A luz de algumas delas viajou durante milhares de milhões de anos para chegar até nós, permitindo que os cientistas vissem esses objectos como eram há muito, muito tempo. De facto, trabalhando juntos, o Spitzer e o Telescópio Espacial Hubble (que observa principalmente no visível e em comprimentos de onda infravermelhos mais pequenos do que os detectados pelo Spitzer) identificaram e estudaram a galáxia mais distante observada até hoje. A luz que vemos daquela galáxia foi emitida há 13,4 mil milhões de anos, quando o Universo tinha menos de 5% da sua idade actual.

Entre outras coisas, os dois observatórios descobriram que estas galáxias iniciais são mais pesadas do que os cientistas esperavam. E, ao estudar galáxias mais próximas de nós, o Spitzer aprofundou a nossa compreensão de como a formação galáctica evoluiu ao longo da vida do Universo.

O Spitzer também está atento à poeira interestelar, prevalecente na maioria das galáxias. Misturada com gás em nuvens massivas, pode condensar-se para formar estrelas, e os restos podem dar à luz planetas. Com uma técnica chamada espectroscopia, o Spitzer pode analisar a composição química da poeira para aprender mais sobre os ingredientes que formam planetas e estrelas.

Em 2005, após a missão Deep Impact da NASA ter intencionalmente atingido o Cometa Tempel 1, o telescópio analisou a poeira levantada, fornecendo uma lista de materiais que estariam presentes no início do Sistema Solar. Além disso, o Spitzer encontrou um anel anteriormente não detectado em torno de Saturno, composto por partículas esparsas de poeira que os observatórios não conseguem ver no visível.

Além disso, alguns comprimentos de onda infravermelhos podem penetrar a poeira quando a luz visível não consegue, permitindo que o Spitzer revele regiões que, de outra forma, permaneceriam obscurecidas.

“É incrível quando ‘colocamos na mesa’ tudo o que o Spitzer já fez ao longo da sua vida, desde a detecção de asteróides no nosso Sistema Solar, não maiores do que uma limusina, até aprender mais sobre algumas das galáxias mais distantes que conhecemos,” disse Michael Werner, cientista do projecto Spitzer.

Para aprofundar as suas ideias científicas, os cientistas do Spitzer combinaram frequentemente os seus achados com os de muitos outros observatórios, incluindo dois dos outros Grandes Observatórios da NASA, o Hubble e o Observatório de raios-X Chandra.

Outros mundos

Algumas das maiores descobertas científicas do Spitzer, incluindo aquelas relativas a exoplanetas, não faziam parte dos objectivos científicos originais da missão. A equipa usou uma técnica chamada método de trânsito, que procura uma queda no brilho da estrela que resulta quando um planeta passa à sua frente, para confirmar a presença de dois planetas do tamanho da Terra no sistema TRAPPIST-1. Depois, o Spitzer descobriu outros cinco planetas do tamanho da Terra no mesmo sistema – e forneceu informações cruciais sobre as suas densidades – totalizando o maior lote de exoplanetas terrestres já descoberto em torno uma única estrela.

Um dos primeiros observatórios a distinguir a luz vinda directamente de um exoplaneta, o Spitzer aproveitou a mesma capacidade para outro “primeiro”: a detecção de moléculas na atmosfera de um exoplaneta (estudos anteriores revelaram elementos químicos individuais em atmosferas exoplanetárias). E também forneceu as primeiras medições de variações de temperatura e de vento numa atmosfera exoplanetária.

“Quando o Spitzer estava a ser projectado, os cientistas ainda não tinham encontrado um único exoplaneta em trânsito e, quando o Spitzer foi lançado, só conhecíamos um punhado deles,” disse Sean Carey, gestor do Centro Científico Spitzer do IPAC no Caltech, Pasadena, no estado norte-americano da Califórnia. “O facto do Spitzer se ter tornado numa ferramenta exoplanetária tão poderosa, quando isso nem era algo para o qual os planeadores originais pudessem ter-se preparado, é realmente profundo. E obtivemos alguns resultados absolutamente impressionantes.”

Mantendo-se frio

Um dos principais pontos fortes do Spitzer é a sua sensibilidade – isto é, a capacidade de detectar fontes muito fracas de luz infravermelha. A Terra é uma das principais fontes de radiação infravermelha, e tentar ver fontes infravermelhas fracas a partir do solo é como tentar observar estrelas quando o Sol está acima do horizonte. Essa é uma das principais razões pelas quais os construtores do Spitzer o tornaram o primeiro observatório astrofísico numa órbita que segue a órbita da Terra: longe do calor do nosso planeta, os detectores do Spitzer não teriam que lidar com a sua radiação infravermelha.

Diferentes comprimentos de onda infravermelhos podem revelar diferentes características do Universo. Alguns telescópios terrestres podem observar em certos comprimentos de onda infravermelhos e fornecer informações científicas valiosas, mas o Spitzer pode alcançar uma maior sensibilidade do que telescópios terrestres muito maiores e ver fontes muito mais fracas, como galáxias extremamente distantes. Além disso, foi projectado para detectar alguns comprimentos de onda infravermelhos que a atmosfera da Terra bloqueia completamente, observando nesses comprimentos de onda que estão fora do alcance dos observatórios terrestres.

As naves espaciais também podem gerar calor infravermelho, de modo que o Spitzer foi construído para permanecer frio, operando a temperaturas tão baixas quanto -267º Celsius. Em 2009, o Spitzer esgotou a sua reserva de hélio refrigerante, assinalando o fim da sua “missão fria”. Mas a grande distância do Spitzer, à Terra, ajudou-o a não aquecer demasiado – ainda opera a -244º Celsius – e os membros da equipa da missão descobriram que podiam continuar a observar em dois comprimentos de onda infravermelhos. A “missão quente” do Spitzer já dura há mais de uma década, quase o dobro da sua “missão fria”.

Os planeadores da missão original não esperavam que o Spitzer operasse por mais de 16 anos. Esta vida útil prolongada levou a alguns dos resultados científicos mais profundos do Spitzer, mas também colocou desafios à medida que o observatório se afasta cada vez mais da Terra.

“Não estava nos planos ter o Spitzer a operar tão longe da Terra, de modo que a equipa teve que adaptar-se, ano após ano, a manter a nave em operação,” disse Joseph Hunt, gestor do projecto do Spitzer. “Mas eu acho que superar esse desafio deu às pessoas uma grande sensação de orgulho. Esta missão afectou-nos positivamente.”

No dia 30 de Janeiro de 2020, os engenheiros vão desactivar o Spitzer e cessar as operações científicas. Durante o processo de revisão da NASA, em 2016, a agência espacial tomou a decisão de encerrar a missão do Spitzer. O encerramento estava inicialmente planeado para 2018, em antecipação do lançamento do Telescópio Espacial James Webb, que também realizará observações astronómicas no infravermelho. Quando o lançamento do Webb foi adiado, a missão do Spitzer recebeu a sua quinta e última extensão. Estas extensões deram ao Spitzer mais tempo para continuar a produzir ciência transformadora, incluindo tarefas de “desbravamento de caminho” para o Webb.

Astronomia On-line
28 de Janeiro de 2020

spacenews

 

3347: SOFIA revela novo panorama do centro da Via Láctea

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Composição infravermelha do centro da nossa Galáxia, a Via Láctea. Esta imagem abrange mais de 600 anos-luz e está a ajudar os cientistas a aprender como muitas estrelas massivas se formam no centro da nossa Galáxia. Novos dados do SOFIA, obtidos a 25 e 37 micrómetros, vistos em azul e verde, foram combinados com dados do Observatório Espacial Herschel vistos a vermelho (70 micrómetros) e com dados do Telescópio Espacial Spitzer a branco (8 micrómetros). A imagem do SOFIA revela características poeirentas em detalhes sem precedentes.
Crédito: NASA/SOFIA/Caltech/ESA/Herschel

A NASA capturou uma imagem infravermelha extremamente nítida do centro da nossa Galáxia, a Via Láctea. Abrangendo uma distância de mais de 600 anos-luz, este panorama revela detalhes no interior de densos redemoinhos de gás e poeira em alta resolução, abrindo a porta para futuras investigações sobre como as estrelas massivas estão a ser formadas e sobre o que está a alimentar o buraco negro super-massivo no Núcleo Galáctico.

Entre as características em foco estão as curvas salientes do Enxame do Arco, que contém a concentração mais densa de estrelas na nossa Galáxia, bem como o Enxame do Quintupleto, com estrelas um milhão de vezes mais brilhantes do que o Sol. O buraco negro da nossa Galáxia toma forma com um vislumbre do anel de gás de aparência ardente em seu redor.

Esta nova visão foi possível graças ao maior telescópio aéreo do mundo, o SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy). Voando alto na atmosfera, este Boeing 747 modificado apontou a sua câmara infravermelha FORCAST (Faint Object Infrared Camera for the SOFIA Telescope) para observar material galáctico quente emitindo em comprimentos de onda que outros telescópios não podem detectar. A imagem combina a nova perspectiva de regiões quentes do SOFIA com dados anteriores que expõem materiais muito quentes e frios do Telescópio Espacial Spitzer da NASA e do Observatório Espacial Herschel da ESA.

Um artigo científico que destaca os resultados iniciais foi submetido para publicação na revista The Astrophysical Journal. A imagem foi apresentada pela primeira vez esta semana na reunião da Sociedade Astronómica Americana em Honolulu, Hawaii.

“É incrível ver o nosso Centro Galáctico em detalhe como nunca vimos antes,” disse James Radomski, cientista da USRA (Universities Space Research Association) no Centro de Ciências do SOFIA pertencente ao Centro de Pesquisa Ames da NASA em Silicon Valley, no estado norte-americano da Califórnia. “Estudar esta área tem sido como tentar montar um quebra-cabeças com peças em falta. Os dados do SOFIA preenchem algumas das lacunas, colocando-nos significativamente mais perto de ter uma imagem completa.”

Nascimento Estelar

As regiões centrais da Via Láctea possuem significativamente mais do denso gás e da densa poeira que são os elementos básicos de novas estrelas em comparação com outras partes da Galáxia. No entanto, há 10 vezes menos estrelas massivas aqui nascidas do que o esperado. Tem sido difícil entender o porquê desta discrepância devido à poeira que se interpõe entre a Terra e o Núcleo Galáctico – mas ao observarmos no infravermelho conseguimos estudar melhor esta situação.

Os novos dados infravermelhos iluminam estruturas indicativas de nascimento estelar perto do Enxame do Quintupleto e material ameno perto do Enxame do Arco que podem ser as sementes de novas estrelas. A observação destas características em alta resolução pode ajudar os cientistas a explicar como algumas das estrelas mais massivas de toda a nossa Galáxia conseguiram se formar tão perto uma das outras, numa região relativamente pequena, apesar da baixa taxa de natalidade nas áreas circundantes.

“Compreender como o nascimento estelar massivo ocorre no centro da nossa Galáxia dá-nos informações que podem ajudar a aprender mais sobre outras galáxias mais distantes,” disse Matthew Hankins, investigador pós-doutorado do Instituto de Tecnologia da Califórnia em Pasadena, EUA, e investigador principal do projecto. “A utilização de vários telescópios dá-nos pistas que precisamos para entender estes processos, e ainda há mais por descobrir.”

Anel em Redor do Buraco Negro

Os cientistas também conseguem ver mais claramente o material que pode estar a alimentar o anel em torno do buraco negro super-massivo da nossa Galáxia. O anel tem cerca de 10 anos-luz de diâmetro e desempenha um papel fundamental para aproximar a matéria do buraco negro, onde pode ser devorada. A origem deste anel há muito que é um enigma para os cientistas, pois pode esgotar-se ao longo do tempo, mas os dados do SOFIA revelam várias estruturas que podem representar material sendo nele incorporado.

Os dados foram recolhidos em Julho de 2019 durante o destacamento anual do SOFIA em Christchurch, Nova Zelândia, onde os cientistas estudam os céus do hemisfério sul. O conjunto de dados, completo e calibrado, está actualmente disponível aos astrónomos de todo o mundo para pesquisas adicionais através do Programa do Legado SOFIA.

O Telescópio Espacial Spitzer será desactivado no dia 30 de Janeiro, depois de operar durante mais de 16 anos. O SOFIA continua a explorar o Universo estudando comprimentos de onda no infravermelho médio e distante com alta resolução, inacessíveis a outros telescópios, e a ajudar os cientistas a compreender a formação estelar e planetária, o papel que os campos magnéticos desempenham na formação do nosso Universo e a evolução química das galáxias. Alguns dos pontos muitos fracos e regiões escuras reveladas na imagem do SOFIA podem ajudar a planear alvos para os telescópios do futuro, como o Telescópio Espacial James Webb.

Astronomia On-line
10 de Janeiro de 2020

spacenews

 

Spitzer estuda “parque” estelar com uma longa história

CIÊNCIA/ESPAÇO

Uma colecção de gás e poeira com mais de 500 anos-luz de diâmetro, a Nuvem Molecular de Perseu contém uma abundância de estrelas jovens. Foi capturada aqui pelo Telescópio Espacial Spitzer da NASA.
Crédito: NASA/JPL-Caltech

Esta imagem do Telescópio Espacial Spitzer da NASA mostra a Nuvem Molecular de Perseu, uma enorme colecção de gás e poeira que se estende por mais de 500 anos-luz em diâmetro. Lar de uma abundância de jovens estrelas, há décadas que atrai a atenção dos astrónomos.

O instrumento MIPS (Multiband Imaging Photometer) do Spitzer obteve esta imagem durante a “missão fria” do telescópio, que decorreu desde o seu lançamento em 2003 até 2009, quando o telescópio espacial esgotou o seu reservatório refrigerante de hélio líquido (isto marcou o início da “missão quente” do Spitzer). A luz infravermelha não pode ser vista pelo olho humano, mas os objectos quentes, desde corpos humanos a nuvens de poeira interestelar, emitem radiação infravermelha.

A radiação infravermelha da poeira quente gera grande parte do brilho visto aqui da Nuvem Molecular de Perseu. Os enxames estelares, como aquele perto do lado esquerdo da imagem, geram ainda mais luz infravermelha e iluminam as nuvens em redor, como o Sol iluminando um céu nublado ao pôr-do-Sol. Grande parte da poeira vista aqui emite pouca ou nenhuma luz visível (na verdade, a poeira bloqueia a luz visível) e, portanto, é revelada mais claramente em observatórios infravermelhos como o Spitzer.

No lado direito da imagem, há um grupo brilhante de jovens estrelas conhecido como NGC 1333, que o Spitzer observou várias vezes. Está localizado a cerca de 1000 anos-luz da Terra. Parece distante, mas está próximo em comparação com o tamanho da nossa Galáxia, que tem cerca de 100.000 anos-luz em diâmetro. A proximidade de NGC 1333 e as fortes emissões no infravermelho tornaram-no visível para os astrónomos, usando alguns dos primeiros instrumentos infravermelhos.

De facto, algumas das suas estrelas foram observadas na década de 1980 com o IRAS (Infrared Astronomical Survey), uma missão conjunta entre a NASA, o Reino Unido e os Países Baixos. O primeiro telescópio espacial do seu género observou o céu nestes comprimentos de onda bloqueados pela atmosfera da Terra, fornecendo a primeira visão infravermelha do Universo.

Só sobre NGC 1333 foram escritos mais de 1200 artigos científicos, e tem sido estudado noutros comprimentos de onda, incluindo pelo Telescópio Espacial Hubble, que detecta principalmente a luz visível, e pelo Observatório de raios-X Chandra.

Muitas estrelas jovens no enxame estão a libertar quantidades enormes de material – o mesmo material que forma a estrela – para o espaço. À medida que o material é expelido, é aquecido e colide com o meio interestelar circundante. Estes factores fazem com que os jactos irradiem intensamente e podem ser vistos em estudos detalhados da região. Isto proporcionou aos astrónomos uma visão clara de como as estrelas passam de uma adolescência às vezes turbulenta para uma idade adulta mais calma.

Um mistério em evolução

Outros aglomerados de estrelas vistos abaixo de NGC 1333 nesta imagem representam um mistério fascinante para os astrónomos: parecem conter estrelas bebés, adolescentes e adultas. De acordo com Luisa Rebull, astrofísica do IRSA (Infrared Science Archive) da NASA no Caltech-IPAC, que estudou NGC 133 e alguns dos enxames na região, uma mistura tão compacta de idades é extremamente invulgar. Embora muitas irmãs estelares se possam formar em grupos íntimos, as estrelas estão sempre a mover-se e, à medida que envelhecem, tendem a afastar-se cada vez mais.

Encontrar uma mistura tão compacta de idades aparentes não encaixa bem nas ideias actuais sobre como as estrelas evoluem. “Esta região está a dizer aos astrónomos que há algo que não entendemos sobre a formação estelar,” disse Rebull. O puzzle apresentado por esta zona é algo que mantém os astrónomos interessados. “É uma das minhas regiões favoritas de estudar,” acrescentou.

Desde as primeiras observações do IRAS que a área passou a ter um foco mais nítido, um processo comum na astronomia, disse Rebull. Novos instrumentos fornecem mais sensibilidade e novas técnicas, e a história torna-se mais clara a cada nova geração de observatórios. No dia 30 de Janeiro de 2020, a NASA vai desactivar o Telescópio Espacial Spitzer, mas o seu legado abriu caminho para os próximos observatórios, incluindo o Telescópio Espacial James Webb, que também observará no infravermelho.

Os dados do Spitzer-MIPS usados nesta imagem estão no comprimento de onda dos 24 micrómetros. Pequenas lacunas ao longo dos lados desta imagem, áreas não observadas pelo Spitzer, foram preenchidas com dados de 22 micrómetros do WISE (Wide-Field Infrared Survey Explorer) da NASA.

Astronomia On-line
31 de Dezembro de 2019

 

spacenews

 

2639: Podem chover pedras no “lado nocturno” dos exoplanetas de Júpiter

CIÊNCIA

(dr) McGill University
Nuvens de rocha condensadas

De acordo com um “relatório meteorológico astronómico”, os lados escuros dos exoplanetas de Júpiter podem ter um clima bastante rochoso. As nuvens espessas de minerais vaporizados podem estar a chover pedras.

Uma equipa de astrónomos da Universidade McGill usou os telescópios espaciais Spitzer e Hubble para estudar o clima em 12 “Júpiteres quentes” – exoplanetas gigantes de gás que orbitam muito perto das suas estrelas hospedeiras.

Estes planetas estão trancados. Isto significa que um lado fica sempre de frente para a estrela, enquanto que o lado oposto está envolto numa escuridão eterna. Como seria de esperar, o lado diurno destes planetas é extremamente quente. O lado nocturno, apesar de ser um pouco mais frio, ainda consegue ser suficientemente quente para derreter chumbo.

Segundo o New Atlas, o que surpreendeu esta equipa de investigadores foi a consistência das temperaturas nocturnas nos 12 exoplanetas analisados. A equipa descobriu que as temperaturas nestes planetas se situavam em torno dos 800 graus Celsius.

“Os modelos de circulação atmosférica previam que as temperaturas do lado nocturno deveriam variar muito mais do que variam na realidade”, disse Dylan Keating, autor principal do artigo científico, recentemente publicado na Nature Astronomy.

“Esta descoberta é verdadeiramente surpreendente, uma vez que todos os planetas que estudamos recebem quantidades diferentes de radiação das suas estrelas hospedeiras, e as temperaturas diurnas variam, entre elas, quase 1.700 graus Celsius.”

O mistério que faz com que estas temperaturas sejam tão consistentes ainda não foi resolvido, mas a equipa de cientistas sugere uma explicação: a cobertura das nuvens pode ser a culpada, ao formar uma espécie de cobertor grosso que impede o calor de irradiar para o Espaço.

De acordo com a equipa, as nuvens são feitas de rocha, vaporizadas pelas intensas temperaturas do lado diurno antes de o vento as soprar para o lado mais negro. Aí, as temperaturas mais baixas fazem-nas condensar e causam, possivelmente, as tais chuvas rochosas.

“A uniformidade das temperaturas nocturnas sugere que as nuvens são, provavelmente, muito semelhantes em termos de composição”, explica Keating. “Os nosso dados sugerem que estas nuvens são compostas por minerais como sulfeto de manganês, silicatos ou rochas.”

No futuro, as observações destes “Júpiteres quentes” em diferentes comprimentos de onda ajudarão os astrónomos a determinar de que são feitas estas nuvens.

ZAP //

Por ZAP
15 Setembro, 2019

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2502: Exoplaneta rochoso e do tamanho da Terra não tem atmosfera

Esta impressão de artista mostra o exoplaneta LHS 3844b, com 1,3 vezes a massa da Terra e em órbita de uma estrela anã M. De acordo com observações pelo Telescópio Espacial Spitzer da NASA, a superfície do planeta pode estar coberta sobretudo por rocha vulcânica escura, sem nenhuma atmosfera aparente.
Crédito: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (IPAC)

Um novo estudo usando dados do Telescópio Espacial Spitzer da NASA fornece um raro vislumbre das condições à superfície de um planeta rochoso que orbita uma outra estrela que não o Sol. O estudo, publicado esta semana na revista Nature, mostra que a superfície do planeta poderá ser semelhante à da Lua ou à de Mercúrio: o planeta provavelmente tem pouca ou nenhuma atmosfera e pode estar coberto pelo mesmo material vulcânico refrigerado encontrado nas áreas escuras da superfície da Lua, chamadas mares.

Descoberto em 2018 pela missão TESS (Transiting Exoplanet Satellite Survey) da NASA, o planeta LHS 3844b está localizado a 48,6 anos-luz da Terra e tem 1,3 vezes o raio da Terra. Orbita uma estrela pequena e fria, chamada anã M – especialmente interessante porque, dado que é o tipo estelar mais comum e duradouro da Via Láctea, as anãs M podem albergar uma alta percentagem do número total de planetas da nossa Galáxia.

O TESS encontrou o planeta através do método de trânsito, que envolve a detecção de quando a luz observada de uma estrela-mãe escurece por causa de um planeta que orbita entre a estrela e a Terra. A detecção da luz vinda directamente da superfície do planeta – outro método – é difícil porque a estrela é muito mais brilhante e abafa a luz do planeta.

Mas durante observações de acompanhamento, o Spitzer foi capaz de detectar a luz da superfície de LHS 3844b. O planeta completa uma órbita em torno da sua estrela hospedeira em apenas 11 horas. Com uma órbita tão íntima, LHS 3844b tem muito provavelmente “bloqueio de marés”, ou seja, um lado do planeta está permanentemente virado para a estrela. O lado diurno tem uma temperatura de aproximadamente 170º C. Sendo extremamente quente, o planeta irradia muita luz infravermelha e o Spitzer é um telescópio infravermelho. A estrela-mãe do planeta é relativamente fria (embora ainda seja muito mais quente do que o planeta), o que faz com que a observação directa do lado diurno de LHS 3844b seja possível.

Esta observação assinala a primeira vez que os dados do Spitzer foram capazes de fornecer informações sobre a atmosfera de um mundo terrestre em torno de uma anã M.

A busca pela vida

Ao medir as diferenças de temperatura entre o lado quente e o lado frio do planeta, a equipa descobriu que existe uma quantidade insignificante de calor sendo transferido entre os dois. Se existisse uma atmosfera, o ar quente do lado diurno expandir-se-ia naturalmente, produzindo ventos que transferiam calor em redor do planeta. Num mundo rochoso com pouca ou nenhuma atmosfera, como a Lua, não existe ar para transferir calor.

“O contraste de temperatura neste planeta é quase tão grande quanto possível,” disse Laura Kreidberg, investigadora do Centro Harvard-Smithsonian para Astrofísica em Cambridge, no estado norte-americano de Massachusetts, autora principal do novo estudo. “Isto combina maravilhosamente com o nosso modelo de um planeta rochoso sem atmosfera.”

A compreensão dos factores que podem preservar ou destruir atmosferas planetárias é parte de como os cientistas planeiam procurar ambientes habitáveis para lá do nosso Sistema Solar. A atmosfera da Terra é a razão pela qual a água líquida pode existir à superfície, permitindo que a vida prospere. Por outro lado, a pressão atmosférica de Marte é agora inferior a 1% da da Terra e os oceanos e rios que outrora polvilharam a superfície do Planeta Vermelho desapareceram.

“Nós temos muitas teorias sobre o comportamento das atmosferas planetárias em torno de anãs M, mas não temos conseguido estudá-las empiricamente,” disse Kreidberg. “Agora, com LHS 3844b, temos um planeta terrestre fora do nosso Sistema Solar onde, pela primeira vez, podemos determinar observacionalmente que uma atmosfera não está presente.”

Em comparação com estrelas parecidas com o Sol, as anãs M emitem altos níveis de radiação ultravioleta (embora menos luz no geral), o que é prejudicial à vida e pode erodir a atmosfera de um planeta. São particularmente violentas na sua juventude, expelindo um grande número de proeminências, ou surtos de radiação e partículas que podem arrancar as atmosferas planetárias em desenvolvimento.

As observações do Spitzer descartam uma atmosfera com mais de 10 vezes a pressão da da Terra (medida em bares, a pressão atmosférica da Terra, ao nível do mar, ronda 1 bar). Uma atmosfera entre 1 e 10 bares, em LHS 3844b, foi também quase totalmente descartada, embora os autores notem que poderá haver uma pequena chance de existir caso algumas propriedades estelares e planetárias satisfaçam determinados critérios muito específicos e improváveis. Eles também argumentam que, com o planeta tão perto da estrela, uma atmosfera fina seria arrancada pela intensa radiação e pelo fluxo da estrela (frequentemente chamado “vento estelar”).

“Ainda estou esperançosa que outros planetas em torno de anãs M consigam segurar as suas atmosferas,” disse Kreidberg. “Os planetas terrestres no nosso Sistema Solar são extremamente diversos e espero que o mesmo seja verdadeiro para os sistemas exoplanetários.”

Uma rocha despida

O Spitzer e o Telescópio Espacial Hubble já reuniram informações sobre as atmosferas de vários planetas gasosos, mas LHS 3844b parece ser o mais pequeno para o qual os cientistas usaram a luz vinda da sua superfície para aprender mais sobre a sua atmosfera (ou falta dela). O Spitzer usou anteriormente o método de trânsito para estudar os sete mundos rochosos em torno da estrela TRAPPIST-1 (também uma anã M) e para aprender mais sobre a sua possível composição geral; por exemplo, alguns provavelmente contêm água gelada.

Os autores do novo estudo deram um passo em frente, usando o albedo da superfície de LHS 3844b (a sua reflectividade) para tentar inferir a sua composição.

O estudo publicado na Nature mostra que LHS 3844b é “bastante escuro”, de acordo com o co-autor Renyu Hu, cientista do JPL da NASA em Pasadena, no estado norte-americano da Califórnia, que administra o Telescópio Espacial Spitzer. Ele e os seus co-autores pensam que o planeta está coberto por basalto, um tipo de rocha vulcânica. “Sabemos que os mares da Lua são formados por vulcanismo antigo,” explicou Hu, “e postulamos que isso pode ter sido o que aconteceu neste planeta.”

Astronomia On-line
23 de Agosto de 2019

 

2279: Hubble e Spitzer revelam atmosfera de planeta de tamanho médio

Esta impressão de artista mostra a estrutura interna teórica do exoplaneta GJ 3470 b. É totalmente diferente de qualquer planeta do Sistema Solar. Com 12,6 massas terrestres, o planeta é mais massivo do que a Terra mas menos massivo do que Neptuno. E, ao contrário de Neptuno, que está a 4,5 mil milhões de quilómetros do Sol, GJ 3470 b pode ter sido formado muito perto da sua estrela anã vermelha, como um objecto seco e rochoso. Atraíu, depois, gravitacionalmente, hidrogénio e hélio de um disco protoplanetário para formar uma espessa atmosfera. O disco dissipou-se há milhares de milhões de anos e o planeta parou de crescer. A ilustração de baixo mostra o aspecto do disco. Através das observações com os telescópios espaciais Hubble e Spitzer da NASA, os cientistas conseguiram analisar quimicamente a composição da atmosfera muito limpa e profunda de GJ 3470 b, fornecendo pistas sobre as origens do planeta. Existem, na Via Láctea, muitos planetas com esta massa.
Crédito: NASA, ESA e L. Hustak (STScI)

Dois telescópios espaciais da NASA uniram forças para identificar, pela primeira vez, a “impressão digital” química detalhada de um planeta com tamanho intermédio entre o da Terra e o de Neptuno. Não existe nenhum planeta como este no nosso Sistema Solar, mas são comuns em torno de outras estrelas.

O planeta, Gliese 3470 b (também conhecido como GJ 3470 b), pode ser um cruzamento entre a Terra e Neptuno, com um grande núcleo rochoso enterrado sob uma profunda atmosfera de hidrogénio e hélio. Com 12,6 massas terrestres, o planeta é mais massivo do que a Terra, mas menos massivo que Neptuno (que tem mais de 17 massas terrestres).

Muitos mundos semelhantes já foram descobertos pelo observatório espacial Kepler da NASA, cuja missão terminou em 2018. De facto, 80% dos planetas na nossa Galáxia podem cair nesta gama de massas. No entanto, os astrónomos nunca foram capazes de compreender a natureza química de tal planeta. Até agora.

Ao fazerem um inventário do conteúdo da atmosfera de GJ 3470 b, os astrónomos conseguiram descobrir pistas sobre a natureza e origem do planeta.

“Esta é uma grande descoberta, da perspectiva da formação planetária. O planeta orbita muito perto da estrela e é bem menos massivo do que Júpiter – que tem 318 vezes a massa da Terra – mas conseguiu acumular a atmosfera primordial de hidrogénio/hélio que em grande não está ‘poluída’ por elementos mais pesados,” comentou Björn Benneke da Universidade de Montreal, no Canadá. “Não temos nada assim no Sistema Solar e é isso que o torna tão impressionante.”

Os astrónomos recrutaram as capacidades combinadas de vários comprimentos de onda dos telescópios espaciais Hubble e Spitzer da NASA para fazer um estudo inédito da atmosfera de GJ 3470 b.

Tal foi conseguido medindo a absorção da luz estelar à medida que o planeta passava em frente (ou “transitava”) da sua estrela e a perda da luz reflectida do planeta quando passava por trás (eclipse) da estrela. Os telescópios espaciais observaram 12 trânsitos e 20 eclipses. A ciência de analisar as impressões digitais químicas com base na luz é chamada “espectroscopia”.

“Pela primeira vez, temos uma assinatura espectroscópica de tal mundo,” disse Benneke. Mas tem muitas dúvidas quanto à sua classificação: deverá ser chamado de “super-Terra” ou “sub-Neptuno?” Ou talvez outro nome?

Por sorte, a atmosfera de GJ 3470 b mostrou-se na maior parte limpa, com apenas neblinas finas, permitindo que os cientistas examinassem profundamente a atmosfera.

“Esperávamos uma atmosfera fortemente enriquecida com elementos mais pesados, como oxigénio e carbono, que formam vapor de água e metano abundantes, de modo idêntico ao que vemos em Neptuno,” explicou Benneke. “Em vez disso, encontramos uma atmosfera tão pobre em elementos pesados que a sua composição se assemelha à composição rica em hidrogénio e hélio do Sol.”

Pensa-se que outros exoplanetas, chamados “Júpiteres quentes”, se formem longe das suas estrelas e, com o tempo, migrem para muito mais perto. Mas este planeta parece ter sido formado exactamente onde está hoje, acrescentou Benneke.

A explicação mais plausível, segundo Benneke, é que GJ 3470 b nasceu precariamente perto da sua estrela anã vermelha, que tem mais ou menos metade da massa do nosso Sol. Ele teoriza que, essencialmente, começou como uma rocha seca e rapidamente acretou hidrogénio de um disco primordial de gás quando a sua estrela era ainda muito jovem. Ao disco chamamos “disco protoplanetário”.

“Estamos a ver um objeto que foi capaz de acumular hidrogénio a partir do disco protoplanetário, mas não fugiu para se tornar um Júpiter quente,” salientou Benneke. “Este é um regime intrigante.”

Uma explicação é que o disco se dissipou antes que o planeta pudesse aumentar ainda mais. “O planeta ficou preso sendo um sub-Neptuno,” disse Benneke.

O Telescópio Espacial James Webb da NASA será capaz de investigar ainda mais profundamente a atmosfera de GJ 3470 b, graças à sua sensibilidade sem precedentes no infravermelho. Os novos resultados já suscitaram grande interesse por parte de equipas norte-americanas e canadianas que estão a desenvolver os instrumentos do Webb. As equipas vão observar os trânsitos e os eclipses de GJ 3470 b no visível, onde as neblinas atmosféricas se tornam cada vez mais transparentes.

Astronomia On-line
5 de Julho de 2019

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1981: Há novas pistas sobre como as galáxias antigas iluminavam o Universo

James Josephides (Swinburne Astronomy Productions)

O Telescópio Espacial Spitzer da NASA revelou que algumas das primeiras galáxias do Universo eram mais brilhantes do que o esperado.

O excesso de luz é um subproduto das galáxias que libertam quantidades incrivelmente altas de radiação ionizante. A descoberta fornece pistas para a causa da Época da Reionização, um grande evento cósmico que transformou o Universo de opaco à brilhante paisagem estelar que vemos hoje.

Num novo estudo, investigadores relatam observações de algumas das primeiras galáxias formadas no Universo, menos de mil milhões de anos após o Big Bang (ou há pouco mais de 13 mil milhões de anos). Os dados mostram que, em alguns comprimentos de onda específicos no infravermelho, as galáxias são consideravelmente mais brilhantes do que os cientistas antecipavam.

O estudo é o primeiro a confirmar este fenómeno para uma grande amostra de galáxias deste período, mostrando que não eram casos especiais de brilho excessivo, mas que até as galáxias médias presentes naquela época eram muito mais brilhantes nestes comprimentos de onda do que as galáxias que vemos hoje.

Ninguém sabe ao certo quando é que surgiram as primeiras estrelas do nosso Universo. Mas as evidências sugerem que entre 100 milhões e 200 milhões de anos após o Big Bang, o Universo estava preenchido principalmente com hidrogénio gasoso neutro que talvez tivesse apenas começado a coalescer em estrelas, que então começaram a formar as primeiras galáxias. Cerca de mil milhões de anos após o Big Bang, o Universo tinha-se tornado num firmamento cintilante.

Outra coisa também tinha mudado: os electrões do hidrogénio gasoso neutro omnipresente haviam sido removidos num processo chamado ionização. A Época da Reionização – a mudança de um Universo cheio de hidrogénio neutro para um preenchido com hidrogénio ionizado – está bem documentada.

Antes desta transformação universal, a luz em comprimentos de onda longos, como ondas de rádio e luz visível, atravessavam o Universo mais ou menos livremente. Mas os comprimentos de onda mais curtos – incluindo luz ultravioleta, raios-X e raios-gama – eram interrompidos pelos átomos de hidrogénio neutro. Estas colisões retirariam os electrões dos átomos de hidrogénio neutro, ionizando-os.

Mas o que pode ter produzido radiação ionizante suficiente para afectar todo o hidrogénio no Universo? Será que foram as estrelas individuais? Galáxias gigantes? O culpado, a ser um destes dois primeiros colonizadores cósmicos, teria sido diferente da maioria das estrelas e galáxias modernas, que normalmente não libertam grandes quantidades de radiação ionizante. Mesmo assim, talvez outra coisa tenha provocado o evento, como por exemplo quasares – galáxias com centros incrivelmente brilhantes, alimentados por quantidades enormes de material em órbita de buracos negros super-massivos.

“É uma das maiores questões em aberto na cosmologia observacional,” disse Stephane De Barros, autor principal do estudo e investigador pós-doutorado da Universidade de Genebra, Suíça. “Sabemos que aconteceu, mas o que a desencadeou? Estas novas descobertas podem ser uma grande pista.”

À procura de luz

Para retroceder no tempo, até à era mesmo antes do fim da Época da Reionização, o Spitzer observou duas regiões do céu durante mais de 200 horas cada, permitindo que o telescópio espacial recolhesse luz que havia viajado durante mais de 13 mil milhões de anos para chegar até nós.

Sendo algumas das mais longas observações científicas já realizadas pelo Spitzer, fizeram parte de uma campanha de observação chamada GREATS (GOODS Re-ionization Era wide-Area Treasury from Spitzer; GOODS é ainda outra sigla: Great Observatories Origins Deep Survey, uma campanha que realizou as primeiras observações de alguns alvos do GREATS).

O estudo, publicado esta semana na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, também usou dados de arquivo do Telescópio Espacial Hubble da NASA.

Usando estas observações ultra-profundas do Spitzer, a equipa de astrónomos observou 135 galáxias distantes e descobriu que eram particularmente brilhantes em dois comprimentos de onda específicos no infravermelho, produzidos por radiação ionizante que interage com os gases hidrogénio e oxigénio dentro das galáxias.

Isto implica que estas galáxias foram dominadas por estrelas jovens e massivas compostas principalmente por hidrogénio e hélio. Contêm quantidades muito pequenas de elementos “pesados” (como azoto, carbono e oxigénio) em comparação com as estrelas encontradas nas galáxias modernas comuns.

Estas estrelas não foram as primeiras estrelas formadas no Universo (essas seriam apenas compostas por hidrogénio e hélio), mas ainda assim fazem parte de uma geração muito antiga de estrelas. A Época da Reionização não foi um evento instantâneo, de modo que embora os novos resultados não sejam suficientes para fechar o capítulo sobre este evento cósmico, ainda assim fornecem novos detalhes sobre como o Universo evoluiu neste momento e como a transição decorreu.

“Não esperávamos que o Spitzer, com um espelho não muito maior do que um Hula-Hoop, fosse capaz de ver galáxias tão próximas da aurora do tempo,” disse Michael Werner, cientista do projecto Spitzer no JPL da NASA em Pasadena, no estado norte-americano da Califórnia. “Mas a Natureza está cheia de surpresas e o brilho inesperado destas primeiras galáxias, juntamente com o excelente desempenho do Spitzer, coloca-as ao alcance do nosso pequeno, mas poderoso observatório.”

O Telescópio Espacial James Webb da NASA, com lançamento previsto para 2021, vai estudar o Universo em muitos dos mesmos comprimentos de onda observados pelo Spitzer. Mas o espelho primário do Spitzer mede apenas 85 cm de diâmetro e o do Webb é de 6,5 metros – cerca de 7,5 vezes maior – permitindo que o Webb estude estas galáxias em muito maior detalhe.

De facto, o Webb vai tentar detectar a luz das primeiras estrelas e galáxias do Universo. O novo estudo mostra que, devido ao seu brilho nesses comprimentos de onda infravermelhos, as galáxias observadas com o Spitzer serão mais fáceis de estudar com o Webb do que se pensava anteriormente.

“Estes resultados do Spitzer são certamente mais um passo para resolver o mistério da reionização cósmica,” disse Pascal Oesch, professor assistente da Universidade de Genebra e co-autor do estudo. “Sabemos agora que as condições físicas nestas galáxias iniciais eram muito diferentes das das galáxias típicas de hoje. O trabalho do Telescópio Espacial James Webb será o de descobrir o porquê.”

ZAP // CCVAlg

Por CCVAlg
14 Maio, 2019


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1953: Novas pistas sobre como as primeiras galáxias iluminaram o Universo

Esta imagem ultra-profunda do céu obtida pelos telescópios Hubble e Spitzer é dominada por galáxias, incluindo algumas muito ténues e distantes com um círculo vermelho. A inserção em baixo e à direita mostra a luz recolhida de uma dessas galáxias durante uma observação com um tempo de exposição longo.
Crédito: NASA/JPL-Caltech/ESA/Spitzer/P. Oesch/S. De Barros/I. Labbe

O Telescópio Espacial Spitzer da NASA revelou que algumas das primeiras galáxias do Universo eram mais brilhantes do que o esperado. O excesso de luz é um subproduto das galáxias que libertam quantidades incrivelmente altas de radiação ionizante. A descoberta fornece pistas para a causa da Época da Reionização, um grande evento cósmico que transformou o Universo de opaco à brilhante paisagem estelar que vemos hoje.

Num novo estudo, investigadores relatam observações de algumas das primeiras galáxias formadas no Universo, menos de mil milhões de anos após o Big Bang (ou há pouco mais de 13 mil milhões de anos). Os dados mostram que, em alguns comprimentos de onda específicos no infravermelho, as galáxias são consideravelmente mais brilhantes do que os cientistas antecipavam. O estudo é o primeiro a confirmar este fenómeno para uma grande amostra de galáxias deste período, mostrando que não eram casos especiais de brilho excessivo, mas que até as galáxias médias presentes naquela época eram muito mais brilhantes nestes comprimentos de onda do que as galáxias que vemos hoje.

Ninguém sabe ao certo quando é que surgiram as primeiras estrelas do nosso Universo. Mas as evidências sugerem que entre 100 milhões e 200 milhões de anos após o Big Bang, o Universo estava preenchido principalmente com hidrogénio gasoso neutro que talvez tivesse apenas começado a coalescer em estrelas, que então começaram a formar as primeiras galáxias. Cerca de mil milhões de anos após o Big Bang, o Universo tinha-se tornado num firmamento cintilante. Outra coisa também tinha mudado: os electrões do hidrogénio gasoso neutro omnipresente haviam sido removidos num processo chamado ionização. A Época da Reionização – a mudança de um Universo cheio de hidrogénio neutro para um preenchido com hidrogénio ionizado – está bem documentada.

Antes desta transformação universal, a luz em comprimentos de onda longos, como ondas de rádio e luz visível, atravessavam o Universo mais ou menos livremente. Mas os comprimentos de onda mais curtos – incluindo luz ultravioleta, raios-X e raios-gama – eram interrompidos pelos átomos de hidrogénio neutro. Estas colisões retirariam os electrões dos átomos de hidrogénio neutro, ionizando-os.

Mas o que pode ter produzido radiação ionizante suficiente para afectar todo o hidrogénio no Universo? Será que foram as estrelas individuais? Galáxias gigantes? O culpado, a ser um destes dois primeiros colonizadores cósmicos, teria sido diferente da maioria das estrelas e galáxias modernas, que normalmente não libertam grandes quantidades de radiação ionizante. Mesmo assim, talvez outra coisa tenha provocado o evento, como por exemplo quasares – galáxias com centros incrivelmente brilhantes, alimentados por quantidades enormes de material em órbita de buracos negros super-massivos.

“É uma das maiores questões em aberto na cosmologia observacional,” disse Stephane De Barros, autor principal do estudo e investigador pós-doutorado da Universidade de Genebra, Suíça. “Sabemos que aconteceu, mas o que a desencadeou? Estas novas descobertas podem ser uma grande pista.”

À procura de luz

Para retroceder no tempo, até à era mesmo antes do fim da Época da Reionização, o Spitzer observou duas regiões do céu durante mais de 200 horas cada, permitindo que o telescópio espacial recolhesse luz que havia viajado durante mais de 13 mil milhões de anos para chegar até nós.

Sendo algumas das mais longas observações científicas já realizadas pelo Spitzer, fizeram parte de uma campanha de observação chamada GREATS (GOODS Re-ionization Era wide-Area Treasury from Spitzer; GOODS é ainda outra sigla: Great Observatories Origins Deep Survey, uma campanha que realizou as primeiras observações de alguns alvos do GREATS). O estudo, publicado na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, também usou dados de arquivo do Telescópio Espacial Hubble da NASA.

Usando estas observações ultra-profundas do Spitzer, a equipa de astrónomos observou 135 galáxias distantes e descobriu que eram particularmente brilhantes em dois comprimentos de onda específicos no infravermelho, produzidos por radiação ionizante que interage com os gases hidrogénio e oxigénio dentro das galáxias. Isto implica que estas galáxias foram dominadas por estrelas jovens e massivas compostas principalmente por hidrogénio e hélio. Contêm quantidades muito pequenas de elementos “pesados” (como azoto, carbono e oxigénio) em comparação com as estrelas encontradas nas galáxias modernas comuns.

Estas estrelas não foram as primeiras estrelas formadas no Universo (essas seriam apenas compostas por hidrogénio e hélio), mas ainda assim fazem parte de uma geração muito antiga de estrelas. A Época da Reionização não foi um evento instantâneo, de modo que embora os novos resultados não sejam suficientes para fechar o capítulo sobre este evento cósmico, ainda assim fornecem novos detalhes sobre como o Universo evoluiu neste momento e como a transição decorreu.

“Não esperávamos que o Spitzer, com um espelho não muito maior do que um Hula-Hoop, fosse capaz de ver galáxias tão próximas da aurora do tempo,” disse Michael Werner, cientista do projecto Spitzer no JPL da NASA em Pasadena, no estado norte-americano da Califórnia. “Mas a Natureza está cheia de surpresas e o brilho inesperado destas primeiras galáxias, juntamente com o excelente desempenho do Spitzer, coloca-as ao alcance do nosso pequeno, mas poderoso observatório.”

O Telescópio Espacial James Webb da NASA, com lançamento previsto para 2021, vai estudar o Universo em muitos dos mesmos comprimentos de onda observados pelo Spitzer. Mas o espelho primário do Spitzer mede apenas 85 cm de diâmetro e o do Webb é de 6,5 metros – cerca de 7,5 vezes maior – permitindo que o Webb estude estas galáxias em muito maior detalhe. De facto, o Webb vai tentar detectar a luz das primeiras estrelas e galáxias do Universo. O novo estudo mostra que, devido ao seu brilho nesses comprimentos de onda infravermelhos, as galáxias observadas com o Spitzer serão mais fáceis de estudar com o Webb do que se pensava anteriormente.

“Estes resultados do Spitzer são certamente mais um passo para resolver o mistério da reionização cósmica,” disse Pascal Oesch, professor assistente da Universidade de Genebra e co-autor do estudo. “Sabemos agora que as condições físicas nestas galáxias iniciais eram muito diferentes das das galáxias típicas de hoje. O trabalho do Telescópio Espacial James Webb será o de descobrir o porquê.”

Astronomia On-line
10 de Maio de 2019

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