3382: Astrónomos descobrem classe de objectos estranhos perto do enorme buraco negro da Via Láctea

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Órbitas dos objectos G no centro da nossa Galáxia, com o buraco negro super-massivo indicado com uma cruz branca. Estrelas, gás e poeira estão no plano de fundo.
Crédito: Anna Ciurlo, Tuan Do/Grupo do Centro Galáctico da UCLA

Astrónomos da Iniciativa Órbitas do Centro Galáctico da UCLA (Universidade da Califórnia em Los Angeles) descobriram uma nova classe de objectos bizarros no centro da Via Láctea, não muito longe do buraco negro super-massivo chamado Sagitário A*. Publicaram a sua investigação na edição de 16 de Janeiro da revista Nature.

“Estes objectos parecem-se com gás e comportam-se como estrelas,” disse a co-autora Andrea Ghez, professora de astrofísica e directora do Grupo do Centro Galáctico da UCLA.

Os novos objectos parecem compactos na maioria das vezes e estendem-se quando as suas órbitas os aproximam do buraco negro. As suas órbitas variam entre 100 a 1000 anos, disse a autora principal Anna Ciurlo, investigadora pós-doutorada da UCLA.

O grupo de investigação de Ghez identificou um objecto invulgar no centro da nossa Galáxia em 2005, mais tarde apelidado G1. Em 2012, astrónomos na Alemanha fizeram uma descoberta intrigante de um objecto bizarro chamado G2, no centro da Via Láctea, que fez uma passagem íntima pelo buraco negro super-massivo em 2014. Ghez e a sua equipa de pesquisa pensam que o objecto G2 é provavelmente duas estrelas que têm vindo a orbitar o buraco negro em conjunto e que se fundiram numa estrela extremamente grande, envolta em gás e poeira invulgarmente espessos.

“No momento da maior aproximação, G2 tinha uma assinatura realmente estranha,” disse Ghez. “Nós já tínhamos visto isto antes, mas não parecia muito peculiar até chegar perto do buraco negro e ficar alongado, e muito do seu gás foi destruído. Deixou de ser um objecto bastante inócuo quando estava longe do buraco negro, para um realmente esticado e distorcido na sua maior aproximação, que perdeu o seu invólucro exterior e que agora está novamente a ficar mais compacto.”

“Uma das coisas que deixou toda a gente empolgada sobre os objectos G é que a matéria arrancada pelas forças de maré, enquanto passam pelo buraco negro central, deve inevitavelmente cair no buraco negro,” disse o co-autor Mark Morris, professor de física e astronomia na UCLA. “Quando isso acontece, pode produzir um impressionante espectáculo de fogo-de-artifício, já que o material consumido pelo buraco negro é aquecido e emite radiação abundante antes de desaparecer no horizonte de eventos.”

Mas será que G2 e G1 são “outliers”, ou parte de uma classe maior de objectos? Em resposta a essa questão, o grupo de investigação de Ghez divulgou a existência de mais quatro objectos que estão a chamar de G3, G4, G5 e G6. Os investigadores determinaram cada uma das suas órbitas. Enquanto G1 e G2 têm órbitas semelhantes, os quatro novos objectos têm órbitas muito diferentes.

Ghez pensa que todos os seis objectos eram estrelas binárias – um sistema de duas estrelas que se orbitavam uma à outra – que se fundiram devido à forte força gravitacional do buraco negro super-massivo. A fusão de duas estrelas leva mais de um milhão de anos a ser concluída, disse Ghez.

“As fusões de estrelas podem ocorrer no Universo com mais frequência do que pensávamos, e provavelmente são muito comuns,” disse Ghez. “Os buracos negros podem levar à fusão de estrelas binárias. É possível que muitas das estrelas que temos vindo a observar e a não compreender possam ser o produto final de fusões que estão agora calmas. Estamos a aprender como as galáxias e os buracos negros evoluem. A maneira como as estrelas binárias interagem umas com as outras e com o buraco negro é muito diferente de como estrelas individuais interagem com outras estrelas individuais e com o buraco negro.”

Ciurlo observou que, embora o gás do invólucro exterior de G2 tenha sido esticado dramaticamente, a sua poeira dentro do gás não foi muito esticada. “Algo deve ter mantido o tamanho compacto e permitido a sua sobrevivência ao encontro com o buraco negro,” disse Ciurlo. “Isto é evidência de um objecto estelar dentro de G2.”

“O conjunto único de dados que o grupo da professora Ghez reuniu ao longo de mais de 20 anos é o que nos permitiu fazer esta descoberta,” disse Ciurlo. “Agora temos uma população de objectos ‘G’, de modo que não é uma questão de explicar um ‘evento único’ como G2.”

Os cientistas fizeram observações com o Observatório W. M. Keck, no Hawaii, e usaram uma tecnologia poderosa que Ghez ajudou a inovar, chamada ópticas adaptativas, que corrige os efeitos de distorção da atmosfera da Terra em tempo real. Eles realizaram uma nova análise de 13 anos de dados da Iniciativa Órbitas do Centro Galáctico da UCLA.

Em Setembro de 2019, a equipa de Ghez informou que o buraco negro estava a ficar mais faminto e que não sabia exactamente porquê. O alongamento de G2 em 2014 pareceu retirar gás que pode ter sido engolido recentemente pelo buraco negro, disse o co-autor Tuan Do, cientista da UCLA e vice-director do Grupo do Centro Galáctico. As fusões de estrelas podem alimentar o buraco negro.

A equipa já identificou alguns outros candidatos que podem fazer parte desta nova classe de objectos e vai continuar a analisá-los.

Ghez realçou que o centro da Via Láctea é um ambiente extremo, ao contrário do nosso canto menos agitado do Universo.

“A Terra está nos subúrbios em comparação com o Centro Galáctico, que fica a cerca de 26.000 anos-luz de distância,” disse Ghez. “O centro da nossa Galáxia tem uma densidade estelar mil milhões de vezes maior que a nossa parte da Galáxia. A atracção gravitacional é muito mais forte. Os campos magnéticos são mais extremos. O centro da Via Láctea é onde a astrofísica extrema ocorre – os ‘desportos radicais’ da astrofísica.”

Ghez disse que esta investigação ajudar-nos-á a ensinar o que está a acontecer na maioria das galáxias.

Astronomia On-line
17 de Janeiro de 2020

spacenews

 

2880: Estrelas antigas lançam luz sobre semelhanças da Terra com outros planetas

CIÊNCIA

Impressão de artista de uma anã branca com um planeta em cima e à direita.
Crédito: Mark Garlick

Os planetas parecidos com a Terra podem ser comuns no Universo, sugere um novo estudo da UCLA (Universidade da Califórnia em Los Angeles). A equipa de astrofísicos e geoquímicos apresenta novas evidências de que a Terra não é única. O estudo foi publicado dia 18 de Outubro na revista Science.

“Acabámos de aumentar a probabilidade de muitos planetas rochosos serem como a Terra e há um número muito grande de planetas rochosos no Universo,” disse o co-autor Edward Young, professor de geoquímica e cosmo-química da UCLA.

Os cientistas, liderados por Alexandra Doyle, estudante de geoquímica e astroquímica da UCLA, desenvolveu um novo método para analisar em detalhe a geoquímica dos planetas para lá do nosso Sistema Solar. Doyle fê-lo analisando os elementos em rochas de asteróides ou fragmentos de planetas rochosos que orbitavam seis estrelas anãs brancas.

“Estamos a estudar a geoquímica de rochas de outras estrelas, o que é quase inédito,” salientou Young.

“Determinar a composição de planetas fora do nosso Sistema Solar é muito difícil,” disse a co-autora Hilke Schlichting, professora associada de astrofísica e ciência planetária da Universidade de Harvard. “Usámos o único método possível – um método pioneiro – para determinar a geoquímica de rochas para lá do Sistema Solar.”

As estrelas anãs brancas são os remanescentes densos de estrelas normais. A sua forte atracção gravitacional faz com que os elementos pesados como carbono, oxigénio e azoto “afundem” rapidamente nos seus interiores, onde os elementos pesados não podem ser detectados por telescópios. A estrela anã branca mais próxima estudada por Doyle fica a cerca de 200 anos-luz da Terra e a mais distante está a 665 anos-luz.

“Observando estas anãs brancas e os elementos presentes na sua atmosfera, estamos a observar os elementos que estão no corpo que orbitou a anã branca,” disse Doyle. A grande força gravitacional da anã branca rasga o asteróide ou fragmento de planeta que está em órbita e o material cai sobre a anã branca, acrescentou. “Observar uma anã branca é como fazer uma autópsia sobre o conteúdo daquilo que devorou no seu sistema.”

Os dados analisados por Doyle foram recolhidos por telescópios, principalmente pelo Observatório W. M. Keck no Hawaii, que os cientistas espaciais haviam recolhido anteriormente para outros fins científicos.

“Se eu observasse uma estrela anã branca, esperaria ver hidrogénio e hélio,” disse Doyle. “Mas nestes dados, também vejo outras substâncias, como silício, magnésio, carbono e oxigénio – material de corpos que estavam em órbita e que se acumulou nas anãs brancas.”

Quando o ferro é oxidado, partilha os seus electrões com o oxigénio, formando uma ligação química, explicou Young. “A isto chamamos oxidação e podemos ver quando o metal se transforma em ferrugem,” disse. “O oxigénio rouba electrões do ferro, produzindo óxido de ferro em vez de ferro. Nós medimos a quantidade de ferro oxidado nestas rochas que atingem a anã branca. Estudámos o quanto o metal enferruja.”

As rochas da Terra, de Marte e de outras partes do nosso Sistema Solar são semelhantes em composição química e contêm um nível surpreendentemente alto de ferro oxidado, explicou Young. “Nós medimos a quantidade de ferro oxidado nestas rochas que atingem a anã branca,” disse.

O Sol é composto principalmente de hidrogénio, que faz o oposto da oxidação – o hidrogénio acrescenta electrões.

Os investigadores disseram que a oxidação de um planeta rochoso tem um efeito significativo na atmosfera, no núcleo e no tipo de rochas que produz à superfície. “Toda a química que ocorre à superfície da Terra pode, em última análise, ser rastreada até ao estado de oxidação do planeta,” disse Young. “O facto de termos oceanos e todos os ingredientes necessários para a vida pode ser rastreado até à quantidade de oxidação do planeta. As rochas controlam a química.”

Até agora, os cientistas não sabiam em detalhe se a química dos exoplanetas rochosos era semelhante ou se era muito diferente da química da Terra.

Quão semelhantes são as rochas que a equipa da UCLA analisou, com as rochas da Terra e de Marte?

“Muito parecidas,” disse Doyle. “São parecidas com as da Terra e com as de Marte em termos de ferro oxidado. Estamos a descobrir que rochas são rochas em toda a parte, com geofísica e geoquímica muito semelhantes.”

“O motivo pelo qual as rochas no nosso Sistema Solar são tão oxidadas sempre foi um mistério,” disse Young. “Não é o que seria de esperar. Também queríamos saber se isto seria verdade noutras estrelas. O nosso estudo diz que sim. Isto é muito bom para a procura por planetas parecidos com a Terra no Universo.”

As anãs brancas são um ambiente raro para os cientistas analisarem.

Os investigadores estudaram os seis elementos mais comuns nas rochas: ferro, oxigénio, silício, magnésio, cálcio e alumínio. Usaram cálculos e fórmulas matemáticas porque os cientistas não conseguem estudar rochas reais em torno de anãs brancas. “Podemos determinar matematicamente a geoquímica destas rochas e comparar estes cálculos com as rochas que temos da Terra e de Marte,” disse Doyle, que tem formação em geologia e matemática. “A compreensão das rochas é crucial porque revelam a geoquímica e geofísica do planeta.”

“Se as rochas extraterrestres têm uma quantidade de oxidação semelhante à da Terra, então podemos concluir que o planeta possui placas tectónicas parecidas e potencial para campos magnéticos semelhantes aos da Terra, que se pensa serem ingredientes para a vida,” realçou Schlichting. “Este estudo é um salto em frente no que toca às inferências de corpos para lá do nosso Sistema Solar e indica que é muito provável que existam realmente análogos da Terra.”

Young disse que o seu departamento tem astrofísicos e geoquímicos trabalhando juntos.

“O resultado,” disse, “é que estamos a fazer geoquímica real em rochas fora do nosso Sistema Solar. A maioria dos astrofísicos não pensaria em fazer isto, e a maioria dos geoquímicos nunca pensaria em aplicar isto a uma anã branca.”

Astronomia On-line
22 de Outubro de 2019

 

643: MAIS OBJECTOS MISTERIOSOS DETECTADOS PERTO DO BURACO NEGRO SUPER-MASSIVO DA VIA LÁCTEA

Este cubo de dados espectrais tridimensionais foi produzido usando um software chamado OsrsVol (OSIRIS-Volume Display). Randy Campbell, líder de operações científicas do Observatório W. M. Keck, desenvolveu esta ferramenta de renderização personalizada de volume para separar G3, G4 e G5 da emissão de fundo. Assim que a análise 3D foi realizada, a equipa pôde distinguir claramente os objectos-G, o que lhes permitiu seguir o seu movimento e ver como se comportam em torno do buraco negro super-massivo.
Crédito: Observatório W. M. Keck

Os astrónomos descobriram vários objectos bizarros no Centro Galáctico que estão a esconder a sua verdadeira identidade por trás de uma cortina de poeira; parecem-se com nuvens de gás, mas comportam-se como estrelas.

Na reunião da Sociedade Astronómica Americana em Denver, uma equipa de investigadores liderada por Anna Ciurlo, da UCLA (Universidade da Califórnia em Los Angeles), anunciou os resultados que obtiveram usando 12 anos de dados obtidos pelo Observatório W. M. Keck em Maunakea, Hawaii.

“Estes objectos estelares empoeirados e compactos movem-se extremamente rápido e perto do buraco negro super-massivo da nossa Galáxia. É fascinante vê-los a movimentarem-se ano após ano,” comenta Ciurlo. “Como é que lá chegaram? No que se irão tornar? Devem ter uma história interessante para contar.”

Os investigadores fizeram a sua descoberta obtendo medições espectroscópicas da dinâmica do gás do Centro Galáctico usando o instrumento OSIRIS (OH-Suppressing Infrared Imaging Spectrograph) do Observatório Keck.

“Começámos este projecto pensando que se olhássemos cuidadosamente para a complicada estrutura de gás e poeira perto do buraco negro super-massivo, poderíamos detectar algumas mudanças subtis na forma e velocidade,” explica Randy Campbell, chefe de operações científicas do Observatório Keck. “Foi bastante surpreendente detectar vários objectos que possuem movimentos e características muito distintas que os colocam na classe de objectos-G, ou objectos estelares empoeirados.”

Os astrónomos descobriram objectos-G pela primeira vez perto do monstruoso buraco negro da Via Láctea há mais de uma década; G1 foi visto pela primeira vez em 2004 e G2 foi descoberto em 2012. Pensava-se que ambos os objectos eram nuvens de gás até que fizeram a sua maior aproximação do buraco negro super-massivo. G1 e G2, de alguma forma, conseguiram sobreviver à atracção gravitacional do buraco negro, o que pode destruir as nuvens de gás.

“Se fossem nuvens de gás, G1 e G2 não teriam conseguido permanecer intactos,” comenta Mark Morris, professor de astronomia da UCLA, co-investigador principal e membro da GCOI (Galactic Center Orbits Initiative) da UCLA. “Nós pensamos que os objectos-G são estrelas inchadas – estrelas que se tornaram tão grandes que as forças de maré exercidas pelo buraco negro central podem puxar a matéria das suas atmosferas estelares quando as estrelas se aproximam o suficiente, mas têm um núcleo estelar com massa suficiente para permanecerem intactas. A questão é, então, porque é que são tão grandes?”

Parece que muita energia foi “despejada” nos objectos-G, fazendo com que inchassem e crescessem mais do que as estrelas típicas.

A GCOI pensa que estes objectos-G são o resultado de fusões estelares – onde duas estrelas que se orbitam uma à outra colidem devido à influência gravitacional do buraco negro gigante. Durante um longo período de tempo, a influência gravitacional do buraco negro altera as órbitas das estrelas binárias até que o par colide. O objecto combinado que resulta desta violenta fusão poderia explicar de onde veio este excesso de energia.

“No rescaldo de tal fusão, o objecto resultante estaria ‘inchado’ por um período de tempo bastante longo, talvez um milhão de anos, antes de se acalmar e parecer uma estrela de tamanho normal,” realça Morris.

“Isto é o que acho mais emocionante,” afirma Andrea Ghez, fundadora e directora da GCOI. “Se estes objectos são, de facto, sistemas estelares duplos que se fundiram através da sua interacção com o buraco negro super-massivo central, isso pode fornecer informações sobre um processo que pode ser responsável pelas recém-descobertas fusões de buracos negros de massa estelar detectadas através de ondas gravitacionais.”

O que torna os objectos-G invulgares é o seu “inchaço”. É raro uma estrela estar encoberta por uma camada de poeira e gás tão espessa que os astrónomos não conseguem ver a estrela directamente. Só observam o invólucro brilhante de poeira. Para ver os objectos através do seu ambiente nebuloso, Campbell desenvolveu uma ferramenta chamada OsrsVol (OSIRIS-Volume Display).

“O OsrsVol permitiu-nos isolar estes objectos-G da emissão de fundo e analisar os dados espectrais em três dimensões: duas dimensões espaciais e a dimensão do comprimento de onda que fornece informações de velocidade,” explica Campbell. “Assim que fomos capazes de distinguir os objectos num cubo de dados 3D, pudemos rastrear o seu movimento ao longo do tempo em relação ao buraco negro.”

“O Observatório Keck observa o Centro Galáctico todos os anos, há já duas décadas, com alguns dos melhores instrumentos e tecnologias,” afirma Ciurlo. “Só isso dá-nos um conjunto de dados com uma qualidade muito alta e consistente, o que nos permitiu aprofundar a análise dos dados.”

Estas recém-descobertas fontes infravermelhas podem, potencialmente, ser objectos-G – G3, G4 e G5 – porque partilham as mesmas características físicas que G1 e G2.

A equipa vai continuar a seguir o tamanho e forma das órbitas dos objectos-G, o que poderá fornecer pistas importantes sobre a sua formação.

Os astrónomos estarão especialmente atentos quando esses objectos estelares compactos e empoeirados fizerem a sua maior aproximação ao buraco negro super-massivo. Isso permitirá com que observem ainda melhor o seu comportamento e verificarem se os objectos permanecem intactos como G1 e G2, ou se se tornam num lanche para o buraco negro super-massivo. Só então podem revelar sua verdadeira natureza.

“Teremos que esperar algumas décadas para que isto aconteça; cerca de 20 anos para G3 e décadas mais para G4 e G5,” realça Morris. “Entretanto, podemos aprender mais sobre estas bolas inchadas, seguindo a sua evolução dinâmica com o OSIRIS.”

“A compreensão dos objectos-G pode ensinar-nos muito sobre o ambiente fascinante e ainda misterioso do Centro Galáctico. Existem tantas coisas a acontecer que todos os processos localizados podem ajudar-nos a explicar como é que este ambiente extremo e exótico funciona,” conclui Ciurlo.

Astronomia On-line
12 de Junho de 2018

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