2304: Novo método pode resolver a dificuldade de medir a expansão do Universo

Impressão de artista da explosão e do surto de ondas gravitacionais emitidas quando um par de estrelas de neutrões super-densas colidem. Novas observações com radiotelescópios mostram que estes eventos podem ser usados para medir o ritmo de expansão do Universo.
Crédito: NRAO/AUI/NSF

Usando radiotelescópios da NSF (National Science Foundation), os astrónomos demonstraram como uma combinação de observações de ondas gravitacionais e rádio, juntamente com uma modelagem teórica, pode transformar as fusões de pares de estrelas de neutrões numa “régua cósmica” capaz de medir a expansão do Universo e resolver uma questão pendente sobre o seu ritmo.

Os astrónomos usaram o VLBA (Very Long Baseline Array), o VLA (Karl G. Jansky Very Large Array) e o GBT (Robert C. Byrd Green Bank Telescope) para estudar as consequências da colisão de duas estrelas de neutrões que produziram ondas gravitacionais detectadas em 2017. Este evento fornece uma nova maneira de medir o ritmo de expansão do Universo, conhecido pelos cientistas como a Constante de Hubble. O ritmo de expansão do Universo pode ser usado para determinar o seu tamanho e idade, além de servir como uma ferramenta essencial para interpretar observações de objectos noutras partes do Universo.

Dois métodos principais de determinação da Constante de Hubble usam as características da radiação cósmica de fundo em micro-ondas, radiação remanescente do Big Bang, ou um tipo específico de explosões de super-nova, de nome super-novas do Tipo Ia, no Universo distante. No entanto, estes dois métodos fornecem resultados diferentes.

“A fusão de estrelas de neutrões dá-nos uma nova maneira de medir a constante de Hubble e, esperançosamente, de resolver o problema,” disse Kunal Mooley, do NRAO (National Radio Astronomy Observatory) e do Caltech.

A técnica é semelhante à que usa explosões de super-nova. Pensa-se que as explosões de super-nova do Tipo Ia tenham todas um brilho intrínseco que pode ser calculado com base na velocidade com que crescem e diminuem de brilho. A medição deste brilho, a partir da Terra, indica-nos a distância da explosão de super-nova. A medição do desvio Doppler da luz da galáxia hospedeira indica a velocidade a que a galáxia se está a afastar da Terra. A velocidade, dividida pela distância, produz a constante de Hubble. Para obter um valor preciso, têm que ser feitas muitas medições a distâncias diferentes.

Quando duas estrelas de neutrões colidem, produzem uma explosão e um surto de ondas gravitacionais. A forma do sinal da onda gravitacional diz aos cientistas quão “brilhante” foi esse surto de ondas gravitacionais. A medição do “brilho”, ou intensidade das ondas gravitacionais recebidas na Terra, pode fornecer a distância.

“Este é um meio completamente independente de esclarecermos o verdadeiro valor da Constante de Hubble,” disse Mooley.

No entanto, há uma reviravolta. A intensidade das ondas gravitacionais varia com a sua orientação em relação ao plano orbital das duas estrelas de neutrões. As ondas gravitacionais são mais fortes na direcção perpendicular ao plano orbital e mais fracas se o plano orbital estiver de lado, visto da perspectiva da Terra.

“A fim de usar as ondas gravitacionais para medir a distância, precisávamos de conhecer essa orientação,” explicou Adam Deller, da Universidade de Tecnologia de Swinburne, na Austrália.

Durante um período de meses, os astrónomos usaram os radiotelescópios para medir o movimento de um jacto super-rápido de material ejectado da explosão. “Nós usámos estas medições, juntamente com simulações hidrodinâmicas detalhadas, para determinar o ângulo de orientação, permitindo assim a utilização das ondas gravitacionais para descobrir a distância,” disse Ehud Nakar da Universidade de Tel Aviv.

Os cientistas dizem que esta única medição, de um evento a cerca de 130 milhões de anos-luz da Terra, ainda não é suficiente para resolver a incerteza, mas a técnica agora pode ser aplicada a futuras fusões de estrelas de neutrões detectadas com ondas gravitacionais.

“Pensamos que mais 15 eventos deste tipo, que podem ser observados tanto com ondas gravitacionais quanto em grande com radiotelescópios, podem resolver o problema,” disse Kenta Hotokezaka, da Universidade de Princeton. “Este seria um avanço importante na nossa compreensão de um dos aspectos mais importantes do Universo,” acrescentou.

A equipa científica internacional liderada por Hotokezaka divulgou os seus resultados num artigo publicado na revista Nature Astronomy.

Astronomia On-line
12 de Julho de 2019

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1922: Buraco negro veloz e torto observado a cuspir “balas” de plasma

Dados do observatório de alta energia, Integral, da ESA, ajudaram a esclarecer o funcionamento de um misterioso buraco negro que se encontra a lançar “balas” de plasma enquanto gira no espaço.

O buraco negro faz parte de um sistema binário conhecido como V404 Cygni e está a sugar material de uma estrela companheira. Encontra-se na nossa Via Láctea, a cerca de 8000 anos-luz da Terra, e foi identificado pela primeira vez em 1989, quando provocou um enorme surto de radiação altamente energética e de material.

Após 26 anos de dormência, acordou novamente em 2015, tornando-se por um curto período de tempo o objecto mais brilhante no céu observável em raios-X altamente energéticos. Astrónomos de todo o mundo apontaram os seus telescópios terrestres e espaciais na direcção do objecto celeste e descobriram que o buraco negro estava a comportar-se de maneira um tanto ou quanto estranha.

Um novo estudo, com base em dados recolhidos durante a explosão de 2015, revelou agora o funcionamento interno desse monstro cósmico. Os resultados foram esta semana divulgados na revista científica Nature.

“Durante a explosão observámos detalhes das emissões dos jactos quando o material é expelido a uma velocidade muito alta da vizinhança do buraco negro,” diz Simone Migliari, astrofísica da ESA e co-autora do artigo. “Podemos ver os jactos disparados em várias direcções numa escala de tempo de menos de uma hora, o que significa que as regiões internas do sistema estão a girar muito depressa.”

Normalmente, os astrónomos observam os jactos disparados directamente dos pólos dos buracos negros, perpendicularmente ao disco circundante de material que é acretado da estrela companheira. Anteriormente, havia apenas um buraco negro observado com um jacto giratório. No entanto, estava a girar muito mais lentamente, completando um ciclo a cada seis meses.

Os astrónomos puderam observar os jactos de V404 Cygni no rádio recorrendo a telescópios como o VLBA (Very Long Baseline Array) nos EUA. Entretanto, dados de raios-X altamente energéticos obtidos pelo Integral e por outros observatórios espaciais ajudaram a descodificar o que estava a acontecer ao mesmo tempo dentro da região interna do disco de acrecção com 10 milhões de quilómetros de diâmetro. Isto foi importante, já que é a mecânica do disco que provoca o comportamento estranho do jacto.

“V404 Cygni é diferente pois achamos que o disco de material e o buraco negro estão desalinhados,” diz o professor James Miller-Jones, do ICRAR (International Centre for Radio Astronomy Research) e da Universidade Curtin, na Austrália, que é o principal autor do novo artigo científico. “Parece estar a fazer com que a parte interna do disco oscile como um pião que está a desacelerar, e dispara jactos em direcções diferentes conforma muda de orientação.”

Durante a explosão, uma grande quantidade do material circundante estava a cair no buraco negro de uma só vez, aumentando temporariamente a taxa de acrecção do material do disco em direcção ao buraco negro e resultando num súbito surto energético. Isto foi visto pelo Integral como um aumento repentino na emissão de raios-X.

As observações do Integral foram usadas para estimar a energia e a geometria da acrecção para o buraco negro, o que por sua vez foi crucial para entender a ligação entre o material que entra e o que sai para criar uma imagem completa da situação. “Com o Integral, pudemos observar V404 Cygni continuamente durante 4 semanas, enquanto outros satélites de alta energia só podiam obter exposições mais curtas,” explica Erik Kuulkers, cientista do projecto Integral na ESA.

“Os dados de raios-X suportam um modelo em que a parte interna do disco de acrecção está inclinada em relação ao resto do sistema, provavelmente devido à rotação do buraco negro, inclinado em relação à órbita da estrela companheira,” explica Simone.

Os cientistas têm vindo a estudar o que provocou este estranho desalinhamento. Uma possibilidade é que o eixo de rotação do buraco negro pode ter sido inclinado pelo “pontapé” recebido durante a explosão da super-nova que o criou. “Os resultados encaixam num cenário, também estudado em simulações computacionais recentes, onde o fluxo de acrecção na vizinhança do buraco negro e os jactos podem girar juntos,” diz Erik.

“Devemos esperar dinâmicas semelhantes em qualquer buraco negro com forte acrecção cuja rotação está desalinhada com o influxo de gás, e temos que levar em conta os diferentes ângulos de inclinação do jacto ao interpretar observações de buracos negros em todo o Universo.”

ZAP // CCVAlg

Por ZAP
3 Maio, 2019

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O gigante no nosso “quintal cósmico”

O centro da nossa Galáxia, a Via Láctea, só é visível aos radiotelescópios. O buraco negro super-massivo no seu núcleo brilha no rádio rodeado por anéis de gás e poeira de remanescentes de super-nova e arcos de material apanhados nos fortes campos magnéticos do núcleo. Esta imagem gigantesca é uma composição de várias observações obtidas pelo VLA (Very Large Array).
Crédito: NRAO/NAUI/NSF

Recentemente, foram combinados vários observatórios rádio para formar o GMVA (Global mm-VLBI Array), uma poderosa ferramenta que sondou a região perto do buraco negro super-massivo da nossa Galáxia. Foram produzidas imagens curiosas desta região, brilhando intensamente no rádio. Estas observações, que envolveram três radiotelescópios norte-americanos – VLA, VLBA e GBT – são um passo importante para a observação do horizonte de eventos de um buraco negro. Aqui fica a história desta investigação até agora.

Há um gigante no nosso “quintal cósmico”. Sabemos que lá está, mas nunca ninguém o viu. É um buraco negro super-massivo e esconde-se no centro da nossa Galáxia.

Em 1931, o engenheiro Karl Jansky observou pela primeira vez um forte sinal cósmico de rádio proveniente da constelação de Sagitário, que se encontra na direcção do centro da nossa Galáxia. Jansky assumiu que os sinais de rádio eram originários do centro da nossa Galáxia, mas não fazia ideia do que essa fonte podia ser e o seu telescópio era incapaz de identificar a localização exacta. Isso sucedeu em 1974, quando Bruce Balick e Robert Brown usaram três antenas rádio do Observatório Green Bank e uma quarta antena mais pequena a cerca de 35 km de distância para formar um radiotelescópio muito mais preciso chamado interferómetro.

Interferometria é um método de usar vários radiotelescópios ou antenas como um único telescópio virtual. Quando duas antenas estão apontadas para o mesmo objecto no céu, recebem o mesmo sinal, mas os sinais estão em dessintonia porque um demora um pouco mais a alcançar uma antena do que a outra. A diferença de tempo depende da direcção das antenas e da distância entre elas. Ao correlacionar os dois sinais, podemos determinar a localização da fonte com muita precisão. Com o GBI (Green Bank Interferometer), Balick e Brown confirmaram a fonte rádio como uma região muito pequena perto do Centro Galáctico. Brown mais tarde denominou a fonte Sagitário A*, ou Sgr A* para abreviar.

O GBI foi um antecessor do VLA (Very Large Array) do NRAO (National Radio Astronomy Observatory). O VLA é composto por 28 antenas capazes de configurações amplamente separadas e juntas, tornando-se a ferramenta perfeita para estudar Sgr A*. Em 1983, uma equipa liderada por Ron Ekers usou o VLA para fazer a primeira imagem rádio do Centro Galáctico, que revelou uma mini-espiral de gás quente. Observações posteriores mostraram não apenas a espiral de gás, mas também uma fonte de rádio distinta e brilhante no centro exacto da Via Láctea.

Nesta altura suspeitava-se fortemente que esta fonte de rádio fosse um enorme buraco negro. Entre 1982 e 1998, Don Backer e Dick Stramek, no VLA, mediram a posição de Sgr A* e descobriram que quase não havia movimento aparente. Isto significava que devia ser extremamente massivo, já que os puxões gravitacionais de estrelas próximas não o faziam mover-se. Eles estimaram que devia ter uma massa equivalente a pelo menos dois milhões de sóis. Observações a longo prazo das estrelas em órbita do Centro Galáctico descobriram que Sgr A* tem aproximadamente 3,6 milhões de massas solares, e imagens rádio detalhadas confirmaram que não deve ser maior que a órbita de Mercúrio em torno do Sol. Sabemos agora que é, de facto, um buraco negro super-massivo.

Estar ciente da existência de um buraco negro não é o mesmo que o ver directamente. Os astrónomos há muito que sonham em observar directamente um buraco negro e talvez até vislumbrar o seu horizonte de eventos. Sagitário A* é o buraco negro super-massivo mais próximo da Terra, de modo que têm havido vários esforços para o observar directamente. Mas há dois grandes desafios a serem superados. O primeiro é que o centro da nossa Via Láctea está rodeado por gás e poeira densos. Quase toda a luz visível da região é obscurecida, por isso não podemos observar o buraco negro com um telescópio óptico. Felizmente, o gás e a poeira são relativamente transparentes ao rádio, o que significa que os radiotelescópios podem ver o coração da nossa Galáxia. Mas isto leva ao segundo grande desafio: a resolução.

Embora o buraco negro Sgr A* seja massivo, tem apenas o tamanho de uma estrela grande. Segundo a teoria da relatividade geral de Einstein, um buraco negro com 3,6 milhões de vezes a massa do Sol teria um horizonte de eventos apenas 15 vezes maior que a nossa estrela. Tendo em conta que o Centro Galáctico está a aproximadamente 26.000 anos-luz da Terra, o buraco negro tem um tamanho aparente muito pequeno no céu, mais ou menos equivalente a ver uma bola de basebol à superfície da Lua. Para ver um objecto rádio tão pequeno, precisamos de um telescópio do tamanho da própria Terra.

Obviamente, não podemos construir um radiotelescópio do tamanho do nosso planeta, mas com a interferometria rádio podemos construir um telescópio virtual do tamanho da Terra. Os observatórios do NRAO estão actualmente a trabalhar em dois projectos que tentam observar um buraco negro, o EHT (Event Horizon Telescope) e o GMVA (Global mm-VLBI Array). O ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) está a participar em ambos os projectos, enquanto o GBT (Green Bank Telescope) e o VLBA (Very Long Baseline Array) fazem parte do GMVA. Tal como o VLA, estes projectos combinam sinais de múltiplas antenas. Dado que as antenas estão localizadas por todo o mundo, este telescópio virtual tem mais ou menos o tamanho da Terra. Mas, ao contrário das antenas do VLA, todas elas têm diferentes tamanhos e sensibilidades. Esta diversidade de antenas dificulta a combinação dos sinais, mas também fornece uma grande vantagem aos projectos.

No VLA, por exemplo, todas as antenas da rede são idênticas. Cada antena contribui igualmente e a sensibilidade do complexo depende do tamanho de uma única antena. Mas quando telescópios, ou antenas de diferentes tamanhos, são combinados, a sensibilidade das antenas maiores ajuda a aumentar a sensibilidade das menores. O GBT, por exemplo, tem um diâmetro de 100 metros. Quando combinado com telescópios mais pequenos num grande interferómetro, a sensibilidade total depende do tamanho médio de todas as antenas. Isso torna o ALMA – ligado ao EHT e ao GMVA – e o GBT – ligado ao GMVA – muito mais sensível aos sinais do buraco negro da Via Láctea, e os cientistas precisam de toda a sensibilidade possível para capturar a imagem de um buraco negro.

Em Janeiro de 2019, o GMVA capturou uma imagem de Sagitário A* a comprimentos de onda de 3mm, mas a dispersão de luz a 3mm pelo plasma situado entre nós e Sgr A* tornou impossível ver a sombra do seu horizonte de eventos. A primeira imagem nítida de um buraco negro foi anunciada pelo EHT em Abril de 2019. Era uma imagem do buraco negro da galáxia M87. Embora M87 esteja mais de 2000 vezes mais distante que o buraco negro no centro da nossa Galáxia, o seu buraco negro central é também 1500 vezes mais massivo. É um buraco negro muito activo e não está obscurecido pelo gás e poeira da nossa Galáxia, facilitando a observação. A observação do nosso buraco negro, mais pequeno e calmo, é um desafio maior. Mas ao trabalharem com observatórios espalhados por todo o mundo, o ALMA e o GBT terão em breve a primeira imagem nítida do gigante situado no nosso “quintal cósmico”.

Astronomia On-line
26 de Abril de 2019

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1036: VLBA MEDE CARACTERÍSTICAS DE ASTERÓIDE

Ondas de rádio de uma galáxia distante foram bloqueadas por um asteróide no nosso Sistema Solar. No entanto, num processo chamado difracção, as ondas dobram-se em redor do asteróide e interagem para formar um padrão de círculos claros e escuros. Os astrónomos analisaram este padrão para aprender novos detalhes sobre o tamanho, forma e órbita do asteróide.
Crédito: Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF

Numa observação invulgar, os astrónomos usaram o VLBA (Very Long Baseline Array) da NSF (National Science Foundation) para estudar os efeitos nas ondas de rádio oriundas de uma distante galáxia de rádio quando um asteróide no nosso Sistema Solar passou em frente da galáxia. A observação permitiu medir o tamanho do asteróide, obter novas informações sobre a sua forma e melhorar bastante a precisão com a qual o seu percurso orbital pode ser calculado.

Quando o asteróide passou em frente da galáxia, as ondas de rádio vindas da galáxia foram ligeiramente dobradas em torno da borda do asteróide, num processo chamado difracção. À medida que estas ondas interagiam entre si, produziam um padrão circular de ondas mais fortes e mais fracas, semelhante aos padrões de círculos claros e escuros produzidos em experiências de laboratório terrestres com ondas de luz.

“Ao analisarmos os padrões das ondas de rádio difractadas durante este evento, fomos capazes de aprender muito mais sobre o asteróide, incluindo o seu tamanho e posição precisa, e obter pistas valiosas sobre a sua forma,” disse Jorma Harju, da Universidade de Helsínquia na Finlândia.

O asteróide, chamado Palma, encontra-se na cintura principal de asteróides entre Marte e Júpiter. Descoberto em 1893 pelo astrónomo francês Auguste Charlois, Palma completa uma órbita em redor do Sol a cada 5,59 anos. No dia 15 de maio de 2017, obscureceu as ondas de rádio de uma galáxia chamada 0141+268 com a sombra de rádio traçando um caminho que ia mais ou menos de sudoeste para noroeste, cruzando a estação do VLBA em Brewster, no estado norte-americano de Washington. A sombra atravessou a superfície da Terra a 51,5 km/s.

Além da antena Brewster do VLBA, os astrónomos também usaram antenas do VLBA na Califórnia, Texas, Arizona e Novo México. A passagem do asteróide em frente da galáxia de rádio, um evento chamado ocultação, afectou as características dos sinais recebidos em Brewster quando combinados com os das outras antenas.

Análises extensivas destes efeitos permitiram aos astrónomos tirar conclusões sobre a natureza do asteróide. Em íntima concordância com as observações anteriores, mediram o diâmetro do asteróide em 192 quilómetros. Também aprenderam que Palma, como a maioria dos outros asteróides, diferente significativamente de uma esfera perfeita, com um lado provavelmente escavado. A determinação da forma, dizem os astrónomos, pode ser melhorada combinando os dados de rádio com as observações ópticas anteriores do asteróide.

Os astrónomos, amadores e profissionais, geralmente observam ocultações de estrelas por asteróides e registam a mudança de brilho, ou intensidade, da luz estelar quando o asteróide passa à sua frente. A observação do VLBA é única porque também permitiu que os astrónomos medissem a quantidade pela qual os picos das ondas foram deslocados pela difracção, um efeito chamado mudança de fase.

“Isto permitiu-nos restringir a forma de Palma com uma única medida curta,” afirma Leonid Petrov, afiliado ao Laboratório de Geodesia e Geofísica do Centro de Voo Espacial Goddard da NASA.

“A observação de uma ocultação por um asteróide, usando o VLBA, mostrou-se um método extremamente poderoso para medir o tamanho de asteróides. Além disso, estes dados de rádio revelariam imediatamente formas peculiares ou companheiros binários. Isso significa que estas técnicas serão, sem dúvida, usadas para futuros estudos de asteróides,” realça Kimmo Lehtinen, do Instituto Finlandês de Pesquisa Geoespacial em Masala, Finlândia.

Um resultado importante da observação foi o melhoramento da precisão com que a órbita do asteróide pode ser calculada.

“Embora a posição de Palma tenha sido medida mais de 1600 vezes ao longo dos últimos 120 anos, esta única medição do VLBA reduziu a incerteza na órbita calculada por um factor de 10,” comenta Mikael Granvik, da Universidade de Tecnologia de Lulea na Suécia e da Universidade de Helsínquia, Finlândia.

“Esta é uma utilização bastante invulgar do VLBA, e demonstra que as excelentes capacidades técnicas do VLBA, juntamente com a sua grande flexibilidade como ferramenta de investigação, pode contribuir de algumas formas inesperadas para muitos campos da astronomia,” conclui Jonathan Romney do LBO (Long Baseline Observatory), que opera o VLBA.

Astronomia On-line
18 de Setembro de 2018

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978: OBSERVAÇÕES RÁDIO CONFIRMAM JACTO VELOZ DE MATERIAL DE FUSÃO DE ESTRELAS DE NEUTRÕES

Rescaldo da fusão de duas estrelas de neutrões. Material ejectado da explosão original formou uma concha em redor do buraco negro formado a partir da colisão. Um jacto de material expelido de um disco em redor do buraco negro interagiu em primeiro lugar com o material ejectado para formar um “casulo” amplo. Mais tarde, o jacto conseguiu atravessar o casulo para emergir para o espaço interestelar, onde o seu movimento extremamente rápido se tornou aparente.
Crédito: Sophia Dagnello, NRAO/AUI/NSF

Medições precisas usando uma colecção continental de radiotelescópios da NSF (National Science Foundation) revelaram que um jacto estreito de partículas se movendo quase à velocidade da luz irrompeu no espaço interestelar depois que um par de estrelas de neutrões se fundiram numa galáxia a 130 milhões de anos-luz da Terra. A fusão, cujo sinal foi captado em Agosto de 2017, expulsou ondas gravitacionais pelo espaço. Foi o primeiro evento a ser detectado tanto por ondas gravitacionais como por ondas electromagnéticas, incluindo raios-gama, raios-X, luz visível e ondas de rádio.

O rescaldo da fusão, de nome GW170817, foi observado por telescópios espaciais e terrestres espalhados pelo globo. Os cientistas observaram as características das ondas recebidas a mudar com o tempo e usaram essas alterações como pistas para revelar a natureza dos fenómenos que se seguiram à fusão.

Uma questão que se destacou, mesmo meses após a fusão, era se o evento havia produzido ou não um jacto estreito e veloz de material que chegou ao espaço interestelar. É uma questão importante, porque esses jactos são necessários para produzir o tipo de explosões de raios-gama que os teóricos dizem ser provocadas pela fusão de pares de estrelas de neutrões.

A resposta surgiu quando os astrónomos usaram uma combinação do VLBA (Very Long Baseline Array) da NSF, do VLA (Karl G. Jansky Very Large Array) e do GBT (Robert C. Byrd Green Bank Telescope) e descobriram que uma região de emissão de rádio da fusão tinha-se movido e o movimento era tão rápido que apenas um jacto podia explicar a sua velocidade.

“Nós medimos um movimento aparente que é quatro vezes mais rápido do que a luz. Essa ilusão, chamada de movimento superluminal, resulta quando o jacto é apontado quase na direcção da Terra e o material no jacto aproxima-se da velocidade da luz,” comenta Kunal Mooly, do NRAO (National Radio Astronomy Observatory) e do Caltech.

Os astrónomos observaram o objecto 75 dias após a fusão e novamente 230 dias depois.

“Com base na nossa análise, este jacto é provavelmente muito estreito, no máximo com 5 graus de largura, e foi apontado a apenas 20 graus da direcção da Terra,” salienta Adam Deller, da Universidade de Tecnologia de Swinburne e anteriormente do NRAO. “Mas, para coincidir com as nossas observações, o material no jacto tem que ter sido expelido a mais de 97% da velocidade da luz,” acrescentou.

O cenário que surgiu é que a fusão inicial das duas estrelas de neutrões super-densas provocou uma explosão que impulsionou uma “concha” esférica de detritos para fora. As estrelas de neutrões colapsaram num buraco negro cuja poderosa gravidade começou a puxar o material na sua direcção. Esse material formou um disco com rotação rápida, que por sua vez gerou um par de jactos que se movem para fora dos seus pólos.

À medida que o evento se desenrolava, a questão alterou-se para determinar se os jactos irromperiam da “concha” de detritos da explosão original. Os dados das observações indicaram que um jacto tinha interagido com os detritos, formando um “casulo” amplo de material que se expandia para fora. Esse casulo expande-se mais lentamente do que um jacto.

“A nossa interpretação é que o casulo dominou a emissão rádio até cerca de 60 dias após a fusão, e que depois o jacto é que dominou a emissão,” comenta Ore Gottlieb, da Universidade de Tel Aviv, um dos principais teóricos do estudo.

“Tivemos a sorte de poder observar este evento, porque se o jacto tivesse sido apontado para muito mais longe da [perspectiva da] Terra, a emissão rádio teria sido demasiado fraca para a detectarmos,” observa Gregg Hallinan do Caltech.

Os cientistas afirmaram que a detecção de um jacto veloz em GW170817 fortalece bastante a ligação entre as fusões de estrelas de neutrões e as explosões de raios-gama de curta duração. Acrescentaram também que é necessário que os jactos apontem para relativamente perto da Terra para que a explosão de raios-gama seja detectada.

“O nosso estudo demonstra que a combinação de observações do VLBA, do VLA e do GBT é um método poderoso de estudar os jactos e a física associada com os eventos de ondas gravitacionais,” realça Mooley.

“O evento de fusão foi importante por várias razões, e continua a surpreender os astrónomos com mais informações,” observa Joe Pesce, director do programa da NSF para o NRAO. “Os jactos são fenómenos enigmáticos vistos em vários ambientes, e agora estas observações extraordinárias na faixa de rádio do espectro electromagnético estão a proporcionar uma visão fascinante sobre elas, ajudando-nos a entender como funcionam.”

Mooley e colegas relataram as suas descobertas na versão online da revista Nature de dia 5 de Setembro.

Astronomia On-line
7 de Setembro de 2018

(Foram corrigidos 42 erros ortográficos ao texto original)

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670: ASTRÓNOMOS VÊM ERUPÇÃO DISTANTE À MEDIDA QUE BURACO NEGRO DESTRÓI UMA ESTRELA

Impressão de artista de um evento de ruptura de maré em Arp 299. A poderosa gravidade do buraco negro super-massivo despedaça a estrela, puxando material para um disco giratório em redor do buraco negro, e lançando para fora um jacto de partículas. A imagem de fundo é uma imagem do par de galáxias em colisão Arp 299, pelo Telescópio Espacial Hubble.
Crédito. Sophia Dagnello, NRAO/AUI/NSF; NASA, STScI

Pela primeira vez, os astrónomos observaram directamente a formação e expansão de um jacto veloz de material expulso quando a poderosa gravidade de um buraco negro super-massivo rasgou uma estrela que se aproximou demasiado do monstro cósmico.

Os cientistas acompanharam o evento com radiotelescópios e telescópios infravermelhos, incluindo o VLBA (Very Long Baseline Array) do NSF (National Science Foundation), num par de galáxias em colisão chamado Arp 299, a quase 150 milhões de anos-luz da Terra. No centro de uma das galáxias, um buraco negro 20 milhões de vezes mais massivo do que o Sol despedaçou uma estrela com duas massas solares, desencadeando uma cadeia de eventos que revelou detalhes importantes acerca do encontro violento.

Apenas foram detectadas algumas destas mortes estelares, chamadas eventos de ruptura de maré, embora os cientistas tenham teorizado que podem ser uma ocorrência mais comum. Os teóricos sugeriram que o material retirado da estrela moribunda forma um disco giratório em redor do buraco negro, emitindo raios-X intensos e luz visível, e que também lança jactos de material para fora a partir dos pólos do disco, quase à velocidade da luz.

“Nunca tínhamos conseguido observar directamente a formação e evolução de um jacto destes eventos,” afirma Miguel Perez-Torres, do Instituto Astrofísico da Andaluzia, em Granada, Espanha.

A primeira indicação veio no dia 30 de Janeiro de 2005, quando astrónomos que usavam o Telescópio William Herschel nas Ilhas Canárias descobriram uma explosão brilhante de emissão infravermelha oriunda do núcleo de uma das galáxias em colisão em Arp 299. No dia de 17 de Julho de 2005, o VLBA revelou uma nova e distinta fonte de emissão de rádio no mesmo local.

“Com o passar do tempo, o novo objecto permaneceu brilhante no infravermelho e no rádio, mas não no visível e raios-X,” acrescenta Seppo Mattila, da Universidade de Turku, na Finlândia. “A explicação mais provável é que o espesso gás interestelar e a poeira perto do centro da galáxia absorveram os raios-X e a luz visível, irradiados depois no infravermelho”. Os investigadores usaram o Telescópio Óptico Nórdico nas Ilhas Canárias e o telescópio espacial Spitzer da NASA para acompanhar a emissão infravermelha do objecto.

As observações de seguimento com o VLBA, com a EVN (European VLBI Network) e outros radiotelescópios, realizados ao longo de quase uma década, mostraram a fonte de emissão de rádio a expandir-se numa única direcção, tal como o esperado para um jacto. A expansão medida indicou que o material no jacto se movia a uma média de um-quarto da velocidade da luz. Felizmente, as ondas de rádio não são absorvidas no núcleo da galáxia, mas encontram o seu caminho através dele até alcançar a Terra.

Estas observações usaram múltiplas antenas de rádio, separadas por milhares de quilómetros, para obter o poder de resolução, ou capacidade para ver bons detalhes, necessário para detectar a expansão de um objecto tão distante. A paciente recolha de dados, durante anos, recompensou os cientistas com evidências de um jacto.

A maioria das galáxias tem um buraco negro super-massivo, com milhões ou milhares de milhões de vezes a massa do Sol, no núcleo. Num buraco negro, a massa está tão concentrada que a sua atracção gravitacional é tão forte que nem a luz consegue escapar. Quando esses buracos negros super-massivos estão activamente a atrair material do meio-ambiente em redor, esse material forma um disco giratório em redor do buraco negro, e jactos super-velozes de partículas são lançados para fora. Este é o fenómeno visto em galáxias de rádio e quasares.

“No entanto, na maior parte do tempo, os buracos negros super-massivos não estão a devorar nada, encontram-se num estado silencioso,” explicou Perez-Torres. “Os eventos de ruptura de maré podem fornecer-nos uma oportunidade única para avançar a nossa compreensão da formação e evolução de jactos nas vizinhanças desses poderosos objectos,” acrescentou.

“Por causa da poeira que absorveu qualquer luz visível, este evento específico de ruptura de marés pode ser apenas a ponta do icebergue do que até agora era uma população oculta,” afirma Mattila. “Ao procurarmos estes eventos com radiotelescópios e telescópios infravermelhos, podemos ser capazes de descobrir muitos mais e de aprender com eles,” comenta.

Tais eventos podem ter sido mais comuns no Universo distante, de modo que o seu estudo pode ajudar os cientistas a entender o ambiente no qual as galáxias se desenvolveram há milhares de milhões de anos atrás.

A descoberta, disseram os cientistas, foi uma surpresa. A explosão infravermelha inicial foi descoberta como parte de um projecto que procurava detectar explosões de supernova em tais pares de galáxias em colisão. Já foram vistas várias explosões estelares em Arp 299, até apelidada de “fábrica de super-novas”. Este novo objecto foi originalmente considerado uma explosão de supernova. Somente em 2011, seis anos após a descoberta, a porção de emissão de rádio começou a mostrar um alongamento. O acompanhamento subsequente mostrou a expansão a crescer, confirmando que o que os cientistas estavam a observar era um jacto, não uma supernova.

Mattila e Perez-Torres lideraram uma equipa de 36 cientistas de 26 instituições em todo o mundo nas observações de Arp 299. Publicaram os seus achados na edição online de 14 de Junho da revista Science. Para parte deste trabalho, foram usados dados do VLBA do NSF e do GBT (Green Bank Telescope).

Astronomia On-line
19 de Junho de 2018

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