Uma nova pesquisa indica que o “teorema da calvície”, que é tido como facto na astrofísica, pode não ser verdade.
NASA Horizonte de eventos do buraco negro da Via Láctea
Num recente artigo que ainda não foi revisto por pares, os físicos desafiam o longo e estabelecido “teorema da calvície” dos buracos negros, sugerindo que o modelo pode ser mais complexo do que se pensava anteriormente.
Se a teoria alternativa da gravidade, conhecida como formulação tele-paralela, estiver correta, poderá revolucionar aquilo que sabemos sobre o funcionamento dos buracos negros, explica o IFLScience.
O “teorema da calvície” postula que apenas três factores – massa, carga eléctrica e rotação – podem descrever tudo sobre um buraco negro. Assim, qualquer outra informação torna-se indistinguível para observadores externos assim que o buraco negro a consome.
Esta ideia é referida metaforicamente como “cabelo”, sugerindo que nenhuma informação emana de um buraco negro para além do seu ponto de não retorno.
Embora o “teorema da calvície” ainda não tenha sido definitivamente provado, muitos na comunidade de física aceitam-no como facto. No entanto, uma minoria procura evidências em contrário.
O artigo discutido explora principalmente a formulação tele-paralela da gravidade Einstein-Gauss-Bonnet — uma alternativa à Relatividade Geral.
Enquanto a Relatividade Geral resistiu fortemente a numerosos testes, entra em conflito com a mecânica quântica, nomeadamente sobre a ideia de que a informação nunca pode ser genuinamente erradicada.
Na abordagem tele-paralela, em vez de as massas dobrarem o espaço-tempo (conforme a concepção de Einstein da gravidade), elas torcem-no. Os autores identificaram dois métodos para resolver equações neste contexto.
Concentraram-se num que os levou ao conceito de “buracos negros cabeludos“. Isto sugere a presença de campos escalares fora do horizonte de eventos, fornecendo informações adicionais sobre o interior do buraco negro.
Os investigadores lembram que a descoberta de buracos negros cabeludos não é algo novo, já que outras teorias de gravidade modificada também propuseram soluções semelhantes.
No entanto, a sua exploração oferece uma perspectiva fresca, desafiando as visões tradicionais sobre a natureza dos buracos negros.
CIÊNCIA // ASTRONOMIA // ASTROFÍSICA // JAMES WEBB
O Telescópio Espacial James Webb (JWST, sigla inglesa para James Webb Space Telescope) registou novas e espantosas imagens da icónica Nebulosa do Anel (Messier 57 ou M57).
As imagens, divulgadas por uma equipa internacional de astrónomos, incluindo Jan Cami, Els Peeters e Nicholas Clark do Instituto para a Exploração da Terra e do Espaço da Universidade de Ontário Ocidental, mostram a beleza intrincada e etérea da nebulosa com um detalhe sem precedentes, proporcionando aos cientistas e ao público uma visão hipnotizante desta maravilha celeste.
Composição da Nebulosa do Anel pelo instrumento NIRCam do JWST. A imagem mostra claramente o anel principal, rodeado por um ténue haloe com muitas estruturas delicadas. O interior do anel está cheio de gás quente. A estrela que ejectou todo este material é visível bem no centro. A nebulosa foi ejectada apenas há cerca de 4000 anos. Crédito: NASA, ESA, CSA, Projeto de Imagem da Nebulosa do Anel do JWST; processamento – Roger Wesson
Para muitos entusiastas do céu, a Nebulosa do Anel (localizada na direcção da constelação de Lira) é um objecto bem conhecido e visível durante todo o verão. Mesmo um pequeno telescópio amador revela a característica estrutura de gás incandescente em forma de anel que deu o nome a M57.
“A primeira vez que vi a Nebulosa do Anel foi em criança, através de um pequeno telescópio”, disse o astrofísico Jan Cami, um dos principais membros do Projecto de Imagem da Nebulosa do Anel do JWST.
“Nunca pensei que um dia faria parte da equipa que utilizaria o telescópio espacial mais potente alguma vez construído para observar este objecto”.
A Nebulosa do Anel é muito popular entre os astrónomos, jovens e velhos, e Cami aponta frequentemente para este favorito dos fãs com o telescópio refractor da sua universidade para os visitantes do Observatório Memorial Hume Cronyn durante os eventos públicos nos meses de verão.
“Cientificamente, estou muito interessado em saber como é que uma estrela transforma o seu invólucro gasoso nesta mistura de moléculas simples e complexas e grãos de poeira, e estas novas observações vão ajudar-nos a descobrir isso”, disse Cami.
Messier 57 é uma nebulosa planetária, nebulosas estas que são remanescentes de estrelas moribundas que libertam grande parte da sua massa no fim das suas vidas.
A sua estrutura distinta e cores vibrantes há muito que cativam a imaginação humana. As imagens deslumbrantes captadas pelo JWST fornecem uma oportunidade sem paralelo para estudar e compreender os processos complexos que deram forma a esta obra-prima cósmica.
“O Telescópio Espacial James Webb proporcionou-nos uma visão extraordinária da Nebulosa do Anel que nunca tínhamos visto antes. As imagens de alta resolução não só mostram os detalhes intrincados da concha em expansão da nebulosa, mas também revelam a região interior em torno da anã branca central com uma nitidez requintada,” disse Mike Barlow, professor emérito de física e astronomia do Colégio Universitário de Londres e cientista co-líder do Projecto de Imagem da Nebulosa do Anel do JWST.
“Estamos a testemunhar os capítulos finais da vida de uma estrela, uma ante-visão do futuro distante do Sol, por assim dizer, e as observações do JWST abriram uma nova janela para a compreensão destes eventos cósmicos inspiradores.
Podemos usar a Nebulosa do Anel como laboratório para estudar como as nebulosas planetárias se formam e evoluem”.
O campo de visão completo fotografado com o instrumento NIRCam do Webb, com caixas a indicar a localização dos campos. A região A mostra a estrela central; a região B realça os milhares de aglomerados densos no anel principal; a região C mostra as “listras” radiais que aparecem no halo exterior; e a região D mostra nuvens de gás ainda mais afastadas. Crédito: NASA, ESA, CSA, Projeto de Imagem da Nebulosa do Anel do JWST; processamento – Roger Wesson
As características impressionantes de M57 são um testemunho do seu ciclo de vida estelar. A cerca de 2600 anos-luz de distância da Terra, nasceu de uma estrela moribunda que expeliu as suas camadas exteriores para o espaço.
O que torna estas nebulosas verdadeiramente deslumbrantes é a sua variedade de formas e padrões, que muitas vezes incluem anéis delicados e brilhantes, bolhas em expansão ou nuvens intrincadas e finas.
Estes padrões são a consequência da complexa interacção de processos físicos ainda não bem compreendidos. A radiação da estrela central quente ilumina agora estas camadas.
Tal como no fogo de artifício, os diferentes elementos químicos da nebulosa emitem luz de cores específicas. Isto resulta em objectos requintados e coloridos, o que permite aos astrónomos estudar em pormenor a evolução química destes objectos.
“Estas imagens são mais do que apenas atractivos estéticos; fornecem uma grande quantidade de conhecimentos científicos sobre os processos de evolução estelar.
Ao estudar a Nebulosa do Anel com o JWST, esperamos obter uma compreensão mais profunda dos ciclos de vida das estrelas e dos elementos que libertam para o cosmos”, disse Nick Cox, membro do ACRI-ST (França) e cientista co-líder do Projecto de Imagem da Nebulosa do Anel do JWST.
A equipa internacional de investigação que analisa estas imagens inclui investigadores do Reino Unido, França, Canadá, EUA, Suécia, Espanha, Brasil, Irlanda e Bélgica.
Peeters, juntamente com Cami e Clark, desempenhou um papel fundamental na investigação espectroscópica do projecto. A espectroscopia é o estudo da absorção e emissão de luz e de outras radiações pela matéria.
“A estrutura deste objecto é incrível, e pensar que tudo isto foi criado por uma única estrela moribunda”, disse Peeters, astrofísica Universidade de Ontário Ocidental e membro do Projecto de Imagem da Nebulosa do Anel do JWST.
“Para além do tesouro morfológico, há também muita informação sobre a composição química do gás e da poeira nestas observações. Até encontrámos grandes moléculas carbonáceas neste objecto e ainda não temos uma ideia clara de como foram lá parar.”
O Telescópio Espacial James Webb, uma colaboração conjunta entre a NASA, a ESA e a Agência Espacial Canadiana (CSA), provou ser um factor de mudança na astronomia.
As suas capacidades vão além do que era possível com os telescópios espaciais anteriores, permitindo aos cientistas penetrar mais profundamente no cosmos e explorar novas fronteiras do Universo.
A Agência Espacial Europeia validou o desenho dos instrumentos científicos da missão Ariel, que conta com importante participação do Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA).
A missão Ariel, da Agência Espacial Europeia (ESA), que conta com participação do Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA), irá observar a composição química de 1000 planetas em órbita de outras estrelas, e transformar a nossa compreensão sobre como se formam e evoluem os sistemas planetários.
A missão recebeu luz verde na revisão preliminar ao projecto dos instrumentos científicos (Preliminary Design Review, ou PDR), que é a confirmação por parte dos técnicos da ESA de que os módulos para a ciência da missão respondem a todos os requisitos.
Os instrumentos poderão agora começar a ser construídos e testados, o que permite manter a data de lançamento para 2029.
Estima-se que, só na nossa galáxia, haja biliões de planetas. A diversidade dos mais de 5000 que foram já descobertos não encontra paralelo no Sistema Solar, e para os cientistas ainda não é claro quais os factores que são determinantes na história evolutiva dos planetas.
A Ariel é a missão espacial dedicada a tentar resolver este puzzle e enquadrar o Sistema Solar no contexto dos seus vizinhos galácticos.
Irá observar na luz visível e no infravermelho as atmosferas – os seus elementos ou compostos químicos, as nuvens e a variação da temperatura na vertical – e o interior de cerca de 1000 planetas gasosos e rochosos já descobertos.
Foram seleccionados para esta missão por serem quentes ou mornos, nos quais é mais fácil fazer o seu “retrato químico” completo.
O conjunto de instrumentos científicos da Ariel está a ser desenvolvido por um consórcio de mais de 50 instituições de 16 países membros da Agência Espacial Europeia. Portugal faz parte do consórcio e tem uma forte contribuição.
Para além de um co-investigador Principal, Pedro Machado, representante nacional da Ariel, investigador do IA e da Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa, lideram ou participam em grupos de trabalho vários investigadores do IA, como Elisa Delgado-Mena, Olivier Demangeon e Tiago Campante, da Universidade do Porto/CAUP.
Em conjunto, integram e cruzam o conhecimento sobre estrelas, exoplanetas e atmosferas planetárias, áreas essenciais para a ciência que será feita com a Ariel.
“Os nossos objectivos científicos tiveram influência nas decisões do design dos instrumentos agora validado, por exemplo na selecção dos filtros a usar e na sensibilidade necessária”, diz Pedro Machado, responsável pela equipa que explora as sinergias entre o conhecimento sobre o Sistema Solar e o dos exoplanetas.
“Também na engenharia, o grupo do IA de Instrumentação e Sistemas para a Astronomia tem um papel fundamental”, acrescenta.
Este grupo co-lidera, com a Universidade de Oxford, o desenvolvimento do sistema de suporte óptico em terra, para o teste e verificação dos requisitos do telescópio e dos sensores do instrumento.
“O grupo está a desenvolver a componente de iluminação na luz visível e infravermelha, assim como um conjunto de sensores ópticos e de infravermelhos de referência”, diz Manuel Abreu, do IA e de Ciências ULisboa, responsável pela componente portuguesa de instrumentação da missão Ariel.
“A fase seguinte será a produção dos desenhos finais e, depois da aprovação da ESA, a construção do sistema de teste, que será instalado no Royal Appleton Laboratory, no Reino Unido”.
O próximo passo da missão passará pelo Critical Design Review e pela construção e teste dos primeiros módulos.
A Agência Espacial Portuguesa tem sido crucial na coordenação dos esforços das equipas nacionais envolvidas, assim como no apoio aos projectos a financiamento por parte da Agência Espacial Europeia, através do programa PRODEX.
Da parte da engenharia, Portugal participa também no sistema de absorção de luz indesejável que se introduz no telescópio, através da Active Space Technologies.
Em 2029, o telescópio Ariel será colocado num ponto para lá da órbita da Lua, a cerca de 1,5 milhões de quilómetros da Terra, na mesma região onde se encontram os telescópios Euclid e James Webb. A duração prevista para a missão é de 4 anos.
O Universo contém muitos e poderosos buracos negros super-massivos que criam fortes jactos de partículas altamente energéticas, produzindo fontes de brilho extremo na vastidão do espaço.
Quando um desses jactos aponta directamente para a Terra, os cientistas apelidam ao sistema que contém o buraco negro de blazar.
Esta ilustração da NASA mostra a estrutura do jacto de um buraco negro, tal como inferido por observações recentes do blazar Markarian 421 pelo IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer). O jacto é alimentado por um disco de acreção, mostrado na parte inferior da imagem, que orbita e cai no buraco negro ao longo do tempo. O jacto é atravessado por campos magnéticos helicoidais. As observações do IXPE mostraram que os raios-X devem ser gerados num choque originado no material que espirala em torno dos campos magnéticos helicoidais. A inserção mostra a frente de choque propriamente dita. Os raios-X são gerados na região branca mais próxima da frente de choque, enquanto as emissões ópticas e de rádio devem ter origem em regiões mais turbulentas, mais afastadas do choque. Crédito: NASA/Pablo Garcia
Para compreender por que razão as partículas do jacto se movem com grandes velocidades e energias, os cientistas voltam-se para o IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer) da NASA, que foi lançado em Dezembro de 2021.
O IXPE mede uma propriedade especial da luz de raios-X chamada polarização, que tem a ver com a organização das ondas electromagnéticas nas frequências de raios-X.
Esta semana, uma equipa internacional de astrofísicos publicou novas descobertas do IXPE sobre um blazar chamado Markarian 421. Este blazar, localizado na direcção da constelação da Ursa Maior, a cerca de 400 milhões de anos-luz da Terra, surpreendeu os cientistas com evidências de que, na parte do jacto onde as partículas estão a ser aceleradas, o campo magnético tem uma estrutura helicoidal.
“Markarian 421 é um velho amigo dos astrónomos de alta energia”, disse a astrofísica da Agência Espacial Italiana Laura Di Gesu, autora principal do novo artigo.
“Tínhamos a certeza de que o blazar seria um alvo interessante para o IXPE, mas as suas descobertas foram além das nossas melhores expectativas, demonstrando com sucesso como a polarimetria de raios-X enriquece a nossa capacidade de sondar a complexa geometria do campo magnético e a aceleração de partículas em diferentes regiões de jactos relativistas.”
O novo estudo que detalha as descobertas da equipa do IXPE em Markarian 421 está disponível na última edição da Nature Astronomy.
Jactos como o que irradia de Markarian 421 podem estender-se por milhões de anos-luz. São especialmente brilhantes porque, à medida que as partículas se aproximam da velocidade da luz, libertam uma enorme quantidade de energia e comportam-se de formas estranhas que Einstein previu.
Os jactos dos blazares são extra brilhantes porque, tal como a sirene de uma ambulância soa mais alto à medida que se aproxima, a luz apontada na nossa direcção também parece mais brilhante. É por isso que os blazares podem ofuscar todas as estrelas das galáxias que habitam.
Apesar de décadas de estudo, os cientistas ainda não compreendem totalmente os processos físicos que determinam a dinâmica e a emissão dos jactos dos blazares.
Mas a inovadora polarimetria de raios-X do IXPE – que mede a direcção média do campo eléctrico das ondas de luz – dá-lhes uma visão sem precedentes destes alvos, da sua geometria física e da origem das suas emissões.
Os modelos de investigação para o fluxo típico dos poderosos jactos apresentam normalmente uma estrutura helicoidal em espiral, semelhante à forma como o ADN humano está organizado. Mas os cientistas não esperavam que a estrutura em hélice contivesse regiões de partículas a serem aceleradas por choques.
O IXPE encontrou uma surpreendente variabilidade no ângulo de polarização durante três observações prolongadas de Markarian 421 em Maio e Junho de 2022.
“Tínhamos previsto que a direcção da polarização pudesse mudar, mas pensámos que grandes rotações fossem raras, com base em observações ópticas anteriores de muitos blazares”, disse Herman Marshall, físico investigador do MIT (Massachusetts Institute of Technology) em Cambridge e co-autor do artigo. “Por isso, planeámos várias observações do blazar, com a primeira a mostrar uma polarização constante de 15%.”
Notavelmente, acrescentou, a análise inicial dos dados de polarização do IXPE parecia mostrar que a polarização tinha caído para zero entre a primeira e a segunda observação.
“Depois reconhecemos que a polarização era na verdade quase a mesma, mas a sua direcção deu literalmente uma volta, rodando quase 180 graus em dois dias”, disse Marshall.
“Depois voltou a surpreender-nos durante a terceira observação, que começou um dia mais tarde, ao observarmos que a direcção da polarização continuava a rodar ao mesmo ritmo.”
Mais estranho ainda é que as medições simultâneas no visível, no infravermelho e no rádio não mostraram qualquer alteração na estabilidade ou na estrutura – mesmo quando as emissões de raios-X polarizados se desviaram.
Isto significa que uma onda de choque pode estar a propagar-se ao longo de campos magnéticos em espiral no interior do jacto.
O conceito de uma onda de choque que acelera as partículas do jacto é consistente com as teorias acerca de Markarian 501, um segundo blazar observado pelo IXPE que levou a um estudo publicado no final de 2022.
Mas o seu primo Markarian 421 mostra evidências mais claras de um campo magnético helicoidal contribuindo para o choque.
Di Gesu, Marshall e colegas estão ansiosos por realizar mais observações de Markarian 421 e de outros blazares para aprender mais sobre estas flutuações do jacto e com que frequência elas ocorrem.
“Graças ao IXPE, é uma altura empolgante para o estudo dos jactos astrofísicos”, disse Di Gesu.
O IXPE é uma colaboração entre a NASA e a Agência Espacial Italiana com parceiros e colaboradores científicos em 12 países. O IXPE é dirigido pelo Centro de Voo Espacial Marshall da NASA em Huntsville, Alabama.
A Ball Aerospace, com sede em Broomfield, no estado norte-americano do Colorado, gere as operações da nave espacial juntamente com o Laboratório de Física Atmosférica e Espacial da Universidade do Colorado, em Boulder.
As observações de Markarian 421 pelo IXPE foram complementadas com dados recolhidos por observatórios parceiros nos Estados Unidos, França, Japão, Espanha e na ilha de Creta.
As estrelas brilham na escuridão do espaço graças à fusão, átomos que se fundem e libertam energia. Mas e se houver outra forma de energizar uma estrela?
Estes três objectos (JADES-GS-z13-0, JADES-GS-z12-0 e JADES-GS-z11-0) foram originalmente identificados como galáxias em Dezembro de 2022 pelo levantamento JADES (JWST Advanced Deep Extragalactic Survey). Agora, uma equipa que inclui Katherine Freese, da Universidade do Texas em Austin, especula que poderão ser, na realidade, “estrelas escuras”, objectos teóricos muito maiores e mais brilhantes do que o nosso Sol, alimentados pela aniquilação de partículas de matéria escura. Crédito: NASA/ESA
Uma equipa de astrofísicos, incluindo Katherine Freese da Universidade do Texas em Austin, analisou imagens do JWST (James Webb Space Telescope) e encontrou três objectos brilhantes que podem ser “estrelas escuras”, objectos teóricos muito maiores e mais brilhantes do que o nosso Sol, alimentados pela aniquilação de partículas de matéria escura.
Se confirmadas, as estrelas escuras poderão revelar a natureza da matéria escura, um dos mais profundos problemas por resolver em toda a física.
“Descobrir um novo tipo de estrela é muito interessante por si só, mas descobrir que é a matéria escura que está a alimentá-la – isso seria incrível”, disse Freese, directora do Instituto Weinberg de Física Teórica.
Embora a matéria escura represente cerca de 25% do Universo, a sua natureza tem escapado aos cientistas. Os cientistas pensam que consiste num novo tipo de partícula elementar, e a caça à detecção dessas partículas está em curso.
Entre os principais candidatos estão as WIMPs (Weakly interacting massive particles). Quando colidem, estas partículas aniquilam-se, depositando calor em nuvens de hidrogénio em colapso e convertendo-as em estrelas escuras brilhantes.
A identificação de estrelas escuras super-massivas abriria a possibilidade de aprender sobre a matéria escura com base nas suas propriedades observadas.
A investigação foi publicada na revista PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences). Para além de Freese, os co-autores são Cosmin Ilie e Jillian Paulin da Universidade Colgate.
Observações posteriores das propriedades espectroscópicas dos objectos, também pelo Webb – incluindo quedas ou excesso de intensidade luminosa em certas bandas de frequência -, poderão ajudar a confirmar se estes objectos candidatos são de facto estrelas escuras.
A confirmação da existência de estrelas escuras pode também ajudar a resolver um problema criado pelo JWST: parece haver demasiadas galáxias grandes demasiado cedo no Universo para se ajustarem às previsões do modelo padrão da cosmologia.
“É mais provável que algo dentro do modelo padrão precise de ser ajustado, porque propor algo completamente novo, como nós fizemos, é sempre menos provável”, disse Freese.
“Mas se alguns destes objectos que se parecem com galáxias primitivas forem, na realidade, estrelas escuras, as simulações da formação galáctica encaixam melhor com as observações.”
As três estrelas escuras candidatas (JADES-GS-z13-0, JADES-GS-z12-0 e JADES-GS-z11-0) foram originalmente identificadas como galáxias em Dezembro de 2022 pelo levantamento JADES (JWST Advanced Deep Extragalactic Survey).
Usando análise espectroscópica, a equipa do JADES confirmou que os objectos foram observados entre 320 milhões e 400 milhões de anos após o Big Bang, o que os torna alguns dos objectos mais antigos alguma vez observados.
“Quando olhamos para os dados do James Webb, há duas possibilidades concorrentes para estes objectos”, disse Freese. “Uma é que são galáxias que contêm milhões de estrelas normais, de população III.
A outra é que são estrelas escuras. E, acredite-se ou não, uma estrela escura tem luz suficiente para competir com uma galáxia inteira”.
As estrelas escuras podem, teoricamente, crescer até atingirem vários milhões de vezes a massa do nosso Sol e até 10 mil milhões de vezes o seu brilho.
A ideia das estrelas escuras teve origem numa série de conversas entre Freese e Doug Spolyar, na altura um estudante da Universidade da Califórnia, em Santa Cruz. Eles perguntavam-se: O que é que a matéria escura faz às primeiras estrelas que se formam no Universo?
Depois contactaram Paolo Gondolo, um astrofísico da Universidade do Utah, que se juntou à equipa. Após vários anos de desenvolvimento, publicaram o seu primeiro artigo sobre esta teoria na revista Physical Review Letters em 2008.
A Dra. Varsha Ramachandran do ZAH (Zentrum für Astronomie; Centro para Astronomia em português) da Universidade de Heidelberg e os seus colegas descobriram a primeira estrela “despojada” de massa intermédia.
Esta descoberta marca um elo em falta na nossa imagem da evolução estelar em direcção a sistemas com estrelas de neutrões em fusão, que são cruciais para compreender a origem de elementos pesados, como a prata e o ouro.
A Dra. Ramachandran é pós-doutorada no grupo de investigação do Dr. Andreas Sander, localizado no ARI (Astronomisches Rechen-Institut; Instituto de Cálculo Astronómico em português) do ZAH. Estes resultados foram agora publicados na revista Astronomy & Astrophysics Letters.
Impressão artística do sistema binário massivo descoberto, constituído por uma estrela despojada em segundo plano e uma estrela Be em primeiro plano. Embora a estrela despojada pareça maior, só lhe restam 3 massas solares depois de lhe ter sido retirado o invólucro exterior. A estrela em primeiro plano ganhou muita massa e está agora a girar rapidamente, resultando numa forma oblata e num disco circundante. Crédito: Elisa Schösser
A equipa de investigadores descobriu a primeira representante da população de estrelas despojadas de massa intermédia, há muito prevista, mas ainda não confirmada.
As “estrelas despojadas” são estrelas que perderam a maior parte das suas camadas exteriores, revelando o seu núcleo quente e denso, rico em hélio, que resulta da fusão nuclear do hidrogénio em hélio.
A maioria destas estrelas despojadas formam-se em sistemas binários, nos quais a forte atracção gravitacional de uma estrela retira e acreta matéria da sua companheira.
Há muito tempo que os astrofísicos conhecem a existência de estrelas despojadas de massa baixa, conhecidas como sub-anãs, bem como as suas primas massivas, conhecidas como estrelas Wolf-Rayet.
Mas, até agora, nunca tinham conseguido encontrar nenhuma das chamadas “estrelas despojadas de massa intermédia”, o que levantava a questão de saber se a nossa imagem teórica básica precisava de uma revisão importante.
Ao examinarem estrelas quentes e luminosas com instrumentos de espetroscopia de alta resolução do VLT (Very Large Telescope) do ESO, no Chile, a Dra. Ramachandran e os seus colegas detectaram assinaturas suspeitas no espectro de uma estrela quente e massiva que anteriormente tinha sido classificada como um objecto único.
Uma investigação detalhada do espectro revelou que o objecto não é apenas uma estrela, mas sim um sistema binário, consistindo da estrela despojada de massa intermédia e de uma companheira com rotação rápida, uma chamada estrela Be, que tinha sido acelerada graças à acreção de massa da estrela despojada progenitora. O sistema está localizado na Pequena Nuvem de Magalhães (PNM), uma galáxia anã vizinha.
As estrelas desta galáxia têm uma menor abundância de elementos mais pesados, simplesmente designados “metais” pelos astrofísicos, do que as estrelas massivas da nossa Via Láctea.
As estrelas massivas pobres em metais da PNM funcionam, portanto, como uma janela para o passado da nossa própria Galáxia e para a evolução química do Universo.
Ilustração esquemática da evolução do recém-descoberto sistema binário massivo em direcção a um evento de fusão de uma estrela de neutrões dupla. Uma super-nova de invólucro despojado ocorre no meio, seguida por um binário de raios X Be. Crédito: Varsha Ramachandran, ZAH/ARI
A Dra. Ramachandran fez os seus estudos universitários na Índia, antes de se mudar para Potsdam, na Alemanha, para o seu doutoramento. Desde Setembro de 2021 que trabalha no ZAH/ARI. “Com a nossa descoberta, demonstramos que a população destas estrelas, há muito desaparecida, de facto existe!
Mas as nossas descobertas também indicam que podem ter um aspecto muito diferente do que esperávamos”, explica a Dra. Ramachandran e acrescenta que, em vez de terem perdido completamente as suas camadas exteriores, essas estrelas podem reter uma quantidade pequena, mas suficiente de hidrogénio no topo dos seus núcleos de hélio, o que as faz parecer muito maiores e mais frias do que realmente são.
“Por isso, chamamos-lhes ‘estrelas parcialmente despojadas'”, acrescenta. O Dr. Andreas Sander salienta que o seu manto de hidrogénio remanescente é uma forma de disfarce.
“As estrelas parcialmente despojadas parecem muito semelhantes a estrelas quentes normais, não despojadas, escondendo-se assim à vista de todos.
Apenas dados de alta resolução combinados com uma análise espectral cuidadosa e modelos computacionais detalhados podem revelar a sua verdadeira natureza”. Não é de admirar que tenham escapado à detecção durante tanto tempo.
“O que mais chamou a atenção nesta estrela foi a sua massa: algumas vezes mais massiva do que o nosso Sol pode parecer muito, mas é extraordinariamente leve para a sua aparência de super-gigante azul”, explica o líder do grupo de investigação.
O Dr. Jakub Klencki, investigador independente do ESO e co-autor do respectivo trabalho de investigação, explica que o sistema recém-descoberto serve de elo crítico na cadeia evolutiva que liga várias diferentes “espécies” de objectos exóticos.
“Os nossos modelos de evolução estelar prevêem que, daqui a cerca de um milhão de anos, a estrela despojada explodirá como uma super-nova de invólucro despojado, deixando para trás uma estrela de neutrões remanescente”, sublinha o Dr. Klencki acerca da nova descoberta.
A descoberta da Dra. Ramachandran e dos seus colegas marca a primeira estrela despojada deste tipo encontrada até à data numa galáxia pobre em metais.
Se o binário sobreviver à explosão de super-nova, os papéis das duas estrelas inverter-se-ão: Nesse caso, a estrela Be companheira doará massa à estrela de neutrões acretora, tornando-se num chamado binário de raios X Be.
Estes sistemas fascinantes são considerados os progenitores dos eventos de fusão de estrelas de neutrões duplas, talvez os maiores espectáculos cósmicos observados até à data e a origem de elementos químicos como a prata ou o ouro.
Compreender o seu percurso de formação é um dos principais desafios da astrofísica moderna e as observações das fases evolutivas intermédias são cruciais para o conseguir.
“A nossa descoberta acrescenta uma peça importante ao puzzle, fornecendo as primeiras restrições directas sobre a forma como se processa a evolução da transferência de massa em sistemas estelares tão massivos”, conclui a Dra. Ramachandran.
O astrofísico Geraint Lewis, da Universidade de Sidney, e o estatístico Brendon Brewer, da Universidade de Auckland, descobriram provas de que o tempo corria significativamente mais devagar no Universo primitivo.
(CC0/PD) insspirito / pixabay
Este fenómeno, conhecido como dilatação do tempo, foi observado pela primeira vez através do estudo das flutuações de galáxias distantes, chamadas galáxias quasares, durante a Aurora Cósmica.
Os resultados deste estudo foram publicados na revista Nature Astronomy.
Através da sua investigação, Lewis e Brewer descobriram que, devido à expansão acelerada do Universo, as flutuações das galáxias quasares parecem desenrolar-se a um ritmo cinco vezes mais lento do que se estivessem a ocorrer nas proximidades.
Esta descoberta marca a observação mais distante da dilatação do tempo e fornece informações valiosas sobre o comportamento dos quasares.
“Olhando para trás, para uma altura em que o Universo tinha pouco mais de mil milhões de anos, vemos que o tempo parece fluir cinco vezes mais devagar”, explica Lewis, citado pelo ScienceAlert.
“Se estivéssemos lá, nesse Universo infantil, um segundo pareceria um segundo – mas da nossa posição, mais de 12 mil milhões de anos no futuro, esse tempo inicial parece arrastar-se”.
O conceito de dilatação do tempo está associado à interacção entre o espaço e o tempo no Universo.
A expansão acelerada do Universo faz com que a luz de fontes distantes se estique à medida que o espaço se expande, resultando numa mudança para comprimentos de onda maiores e mais vermelhos.
Este efeito, conhecido como efeito Doppler, também pode ser observado na Terra, por exemplo, quando a sirene de uma ambulância parece esticar-se à medida que se afasta.
Do mesmo modo, o tempo é afectado pela velocidade relativa, levando à percepção de acontecimentos em câmara lenta. As explosões de super-novas já forneceram provas deste fenómeno, mas os quasares apresentam uma oportunidade diferente de estudo.
“Enquanto as super-novas actuam como um único clarão de luz, o que as torna mais fáceis de estudar, os quasares são mais complexos, como um espectáculo de fogo de artifício contínuo.
O que fizemos foi desvendar este espectáculo de fogo de artifício, mostrando que os quasares também podem ser usados como marcadores de tempo padrão para o Universo primitivo”, explica Lewis.
Para levar a cabo a sua investigação, os cientistas analisaram uma amostra de 190 quasares que abrangem um período de 2,45 a 12,17 mil milhões de anos atrás. Com aproximadamente 200 observações para cada quasar, conseguiram reconstruir as flutuações em grande pormenor.
“Com estes novos dados e análises, conseguimos encontrar o elusivo tique-taque dos quasares, e eles comportam-se exactamente como a relatividade de Einstein prevê”, explica Lewis.
Esta investigação inovadora não só confirma o modelo padrão da cosmologia, como também realça a importância de considerar a dilatação do tempo quando se estuda o comportamento dos quasares.
A investigadora Susana Iglesias-Groth, do IAC (Instituto de Astrofísica de Canarias), descobriu a existência de triptofano, um aminoácido essencial para a formação de proteínas e para o desenvolvimento de organismos vivos, num sistema estelar da Nuvem de Perseu.
Para o efeito, utilizou dados do Observatório Espacial Spitzer. Os resultados desta descoberta foram publicados na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Composição artística de moléculas de triptofano na região de formação estelar IC 348, localizada na constelação de Perseu. Crédito: Gabriel Pérez Díaz (IAC)
O triptofano é um dos 20 aminoácidos considerados essenciais para a formação das proteínas, que são macro-moléculas fundamentais para o desenvolvimento da vida na Terra. Este aminoácido tem muitas características espectrais no infravermelho, como já tinha sido caracterizado Iglesias Groth.
Usando dados do Observatório Espacial Spitzer, ela identificou mais de 10 bandas de emissão desta molécula, as mais fortes de acordo com as suas medições laboratoriais. “Dada a cobertura espectral no infravermelho e a grande base de dados espectroscópicos do telescópio Spitzer, este aminoácido era o candidato óbvio a procurar no espaço”, explica a astrofísica.
O estudo teve em conta dados de muitas regiões de formação estelar e planetária, mas foi numa das regiões mais próximas e mais bem conhecidas, o complexo de nuvens moleculares em Perseu, e em particular no sistema estelar IC 348, que a combinação de todos os dados espectroscópicos do satélite permitiu atingir a sensibilidade máxima e identificar linhas que o triptofano produz em laboratório.
“IC 348 é uma região excepcional de formação estelar e um laboratório químico extraordinário; graças à sua proximidade com a Terra, podemos realizar algumas das buscas mais sensíveis de moléculas no meio interestelar”, observa Iglesias-Groth, que recentemente detectou na mesma região evidências de outras moléculas como água (H20), dióxido de carbono (CO2), cianeto de hidrogénio (HCN), acetileno (C2H), benzeno (C6H6), HAPs (hidrocarbonetos aromáticos policíclicos) e fulerenos, entre outros.
“A novidade deste trabalho é que o triptofano nunca havia sido detectado no meio interestelar e, além disso, apesar de décadas de investigação, não houve detecção confirmada de outros aminoácidos em nenhuma outra região de formação estelar”, enfatiza a cientista.
O estudo apresenta evidências de que as linhas de emissão associadas ao triptofano podem também estar presentes noutras regiões de formação estelar e sugere que a sua presença, e possivelmente a de outros aminoácidos, é comum no gás a partir do qual as estrelas e os planetas se formam.
“É provável que os aminoácidos, os blocos de construção das proteínas, possam estar a enriquecer o gás nos discos protoplanetários e nas atmosferas de exoplanetas jovens, recém-formados e talvez a acelerar o aparecimento de vida nesses locais”, afirma Iglesias-Groth.
A análise das bandas de emissão desta molécula também permitiu estimar a temperatura a que o gás desta nuvem se encontra: cerca de 280 Kelvin, ou seja, perto de 0º C, uma temperatura muito semelhante à medida para o hidrogénio molecular e para a água no meio interestelar de IC 348 em estudos anteriores publicados por Iglesias-Groth.
O novo trabalho apresenta também uma estimativa da abundância de triptofano na mesma região: cerca de dez mil milhões de vezes menos abundante do que o hidrogénio molecular.
“É sabido que os aminoácidos fazem parte dos meteoritos e podem ter estado presentes desde a formação do Sistema Solar”, explica Iglesias-Groth.
“A descoberta do triptofano e, esperemos, de outros aminoácidos no futuro, pode indicar que os agentes de construção de proteínas, que são fundamentais para o desenvolvimento de organismos vivos, existem naturalmente nas regiões onde as estrelas e os sistemas planetários se formam, e que a vida pode ser mais comum na nossa Galáxia do que poderíamos prever”, conclui.
Perto do centro da Via Láctea está um objecto imenso a que os astrónomos chamam Sagitário A*. Este buraco negro “super-massivo” pode ter crescido em conjunto com a nossa Galáxia e não é único. Os cientistas suspeitam que gigantes semelhantes se escondem no coração de quase todas as grandes galáxias do cosmos.
Um buraco negro super-massivo emite um jacto de partículas energéticas nesta ilustração. Crédito: NASA/JPL-Caltech
Alguns podem tornar-se realmente grandes, disse Joseph Simon, investigador pós-doutorado do Departamento de Ciências Astrofísicas e Planetárias da Universidade da Califórnia em Boulder.
“O buraco negro no centro da nossa Galáxia tem milhões de vezes a massa do Sol, mas também vemos outros que pensamos terem milhares de milhões de vezes a massa do Sol”, afirmou.
O astrofísico tem dedicado a sua carreira a estudar o comportamento destes objectos difíceis de observar. Num estudo recente, utilizou simulações de computador, ou “modelos”, para prever as massas dos maiores buracos negros super-massivos do Universo – um conceito matemático conhecido como função de massa do buraco negro.
Por outras palavras, Simon procurou determinar o que se poderia encontrar se fosse possível colocar cada um destes buracos negros, um a um, numa escala gigantesca.
Os seus cálculos sugerem que, há milhares de milhões de anos, os buracos negros podem ter sido, em média, muito maiores do que os cientistas suspeitavam.
As descobertas poderão ajudar os investigadores a desvendar um mistério ainda maior, elucidando as forças que moldaram objectos como Sagitário A*, à medida que se transformaram de pequenos buracos negros nos gigantes que são hoje.
“Estamos a começar a ver, a partir de uma variedade de fontes diferentes, que houve coisas bastante massivas no Universo desde muito cedo”, disse Simon.
Simon publicou as suas descobertas a 30 de maio na revista The Astrophysical Journal Letters.
Em 2022, os cientistas do EHT (Event Horizon Telescope) obtiveram a primeira imagem de Sagitário A*, o buraco negro no centro da Via Láctea. Crédito: Colaboração EHT
Sinfonia galáctica
Para Simon, essas “coisas bastante massivas” são o seu ganha-pão.
O astrofísico faz parte de um segundo esforço de investigação chamado NANOGrav (North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves). Através deste projecto, Simon e centenas de outros cientistas dos EUA e do Canadá passaram 15 anos à procura de um fenómeno conhecido como “fundo estocástico de ondas gravitacionais”.
O conceito refere-se ao fluxo constante de ondas gravitacionais, ou ondulações gigantes no espaço e no tempo, que vagueiam pelo Universo num ritmo quase constante.
Esta agitação cósmica deve também a sua origem aos buracos negros super-massivos. Simon explicou que, se duas galáxias chocam uma com a outra no espaço, os seus buracos negros centrais podem também colidir e até fundir-se.
Giram à volta um do outro antes de colidirem como dois pratos de uma orquestra – só que este choque de pratos gera ondas gravitacionais, distorcendo literalmente o tecido do Universo.
No entanto, para compreender o fundo de ondas gravitacionais, os cientistas precisam primeiro de saber quão massivos são realmente os buracos negros super-massivos do Universo. Címbalos maiores, disse Simon, fazem um estrondo maior e produzem ondas gravitacionais muito maiores.
Só há um problema:
“Temos medições muito boas das massas dos buracos negros super-massivos para a nossa Galáxia e para as galáxias vizinhas”, disse. “Não temos o mesmo tipo de medições para galáxias mais distantes. Temos de adivinhar”.
Buracos negros em ascensão
Na sua nova investigação, Simon decidiu adivinhar de uma forma totalmente nova.
Primeiro, reuniu informações sobre centenas de milhares de galáxias, algumas com milhares de milhões de anos (a luz só pode viajar a uma certa velocidade, por isso, quando os humanos observam galáxias que estão mais longe, estão a olhar para trás no tempo).
Simon usou essa informação para calcular a massa aproximada dos buracos negros das maiores galáxias do Universo.
Em seguida, utilizou modelos informáticos para simular o fundo de ondas gravitacionais que essas galáxias poderiam criar e que actualmente se abatem sobre a Terra.
Os resultados de Simon revelam toda a variedade de massas de buracos negros super-massivos no Universo até há 4 mil milhões de anos. Também reparou em algo estranho: parecia haver muito mais galáxias grandes espalhadas pelo Universo há milhares de milhões de anos do que alguns estudos anteriores previam. Isso não fazia muito sentido.
“Há a expectativa de que só se veriam estes sistemas realmente massivos no universo próximo”, disse Simon. “Leva tempo para os buracos negros crescerem”.
A sua investigação, no entanto, vem juntar-se a um conjunto crescente de evidências que sugerem que os buracos negros podem não precisar de tanto tempo como os astrofísicos pensavam.
A equipa do NANOGrav, por exemplo, já viu indícios semelhantes de buracos negros gigantes escondidos no Universo há milhares de milhões de anos.
Para já, Simon espera explorar toda a gama de buracos negros que se estendem ainda mais para trás no tempo – revelando pistas sobre o modo como a Via Láctea surgiu e, eventualmente, o nosso próprio Sistema Solar.
“Compreender as massas dos buracos negros é fundamental para algumas destas questões fundamentais, como o fundo de ondas gravitacionais, mas também para a forma como as galáxias crescem e como o nosso Universo evoluiu”, disse Simon.
Astrofísicos confirmaram a descoberta da galáxia mais pálida já vista no início do Universo; é também uma das mais distantes de sempre.
(dr) Nature Galáxia JD1
Uma equipa de astrofísicos confirmou a existência da galáxia mais pálida já vista do início do Universo.
A JD1 é também uma das galáxias mais distantes identificadas até hoje e teve uma vida relativamente curta.
É típica dos tipos de galáxias que queimaram através da névoa de átomos de hidrogénio que sobrou do Big Bang.
Essas galáxias deixaram a luz brilhar através do Universo e moldaram o Universo até à sua formação actual.
Foi graças ao Telescópio Espacial James Webb, da NASA, que a equipa chegou a este achado, cujos resultados foram publicadas na revista Nature.
Quando o Universo se expandiu após o Big Bang, arrefeceu. E baixou o suficiente a temperatura para formar átomos de hidrogénio – que absorvem fotões ultravioleta de estrelas jovens.
Mas até ao nascimento das primeiras estrelas e galáxias, o Universo ficou escuro e entrou na “idade das trevas cósmica“.
Quando estrelas e galáxias apareceram, veio também a energia ultravioleta que começou a queimar, ou ionizar, a névoa de hidrogénio.
Isso, por sua vez, permitiu que os fotões viajassem pelo espaço, tornando o universo transparente, lembra o Phys.
Dessa Época da Reionização, faltava denominar os tipos de galáxias. E o James Webb trouxe o que faltava: instrumentos infravermelhos sensíveis necessários para estudar a primeira geração de galáxias.
Os autores do estudo acreditam que galáxias mais pálidas (ou seja, com menos luz) são mais representativas das galáxias que conduziram o processo de reionização, permitindo que a luz ultravioleta viajasse sem impedimentos pelo espaço e tempo.
JD1 é tão escuro e tão distante que é difícil estudar sem um telescópio poderoso – e sem uma ajuda da natureza.
JD1 fica atrás de um grande aglomerado de galáxias próximas, o Abell 2744, cuja força gravitacional combinada duplica e amplifica a luz de JD1. Isso transmite a sensação de que a galáxia é parecer maior e 13 vezes mais brilhante.
É a lente gravitacional. E só com lentes gravitacionais foi possível descobrir a JD1.
O instrumento espectrógrafo de infravermelho próximo do Telescópio Webb, NIRSpec, permitiu ter um espectro de luz infravermelha da galáxia. Assim, os astrofísicos determinaram: a sua idade precisa, distância da Terra, número de estrelas e a quantidade de poeira e de partículas pesadas.
A combinação da ampliação gravitacional da galáxia com as novas imagens de outro instrumento de infravermelho próximo do Telescópio Webb, o NIRCam, também possibilitou que a equipa estudasse a estrutura da galáxia com detalhes e resolução sem precedentes, revelando três aglomerados alongados principais de poeira e gás que está a formar estrelas.
A equipa usou os novos dados para rastrear a luz de JD1 de volta à sua fonte e forma originais, revelando uma galáxia compacta com apenas uma fracção do tamanho de galáxias mais antigas (como a Via Láctea).
A luz demora até chegar à Terra, por isso estima-se que JD1 tenha sido formada há cerca de 13.3 mil milhões de anos.
Ou seja, o Universo era uma criança pequena, tinha apenas cerca de 4% de sua idade actual.
