22 de mai de 2015

Telescópios capturam raros momentos iniciais de supernovas bebé

O gráfico ilustra uma curva de luz da recém-descoberta supernova do Tipo Ia, denominada KSN 2011b, pelo telescópio Kepler. A curva de luz mostra o brilho de uma estrela (eixo vertical) em função do tempo (eixo horizontal) antes, durante e depois a explosão. O diagrama branco à direita representa 40 dias de observações contínuas do Kepler. Na caixa vermelha, a região azulada é o "aumento" esperado nos dados caso uma estrela companheira esteja presente durante a supernova. As medições permaneceram constantes (linha amarela), concluindo que a causa seja a fusão de duas estrelas em órbita íntima, muito provavelmente duas anãs brancas. A descoberta fornece as primeiras medições diretas capazes de informar os cientistas acerca da cusa da explosão. Crédito: Ames da NASA/W. Stenzel

Os astrónomos estão intrigados pelas medições de supernovas recém-nascidas obtidas pelo Kepler e pelo Swift, debruçando-se sobre elas na esperança de melhor compreender o que despoleta estas explosões demolidoras. Os cientistas estão particularmente fascinados com as supernovas do Tipo Ia, pois podem servir como um "farol" para medir grandes distâncias através do espaço. As observações inéditas dos pré-eventos de supernovas pelo Kepler e a agilidade do Swift em dar resposta aos eventos motivaram ambos descobertas importantes, ao mesmo tempo mas em comprimentos de onda muito diferentes," afirma Paul Hertz, diretor de astrofísica.

"Não só podemos obter uma imagem sobre o que desencadeia uma supernova do Tipo Ia, mas estes dados permitem-nos melhor calibrar as supernovas do Tipo Ia como 'velas padrão', o que tem implicações para a nossa capacidade de eventualmente compreender os mistérios da energia escura. As supernovas do Tipo Ia explodem com brilho semelhante porque o objeto [que explode] é sempre uma anã branca, o remanescente de uma estrela como o Sol, agora com o tamanho da Terra. Uma anã branca pode explodir como uma supernova ao fundir-se com outra anã branca ou ao puxar demasiada matéria de uma estrela companheira, provocando uma reação termonuclear.

Nos estudos publicados ontem na revista Nature, o Kepler e o Swift encontraram evidências que suportam ambos os cenários estelares explosivos. Os investigadores que estudam os dados do Kepler avistaram três supernovas novas e distantes, e o conjunto de dados inclui medições obtidas antes das violentas explosões. Conhecido pelas suas proezas como caçador de planetas e pelo seu olhar incessante, as observações extraordinariamente precisas e frequentes do telescópio espacial Kepler (a cada 30 minutos) permitiram aos astrónomos voltar o relógio atrás no tempo e dissecar os momentos iniciais de uma supernova. A descoberta fornece as primeiras medições diretas capazes de informar os cientistas acerca da causa da explosão.

"As nossas descobertas de supernovas pelo Kepler favorecem fortemente o cenário de fusão de uma anã branca, enquanto o estudo do Swift, liderado por Cao, prova que as supernovas do Tipo Ia podem também surgir a partir de anãs brancas individuais," explica Robert Olling, investigador associado da Universidade de Maryland e autor principal do estudo. "Assim como muitos caminhos vão dar a Roma, a natureza poderá ter várias formas de fazer explodir anãs brancas. Para capturar os primeiros momentos das explosões Tipo Ia, a equipa de investigação monitorizou 400 galáxias durante dois anos usando o Kepler. A equipa descobriu três eventos, designados KSN 2011b, KSN 2011c e KSN 2012a, com medições obtidas antes, durante e após as explosões.

Os primeiros dados fornecem uma visão sobre os processos físicos que inflamam estas bombas estelares a centenas de milhões de anos-luz de distância. Quando uma estrela transforma-se em supernova, a explosão de energia ejeta o material a velocidades hipersónicas, emitindo uma onda de choque em todas as direções. Se existir uma estrela companheira nas proximidades, a perturbação da onda de choque será gravada nos dados. Os cientistas não encontraram evidências de uma estrela companheira e concluíram que a causa é a colisão e fusão de duas estrelas que orbitam bastante perto uma da outra, muito provavelmente duas anãs brancas.

Esta simulação de computador mostra os detritos de uma supernova do Tipo Ia (castanho) colidindo com a sua companheira estelar (azul) a dezenas de milhões de quilómetros por hora. A interação produz luz ultravioleta que escapa à medida que a concha da supernova envolve a companheira, um sinal detetado pelo Swift.  Crédito: UC Berkeley, Daniel Kasen

O conhecimento da distância de uma galáxia no estudo Kepler foi fundamental para caracterizar o tipo de supernova avistado por Olling e colegas. Para determinar a distância, a equipa voltou-se para os poderosos telescópios dos Observatórios Gemini e W. M. Keck no topo de Mauna Kea, Hawaii. Estas medições foram importantes para os cientistas concluírem que as supernovas que haviam descoberto eram do Tipo Ia. O Kepler deu-nos ainda outra surpresa, desempenhando um papel inesperado na ciência das supernovas, ao fornecer as primeiras boas amostras de curvas de luz do início de uma supernova do Tipo Ia," comenta Steve Howell, cientista do projeto Kepler no Centro de Pesquisa Ames da NASA em Moffett Field, no estado americano da Califórnia. Agora na sua missão K2, o observatório irá procurar mais supernovas entre muitos milhares de galáxias. Um grupo separado de astrónomos também encontrou dados intrigantes sobre uma supernova diferente. Liderados pelo estudante Yi Cao do Caltech (Instituto de Tecnologia da Califórnia), uma equipa usou o Swift para detetar um flash ultravioleta, sem precedentes, dos primeiros dias de uma supernova do Tipo Ia. Com base em simulações de computador de explosões de supernova em sistemas binários, os investigadores acreditam que o pulso UV foi emitido quando a onda de choque chocou contra e engoliu uma estrela companheira nas proximidades.

"Se o Swift tivesse olhado apenas um dia ou dois depois, teríamos perdido completamente o flash ultravioleta," afirma Brad Cenko, membro da equipa do Swift no Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, Maryland, EUA. "Graças à cobertura de comprimento de onda do Swift e à sua capacidade de programação rápida, é atualmente o único observatório que pode fazer com regularidades estas observações. Segundo a análise, os detritos da supernova colidiram e envolveram a estrela companheira, criando uma região de emissão de raios ultravioleta. O pico da temperatura excedeu os 11.000 graus celsius, cerca de duas vezes a temperatura da superfície do Sol.

A explosão, designada iPTF14atg, foi vista pela primeira vez no dia 3 de maio de 2014, na galáxia IC 831, localizada a cerca de 300 milhões de anos-luz da Terra na direção da constelação de Cabeleira de Berenice. Foi descoberta através de um sistema de observação robótica de campo-largo conhecido como iPTF (intermediate Palomar Transient Factory), uma colaboração de vários institutos liderada pelos Observatórios Óticos do Caltech. Nós não vimos nenhuma evidência dessa explosão em imagens obtidas na noite anterior, por isso quando descobrimos iPTF14atg tinha apenas um dia," comenta Cao. "Melhor ainda, confirmámos que era uma jovem supernova do Tipo Ia, algo que temos trabalhado arduamente para que o nosso sistema encontrasse."

A equipa solicitou imediatamente observações de acompanhamento a outras instalações, incluindo observações ultravioletas e em raios-X pelo satélite Swift da NASA. Não foram encontrados raios-X, mas o Swift descobriu um pico decrescente de radiação ultravioleta alguns dias depois do início da explosão, sem aumento correspondente em comprimentos de onda visíveis. Após o desvanecimento do flash, tanto os comprimentos de onda UV como os visíveis subiram à medida que a supernova crescia de brilho.

O pulso ultravioleta de iPTF14atg fornece fortes evidências da presença de uma estrela companheira mas, tendo em conta que duas anãs brancas em colisão podem também produzir supernovas (como demonstrado pelos resultados do Kepler), os astrónomos estão a trabalhar para determinar a percentagem de supernovas produzidas por cada um dos cenários. Os cientistas acrescentam que uma melhor compreensão das diferenças entre as explosões do Tipo Ia vai ajudar os astrónomos a aperfeiçoar o seu conhecimento da energia escura, uma força misteriosa que parece estar a acelerar a expansão cósmica.
Fonte: Astronomia Online

Um Céu Escuro e Empoeirado

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Créditos de Imagem: Scott Rosen
No céu empoeirado na direção da constelação de Taurus e do Braço de Orion da nossa Via Láctea, esse vasto mosaico segue as nebulosas de reflexão escuras e apagadas ao longo da nuvem molecular fértil da região. O campo de visão de seis graus começa com a longa nebulosa escura LDN 1495 e se espalha a partir da parte inferior esquerda, e se estende além da nebulosa parecida com um pássaro conhecida como Nebulosa da Águia Bebê, a LBN 777, na parte inferior direita. Pequenas nebulosas de reflexão azuladas circundam as estrelas espalhadas e mais apagadas de Taurus, aparecem na imagem embora sejam normalmente esquecidas em prol dos espetáculos celestes mais brilhantes e mais conhecidos da constelação. Associada com a jovem estrela variável RY Tau, está a nebulosa amarelada VdB 27 em direção à parte superior esquerda. Localizada a 400 anos-luz de distância, a nuvem molecular de Taurus é uma das regiões de formação de estrelas de pequena massa mais próximas da Terra. A essa distância, essa visão escura se espalha por cerca de 40 anos-luz.
Fonte: http://apod.nasa.gov/apod/ap150522.html

WISE descobre galáxia mais luminosa do universo

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Impressão de artista da galáxia WISE J224607.57-052635.0. Crédito: NASA/JPL-Caltech


Uma galáxia remota que brilha com a luz de mais de 300 biliões de sóis foi descoberta usando dados do WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer) da NASA. A galáxia é a mais luminosa já observada até ao momento e pertence a uma nova classe de objetos recentemente descobertos pelo WISE - galáxias infravermelhas extremamente luminosas, ou ELIRGs (extremely luminous infrared galaxies, em inglês). Estamos observando uma fase muito intensa da evolução galáctica," afirma Chao-Wei Tsai do JPL da NASA em Pasadena, no estado americano da Califórnia, autor principal do novo artigo publicado hoje na revista The Astrophysical Journal. "Esta luz deslumbrante pode ser o principal surto de crescimento do buraco negro da galáxia."

A galáxia brilhante, conhecida como WISE J224607.57-052635.0, pode ter um buraco negro no seu ventre, empanturrando-se de gás. Os buracos negros supermassivos atraem gás e matéria para um disco em torno deles, aquecendo-os até temperaturas extremas que rondam os milhões de graus e libertando radiação altamente energética no visível, no ultravioleta e em raios-X. A luz é bloqueada pelos casulos circundantes de poeira. À medida que a poeira aquece, irradia luz infravermelha. Os buracos negros gigantes são comuns nos núcleos das galáxias, mas é raro encontrar um assim tão grande e tão no passado cósmico. Tendo em conta que a luz da galáxia que contém o buraco negro já viajou 12,5 mil milhões de anos-luz para chegar até nós, os astrónomos estão vendo o objeto como era no passado distante.

O buraco negro já tinha milhares de milhões de vezes a massa do Sol quando o Universo tinha apenas um-décimo da sua idade atual de 13,8 mil milhões de anos. O novo estudo aponta três razões por que os buracos negros nas ELIRGs podem ter crescido assim tanto. Em primeiro lugar, podem ter nascido já grandes. Por outras palavras, as "sementes", ou os buracos negros embrionários, podem ser maiores do que se pensava ser possível. "Como é arranjamos um elefante?" pergunta Peter Eisenhardt, cientista do projeto WISE no JPL e coautor do artigo. "Uma maneira é começar com um elefante bebé."

As outras duas explicações envolvem ou quebrar ou distorcer o limite teórico da alimentação dos buracos negros, chamado limite de Eddington. Quando um buraco negro alimenta-se, o gás cai para a sua direção e aquece, libertando luz. A pressão da luz pode empurrar o gás para fora, criando um limite para o quão rápido o buraco negro pode continuamente devorar matéria. Se um buraco negro quebrasse este limite, poderia, teoricamente, inchar em tamanho a um ritmo alucinante. Já foram observados buracos negros a quebrar este limite; no entanto, o buraco negro no estudo teria que estar a quebrar repetidamente este limite para crescer assim tanto.


Alternativamente, os buracos negros podem só estar a distorcer este limite.

"Outra maneira para um buraco negro crescer assim tanto é se tiver acesso a um banquete constante, consumindo comida mais depressa do que normalmente se pensava ser possível," afirma Tsai. "Isto pode acontecer caso o buraco negro não gire tão depressa. Se um buraco negro girar mais devagar que o normal, não irá repelir tanto a sua refeição. No final, um buraco negro de rotação lenta pode devorar mais matéria do que um buraco negro de rotação rápida.

"Os buracos negros massivos nas ELIRGs podem estar empanturrando-se de matéria durante maiores períodos de tempo," afirma Andrew Blain da Universidade de Leicester no Reino Unido, coautor do artigo. "É como ganhar uma competição de ingestão de cachorros quentes com a duração de centenas de milhões de anos. São necessárias mais pesquisas para resolver o enigma destas galáxias deslumbrantemente luminosas. A equipa tem planos para melhor determinar as massas dos buracos negros centrais. A determinação da massa irá ajudar a revelar a sua história, bem como a de outras galáxias, neste capítulo muito importante e frenético do nosso cosmos.

O WISE tem encontrado cada vez mais destas galáxias raras em imagens infravermelhas de todo o céu capturadas em 2010. Ao observar todo o céu com mais sensibilidade do que nunca, o WISE foi capaz de avistar espécimes cósmicos raros que, caso contrário, poderiam ter sido perdidos. O novo estudo relata um total de 20 novas ELIRGs, incluindo a galáxia mais luminosa já descoberta até à data. Estas galáxias não foram encontradas mais cedo devido à sua distância e porque a poeira cobre a sua poderosa luz visível numa manifestação incrível de radiação infravermelha. Nós descobrimos, num estudo relacionado, também com o WISE, que até metade das galáxias mais luminosas só são bem visíveis no infravermelho," conclui Tsai.
Fontes: Astronomia Online
http://www.jpl.nasa.gov 

A misteriosa estrela Nast 1

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Os astrônomos usando o Telescópio Espacial Hubble da NASA estão revelando novas pistas surpreendente sobre um robusto e rápido envelhecimento estelar cujo comportamento nunca havia sido visto antes na Via Láctea. De fato, a estrela é tão estranha que os astrônomos a apelidaram de Nasty 1, um trocadilho com seu nome oficial no catálogo que é NaSt1. A estrela pode representar um breve estágio transitório na evolução de estrelas extremamente massivas. Descoberta pela primeira vez a algumas décadas atrás, a Nasty 1, foi identificada como uma estrela Wolf-Rayet, uma estrela de rápido crescimento que é muito mais massiva que o nosso Sol. A estrela perdeu suas camadas externas preenchidas com hidrogênio rapidamente, expondo assim seu núcleo super quente e extremamente brilhante de hélio. Mas a Nasty 1, não parece uma estrela Wolf-Rayet típica. Os astrônomos usando o Hubble esperaram ver lobos gêmeos de gás fluindo dos lados opostos da estrela, talvez, algo similar ao que acontece com a massiva estrela Eta Carinae, que é uma candidata a Wolf-Rayet. Ao invés disso, o Hubble revelou um disco de gás em forma de panqueca circulando a estrela. O vasto disco tem cerca de 2 trilhões de milhas de largura, e pode ter formado de uma estrela companheira invisível que comeu o envelope externo da recém formada Wolf-Rayet. Com base nas estimativas atuais, a nebulosa ao redor das estrelas tem apenas poucos milhares de anos de vida e está somente a 3000 anos-luz de distância d Terra.

“Nós ficamos animados ao ver essa estrutura em forma de disco, pois ela pode ser a evidência para a formação de uma estrela Wolf-Rayet de uma interação de estrelas binárias”, disse o líder do estudo John Mauerhan, da Universidade da Califórnia, Berkeley. “Existem muito poucos exemplos na galáxia desse processo em ação pois, essa fase tem uma vida bem curta, talvez durando somente cem mil anos, enquanto a escala de tempo durante o qual o disco resultante é visível pode ser de somente dez mil anos ou menos. De acordo com o cenário da equipe, uma estrela massiva se desenvolve muito rapidamente, e à medida que ela começa a esgotar o hidrogênio ela incha. Seu envelope externo de hidrogênio torna-se mais frágil e vulnerável ao rompimento gravitacional ou a um tipo de canibalismo estelar por uma estrela companheira próxima. Nesse processo, a estrela mais compacta ganha massa, e a estrela massiva original perde seu envelope de hidrogênio, expondo seu núcleo de hélio para se tornar uma estrela do tipo Wolf-Rayet.

Outra maneira de se formar estrelas do tipo Wolf Rayet é quando uma estrela massiva ejeta seu próprio envelope de hidrogênio por meio de fortes ventos estelares com partículas carregadas. O modelo de interação binária onde uma estrela companheira está presente está ganhando ênfase, pois os astrônomos perceberam que no mínimo 70% das estrelas massivas são membros de sistemas estelares duplos. A perda de massa direta sozinha não pode ser responsável pelo número de estrelas Wolf-Rayet relativas à outras estrelas massivas menos desenvolvidas na galáxia.

“Nós estamos descobrindo que é difícil formar todas as estrelas Wolf-Rayet que nós observamos, por meio do mecanismo tradicional do vento, pois a perda de massa não é tão forte como nós normalmente pensávamos”, disse Nathan Smith da Universidade do Arizona em Tucson, que é co-autor do novo artigo sobre a NaSt1. “A troca de massa em sistemas binários parece ser vital para ser responsável pelas estrelas Wolf-Rayet e pelas supernovas que elas geram, e registrando estrelas binárias nessa fase de vida curta nos ajudará a entender melhor esse processo. Mas o processo de transferência de massa em sistemas binários enormes não é sempre eficiente. Parte da matéria que é arrancada pode vazar durante a briga gravitacional dinâmica entre as estrelas, criando um disco ao redor da binária.

“Isso é o que nós pensamos que está acontecendo na Nasty1”, disse Mauerhan. “Nós pensamos que exista uma estrela do tipo Wolf-Rayet enterrada na nebulosa, e nós pensamos que essa nebulosa está sendo criada pelo processo de transferência de massa. Assim esse tipo de canibalismo estelar faz com que a Nasty 1 seja um apelido bem dado. O nome de catálogo da estrela, NaSt1, é derivado das primeiras duas letras de cada um dos dois astrônomos que a descobriu em 1963, Jason Nassau e Charles Stephenson. Observar o sistema Nasty 1 não tem sido uma tarefa fácil. O sistema é tão mergulhado no gás e na poeira, que eles bloqueiam até mesmo a visão do Hubble das estrelas. Assim, a equipe de Mauerhan não pode medir a massa de cada estrela, a distância entre elas, ou a quantidade de material que está sendo transferido para a estrela companheira.

Observações anteriores da Nasty 1, têm fornecido algumas informações sobre o gás no disco. O material, por exemplo, está viajando a cerca de 22000 milhas por hora na nebulosa externa, mais lentamente do que em estrelas similares. A velocidade comparativamente menor, indica que a estrela expeliu seu material através de um evento menos violento do que a emissão explosiva da Eta Carinae, onde o gás está viajando a centenas de milhares de milhas por hora. A Nasty 1 também pode estar expelindo material esporadicamente. Estudos passados realizados na luz infravermelha têm mostrado evidências para um compacto bolsão de poeira quente muito próximo das estrelas centrais. Observações recentes feitas por Mauerhan e seus colegas na Universidade do Arizona, usando o Telescópio Magellan no Observatório de Las Campanas no Chile, têm resolvido um grande número de bolsões de poeira mais fria que pode estar indiretamente dispersando a luz das estrelas centrais.

 A presença da poeira quente implica que ela é formada muito recentemente, talvez por meio de jorros, à medida que material quimicamente enriquecido dos dois ventos estelares colide em diferentes pontos, se mistura, flui e então resfria. Mudanças esporádicas na intensidade do vento ou na taxa com a qual a estrela companheira arranca o envelope de hidrogênio da estrela principal, pode também explicar a estrutura condensada e os vazios vistos nas parte mais distantes no disco. Para medir os ventos hipersônicos de cada estrela, os astrônomos viraram para lá o Observatório de Raios-X Chandra da NASA. As observações revelaram jatos de plasma quente, indicando que os ventos de ambas as estrelas estão na verdade colidindo e criando ondas de choque de alta energia que brilham nos raios-X. Esses resultados são consistentes com o que os astrônomos têm observado de outros sistemas de estrelas Wolf-Rayet.

A caótica atividade de transferência de massa terminará quando a estrela Wolf-Rayet esgotar seu material. Eventualmente, o gás no disco se dissipará, fornecendo assim uma clara visão do sistema binário. “Qual caminho evolucionário a estrela seguirá é incerto, mas definitivamente não será nada chato”, disse Mauerhan. “A Nasty 1 poderia se desenvolver em outro sistema parecido com o da Eta Carinae. Para fazer essa transformação, a estrela companheira ganhando massa poderia experimentar uma gigantesca erupção devido a alguma instabilidade relacionada com a aquisição de matéria da Wolf-Rayet recém formada. Ou a Wolf-Rayet poderia explodir como uma supernova. Uma fusão estelar é outra saída potencial, dependendo da evolução orbital do sistema.

O futuro pode ser cheio de todos os tipo de exóticas possibilidades, dependendo se ela explode ou quanto tempo a transferência de massa ocorre, e por quanto tempo a transferência de massa ocorre, e quanto tempo ela vive depois dos casos de transferência de massa. Os resultados obtidos pela equipe aparecem na edição online de 21 de Maio de 2015 do Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Fonte: http://hubblesite.org
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