17 de nov de 2015

Delta Orionis: mais do que parece

Impressão de artista do sistema Delta Orionis A. Crédito: NASA/CXC/M. Weiss


Orionte é uma das constelações mais reconhecíveis do céu. Uma das características mais famosas do Caçador é a sua "cintura", três estrelas brilhantes que formam uma linha, cada uma das quais pode ser vista sem telescópio. A estrela mais ocidental da cintura de Orionte é conhecida oficialmente como Delta Orionis (tendo em conta que já é observada há séculos por todo o mundo, também tem outros nomes em várias culturas, como "Mintaka"). Os astrónomos modernos sabem que Delta Orionis não é simplesmente uma única estrela, mas um sistema múltiplo complexo. Delta Orionis é um pequeno grupo estelar com três componentes e cinco estrelas no total: Delta Ori A, Delta Ori B e Delta Ori C. Delta Ori B e Delta Ori C são estrelas individuais e libertam pequenas quantidades de raios-X. Delta Ori A, por outro lado, tem uma forte emissão de raios-X e é um sistema triplo.

Em Delta Ori A, duas estrelas pouco separadas orbitam-se uma à outra a cada 5,7 dias, enquanto a terceira orbita este par com um período de mais de 400 anos. A estrela mais massiva (ou primária) neste par estelar tem 25 vezes a massa do Sol, enquanto a mais leve (a estrela secundária), tem cerca de dez vezes a massa do Sol. O alinhamento deste par de estrelas, a partir do ponto de vista da Terra, permite com que uma estrela passe em frente da outra durante cada órbita. Esta classe especial de sistema estelar é conhecida como "binária eclipsante" e dá aos astrónomos uma maneira direta de medir a massa e o tamanho das estrelas.

As estrelas maciças, embora relativamente raras, podem ter um profundo impacto sobre as galáxias que habitam. Estas estrelas gigantes são tão brilhantes que a sua radiação sopra ventos de material estelar, afetando as propriedades químicas e físicas do gás nas suas galáxias hospedeiras. Estes ventos estelares também ajudam a determinar o destino das próprias estrelas, que eventualmente explodem como supernovas e deixam para trás uma estrela de neutrões ou um buraco negro. Ao observar este binário eclipsante de Delta Orionis A (denominado Delta Ori Aa) com o Observatório de Raios-X Chandra da NASA durante o equivalente a seis dias, uma equipa de investigadores recolheu informações importantes sobre as estrelas massivas e como os seus ventos desempenham um papel na sua evolução e afetam os arredores.

Delta Orionis é um sistema estelar complexo que contém cinco estrelas no total. Crédito: raios-X - NASA/CXC/GSFC/M. Corcoran et al.; ótico - Eckhard Slawik

A imagem do Chandra pode ser vista na inserção da imagem ótica da constelação de Orionte obtida por um telescópio terrestre. Dado que Delta Ori Aa é o mais próximo e massivo binário eclipsante, pode ser usado para descodificar a relação entre as propriedades estelares derivadas dos observatórios óticos e as propriedades do vento, que são reveladas pela emissão de raios-X. A estrela companheira de menor massa em Delta Ori Aa tem um vento muito fraco e é muito ténue em raios-X. Os astrónomos podem usar o Chandra para observar como a estrela companheira bloqueia várias partes do vento da estrela mais massiva. Isto permite com que os cientistas observem o que acontece ao gás que emite raios-X em redor da estrela primária, ajudando a responder à pergunta de longa data de onde, no vento estelar, é formado o gás que emite raios-X.

Os dados mostram que a maioria da emissão de raios-X vem do vento da estrela gigante, e é provavelmente produzido por choques resultantes de colisões entre aglomerados velozes de gás embebidos no vento. Os investigadores também descobriram que a emissão de raios-X de certos átomos no vento de Delta Ori Aa muda à medida que as estrelas no binário se movimentam. Isto pode ser provocado por colisões entre os ventos das duas estrelas, ou por uma colisão do vento da estrela primária com a superfície da estrela secundária. Esta interação, por sua vez, impede algum do vento da estrela mais brilhante.

Os dados óticos paralelos pelo MOST (Microvariability and Oscillation of Stars Telescope) da Agência Espacial Canadiana revelaram evidências de oscilações da estrela primária produzida por interações gravitacionais entre a primária e a estrela companheira à medida que viajam nas suas órbitas. As medições das mudanças de brilho no visível, além de uma análise detalhada dos espectros óticos e ultravioletas, foram usadas para refinar os parâmetros das duas estrelas. Os investigadores foram também capazes de resolver algumas inconsistências anteriores entre os parâmetros estelares e os modelos de como as estrelas evoluem com o tempo. Estes resultados foram publicados em quatro artigos coordenados da revista The Astrophysical Journal.
Fonte: Astronomia Online

Fermi da NASA detecta primeiro Pulsar de raios-Gamma em outra Galáxia

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Pesquisadores usando o Telescópio Espacial de Raios-Gamma Fermi, da NASA descobriram o primeiro pulsar de raios-gamma em outra galáxia que não seja a nossa. O objeto determinou um novo recorde, como sendo o pulsar de raios-gamma mais luminoso já conhecido. O pulsar localiza-se nos subúrbios da Nebulosa da Tarântula, na Grande Nuvem de Magalhães, uma pequena galáxia que orbita a nossa Via Láctea e está localizado a 163000 anos-luz de distância. A Nebulosa da Tarântula é a maior, mais ativa e mais complexa região de formação de estrelas nas vizinhanças da nossa galáxia. Nela, foi identificada uma brilhante fonte de raios-gamma, a forma de mais alta energia da luz, no início da missão do Fermi. Os astrônomos inicialmente atribuíram esse brilho à colisão de partículas subatômicas aceleradas em ondas de choques produzidas por explosões de supernovas. “Agora é claro que um único pulsar, o PSR J0540-6919, é responsável por aproximadamente metade do brilho de raios-gamma que nós originalmente pensávamos vir da nebulosa”, disse o principal cientista Pierrick Martin, um astrofísico no National Center for Scientific Research (CNRS) e do Research Institute in Astrophysics and Planetology em Tolouse, na França. “Essa é uma genuína surpresa”.

Quando uma estrela massiva explode como supernova, o núcleo da estrela pode sobreviver como uma estrela de nêutrons, onde a massa de meio milhão de Terras está comprimida numa bola magnetizada não maior que uma cidade. Uma estrela de nêutrons jovem gira dezenas de vezes por segundo, e o seu campo magnético girando rapidamente energiza feixes de ondas de rádio, de luz visível, raios-X e raios-gamma. Se os feixes passam pela Terra, os astrônomos observam um pulso regular de emissão e assim, o objeto é classificado como um pulsar. A Nebulosa da Tarântula foi conhecida por abrigar dois pulsares, o PSR J0540-6919 (J0540 de maneira abreviada), e o PSR J0537-6910 (J0537), que foram descobertos com a ajuda dos satélites Einstein e o Rossi X-Ray Timing Explorer (RXTE) da NASA, respectivamente.

O J0540 gira a cerca de 20 vezes por segundo, enquanto que o J0537 gira a cerca de 62 vezes por segundo – o pulsar jovem de período de rotação mais rápido conhecido. No entanto, levou mais de seis anos de observações feitas pelo Large Area Telescope, o LAT, do Fermi, bem como uma completa reanálise de todos os dados do LAT, num processo chamado de Pass 8, para detectar pulsações de raios-gamma do J0540. Os dados do Fermi estabeleceram os limites superiores para os pulsos dos raios-gamma do J0537, mas ainda não detectaram. Martin e seus colegas apresentaram essas descobertas num artigo publicado na edição de 13 de Novembro de 2015 da revista Science. “Os pulsos de raios-gamma do J0540 têm 20 vezes a intensidade do antigo detentor do recorde, o pulsar na famosa Nebulosa do Caranguejo, com níveis similares de emissões de ondas de rádio, de luz óptica e de raios-X”, disse o coautor Lucas Guillemot, no Laboratory for Physics and Chemistry of Environment and Space, operado pelo CNRS e pela Universidade de Orléans na França.

“Levando em consideração essas diferenças poderemos ser guiados para melhor entender a física extrema que trabalha nos pulsares jovens. O J0540 é um caso raro de se encontrar, com uma idade de aproximadamente 1700 anos, cerca de duas vezes a idade do pulsar da Nebulosa do Caranguejo. Em contraste, a maioria dos mais de 2500 pulsares conhecidos, tem idades de 10000 a centenas de milhões de anos. Apesar da luminosidade do J0540, poucos raios-gamma atingiram o LAT para detectar as pulsações sem conhecer o período com antecipação. Essa informação veio de uma campanha de monitoramento de longo prazo de raios-X feitas pelo RXTE, que registrou ambos pulsares do início da missão do Fermi até o final de 2011, quando as operações do RXTE pararam.

“Essa campanha começou como uma pesquisa para um pulsar criado pela SN 1987A, a supernova mais próxima já observada desde a invenção do telescópio”, disse Francis Marshall, coautor do artigo, um astrofísico no Goddard Space Flight Center da NASA, em Greenbelt, Maryland. “Essa pesquisa falhou, mas ela descobriu o J0537. Antes do lançamento do Fermi em 2008, somente sete pulsares de raios-gamma eram conhecidos. Até a data, a missão já encontrou mais de 160. O Telescópio Espacial de Raios-Gamma Fermi da NASA é uma parceria de astrofísica e de física de partículas, foi desenvolvido em colaboração com o Departamento Norte-Americano de Energia, e com importante contribuições de instituições acadêmicas e parceiros na Françca, Alemanha, Itália, Japão, Suécia e Estados Unidos.

Exoplaneta rochoso descoberto na nossa vizinhança

Impressão de artista de GJ 1132b, um exoplaneta rochoso muito parecido com a Terra no que toca ao tamanho e massa, que orbita uma anã vermelha. Crédito: Dana Berry

Cientistas descobriram um novo exoplaneta que, na linguagem da saga "Guerra das Estrelas", seria o oposto do frio planeta Hoth e ainda mais inóspito que os desertos de Tatooine. Mas, em vez de residir numa galáxia muito, muito distante, este novo mundo fica, galacticamente falando, praticamente aqui ao lado. O novo planeta, chamado GJ 1132b, é do tamanho da Terra e rochoso, orbita uma pequena estrela localizada a uns meros 39 anos-luz da Terra, tornando-o no mais próximo exoplaneta do tamanho da Terra já descoberto. Os astrofísicos publicaram estes resultados na edição de ontem da revista Nature. Com base nas suas medições, os cientistas determinaram que o planeta é um forno com 260 graus Celsius e provavelmente tem bloqueio de marés - mantém sempre a mesma face virada para a estrela - o que significa que é permanentemente dia num lado e permanentemente noite no outro, tal como a Lua em relação à Terra.

Devido às suas altas temperaturas, GJ 1132b provavelmente não consegue reter água líquida à superfície, tornando-o inabitável para a vida como a conhecemos. No entanto, os cientistas dizem que é frio o suficiente para albergar uma atmosfera substancial. O planeta também está suficientemente perto da Terra para que os cientistas possam, em breve, saber mais sobre as suas características, como por exemplo a composição da sua atmosfera e o padrão dos seus ventos - até mesmo a cor do pôr-do-Sol. "Se nós descobrirmos que este planeta quente conseguiu agarrar a sua atmosfera durante os milhares de milhões de anos da sua existência, isso será um bom augúrio para o objetivo a longo prazo de estudar planetas mais frios que possam ter vida," afirma Zachory Berta-Thompson, pós-doutorado do Instituto Kavli do MIT (Massachusetts Institute of Technology) para Astrofísica e Pesquisa Espacial. "Finalmente temos um alvo para apontar os nossos telescópios e examinar mais profundamente o funcionamento de um exoplaneta rochoso."

Berta-Thompson e colegas descobriram o planeta usando o Observatório MEarth-Sul, uma rede de oito telescópios robóticos com 40 cm de abertura da Universidade de Harvard localizados nas montanhas do Chile. A rede estuda pequenas estrelas vizinhas, chamadas anãs M, que estão espalhadas por todo o céu noturno. Os cientistas determinaram que estes tipos de estrelas são frequentemente orbitadas por planetas, mas ainda não tinham encontrado exoplanetas do tamanho da Terra perto o suficiente para os estudar em profundidade. Desde o início de 2014, a rede telescópica tem vindo a recolher dados quase todas as noites, obtendo medições da luz das estrelas a cada 25 minutos em busca de diminuições reveladoras no brilho que possam indicar a passagem de um planeta em frente de uma estrela.

No dia 10 de maio, um telescópio captou um leve mergulho em GJ 1132, uma estrela localizada a 12 parsecs, ou 39 anos-luz, da Terra. A nossa Galáxia mede cerca de 100.000 anos-luz," explica Berta-Thompson. "Portanto, é uma estrela definitivamente na nossa vizinhança solar. O telescópio robótico começou imediatamente a observar GJ 1132 em intervalos muito mais rápidos de 45 segundos para confirmar a medição - uma quebra muito ligeira de aproximadamente 0,3% no brilho da estrela. Os investigadores mais tarde apontaram outros telescópios no Chile para a estrela e descobriram que, de facto, o brilho de GJ 1132 diminuía cerca de 0,3% a cada 1,6 dias - um sinal de que um planeta passava regularmente em frente da estrela.

"Nós não sabíamos o período do planeta a partir de um único evento, mas quando juntámos muitos, o sinal saltou à vista," comenta Berta-Thompson. Com base na quantidade de luz estelar que o planeta bloqueia, e no raio da estrela, os cientistas calcularam que o planeta GJ 1132b tem cerca de 1,2 vezes o tamanho da Terra. A partir da medição da oscilação da sua estrela-mãe, estimam que a massa do planeta ronde as 1,6 massas terrestres. Dada a sua dimensão e massa, puderam determinar a sua densidade - e pensam ser rochoso, como a Terra. No entanto, é no tamanho e na composição que as parecenças com o nosso planeta terminam. Ao calcularem o tamanho e a proximidade à estrela, o grupo determinou uma estimativa da temperatura média do planeta: uns tórridos 227º C.

"A temperatura do planeta é tão quente quanto um forno," observa Berta-Thompson. "É demasiado quente para ser habitável - não pode existir água líquida à superfície. Mas também é bastante mais frio que outros planetas rochosos que conhecemos. Isso é bom em termos de estudo científico: a maioria dos exoplanetas rochosos descobertos até agora são essencialmente bolas de fogo com temperaturas superficiais na ordem dos milhares de graus - demasiado quentes para segurar qualquer tipo de atmosfera. Este planeta é frio o suficiente para que possa reter uma atmosfera," comenta Berta-Thompson. "Por isso pensamos que, no seu estado atual, este planeta ainda tem uma atmosfera substancial."

Berta-Thompson espera que os astrónomos usem o JWST (James Webb Space Telescope), o muito maior sucessor do Telescópio Espacial Hubble, com lançamento previsto para 2018, para identificar a cor e a composição química da atmosfera do planeta, bem como o padrão dos seus ventos. "Nós pensamos que é a primeira oportunidade que temos para apontar os nossos telescópios a um exoplaneta rochoso e ver esse tipo de detalhe, para sermos capazes de medir a cor do pôr-do-Sol, ou a velocidade dos seus ventos, e realmente aprender como é que os planetas rochosos são lá fora no Universo," comenta Berta-Thompson. "São observações interessantes a fazer."

O TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) da NASA vai estudar todo o céu em busca de exoplanetas próximos e poderá encontrar muitos mais que sirvam de bons alvos para o JWST. "Dos milhares de milhões de sistemas estelares na Via Láctea, cerca de 500 estão mais próximos que GJ 1132," realça Berta-Thompson. "O TESS vai encontrar planetas em redor de algumas dessas estrelas e esses planetas serão comparações valiosas para compreender GJ 1132b e os planetas rochosos em geral. Jonathan Fortney, professor de astronomia e física na Universidade da Califórnia em Santa Cruz, EUA, diz que o novo planeta é bem mais frio que outros planetas rochosos próximos descobertos até agora. Isto significa que GJ 1132b provavelmente tem uma atmosfera substancial.

"O que é, para mim, tremendamente emocionante, é que este planeta pode ser um 'primo' de Vénus e da Terra," comenta Fortney, que não esteve envolvido na investigação. "Penso que a atmosfera deste planeta, quando formos capazes de determinar a sua composição, será um ponto interessante de dados para a compreensão da diversidade de composição atmosférica de planetas do tamanho da Terra. No nosso Sistema Solar, só temos dois pontos de dados: a Terra e Vénus. Antes de percebermos a habitabilidade, precisamos de compreender a gama de atmosferas que a Natureza consegue produzir, e porquê."
Fonte: Astronomia Online



Missão Fermi da NASA encontra pistas de ciclos de Raios-Gamma em uma Galáxia Ativa

 graph shows Fermi Large Area Telescope data from August 2008 to July 2015 for gamma rays with energies above 100 million electr
Astrônomos, usando os dados do Telescópio Espacial de Raios-Gamma Fermi da NASA detectaram pistas de mudanças periódicas no brilho de uma chamada galáxia “ativa”, cujas emissões são alimentadas por um buraco negro gigante. Se confirmada, a descoberta marcaria a primeira emissão cíclica de raios-gamma com anos de duração, já detectada de qualquer galáxia, o que forneceria novas ideias sobre os processos físicos que ocorrem nas proximidades de um buraco negro. “Observando muitos anos de dados obtidos pelo Large Area Telescope, o LAT, do Fermi, nós identificamos indicações de uma variação com aproximadamente dois anos de comprimento de raios-gamma emitidos pela galáxia conhecida como PG 1553+113”, disse Stefano Ciprini, que coordenou a equipe do Fermi no Centro de Dados Científicos, o ASDC, da Agência Espacial Italiana, em Roma.

“Esse sinal é sutil, e dura menos do que 4 ciclos, assim, do mesmo modo que é algo espetacular de se ver é algo que precisa de mais observações. Buracos negros supermassivos com uma massa de milhões de vezes a massa do Sol, localizam-se no coração da maioria das galáxias, incluindo a nossa Via Láctea. Em cerca de 1% dessas galáxias, o buraco negro monstruoso, irradia energia equivalente à bilhões de vezes a energia do Sol, emissões que podem variar em escala de tempo de minutos a anos. Os astrônomos se referem a essas como sendo galáxias ativas.

Mais da metade das fontes de raios-gamma observadas pelo LAT do Fermi, são galáxias ativas, chamadas de blazars, como a PG 1553+113. À medida que a matéria cai em direção ao seu buraco negro supermassivo, algumas partículas subatômicas escapam numa velocidade próxima à velocidade da luz em um par de jatos apontados em direções opostas. O que faz um blazar tão brilhante é que um desses jatos de partículas podem estar diretamente apontados para nós. Em essência, nós estamos olhando diretamente para dentro do jato, assim, como o seu brilho varia se torna a nossa principal ferramenta para entender a estrutura do jato e o ambiente próximo do buraco negro”, disse Sara Cutini, uma astrofísica no ASDC.

Motivados pela possibilidade de mudanças regulares nos raios-gamma, os pesquisadores examinaram uma década de dados em múltiplos comprimentos de onda. Isso inclui observações ópticas de longo prazo do Observatório Tuorla na Finlândia, no Observatório Lick, na Califórnia, e Catalina Sky Survey, perto de Tucson, no Arizona, além de dados ópticos e de raios-X da nave Swift, da NASA. A equipe também estudou observações feitas pelo Rádio Observatório de Owens Valley, perto de Bishop, na Califórnia, que tem observado a PG 1553+113 a cada poucas semanas, desde de 2008, como parte de um programa de monitoramento de blazars que suporta a missão Fermi.

“As variações cíclicas na luz visível e nas ondas de rádio são similares às que nós vimos nos raios-gamma de alta energia do Fermi”, disse Stefan Larsson, um pesquisador no Instituto Real de Tecnologia em Estocolmo, em colaborador de longa data da equipe do ASDC. “O que o padrão seja muito consistente através de uma grande variedade de comprimentos de onda é uma indicação que a periodicidade é real e não apenas uma flutuação nos dados de raios-gamma”. Se o ciclo de raios-gamma da PG 1553+113 for de fato real, os pesquisadores fizeram a previsão que podem registrar um pico novamente em 2017 e 2019, bem dentro do tempo de vida operacional do Fermi. Os cientistas identificaram alguns cenários que poderiam gerar emissões periódicas, incluindo diferentes mecanismos que poderiam produzir uma variação de duração de anos no jato de partículas de alta energia, emanando do buraco negro.

O cenário mais animador envolve a presença de um segundo buraco negro próximo, em órbita, e produzindo o jato que nós observamos. A força gravitacional do buraco negro vizinho iria periodicamente inclinar a parte interna desse disco de crescimento do buraco negro companheiro, onde o gás caindo em direção ao buraco negro se acumula e se aquece. O resultado seria uma vagarosa oscilação do jato, algo parecido com o que acontece com um irrigador de jardim, que poderia produzir mudanças cíclicas nos raios-gamma, que nós observamos.

A PG 1553+113, localiza-se na direção da constelação da Serpente, e sua luz leva cerca de 5 bilhões de anos para alcançar a Terra. O Telescópio Espacial de Raios-Gamma Fermi, da NASA, foi lançado em Junho de 2008. A missões é uma parceria de astrofísica e de física de partículas, desenvolvida em colaboração com o Departamento Norte-Americano de energia, e com importantes contribuições de instituições acadêmicas e parceiros, na França, Alemanha, Itália, Japão, Suécia e Estados Unidos.

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