30 de mai de 2016

Alma revela "PEGADAS" de formação planetaria num disco de gás

Imagem ALMA do disco de poeira em torno de HL Tauri.
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

Uma nova análise de dados obtidos pelo ALMA fornece evidências ainda mais firmes de "planetas bebé" em torno da estrela HL Tauri. Os investigadores descobriram duas lacunas no disco de gás. As localizações destas divisões no gás coincidem com as encontradas na poeira numa imagem de alta-resolução obtida em 2014 pelo ALMA. Esta descoberta suporta a ideia de que os planetas se formam em escalas de tempo muito mais curtas do que se pensava e pede uma reconsideração de cenários alternativos de formação planetária. Em novembro de 2014, o ALMA divulgou uma imagem surpreendente de HL Tauri e do seu disco de poeira. Essa imagem, a melhor já captada para este tipo de objeto, mostra claramente várias lacunas no disco de poeira em torno da estrela.

Os astrónomos ainda não chegaram a uma resposta definitiva sobre o que origina as falhas no disco de poeira. Dado que estes discos são os locais de formação planetária, alguns sugerem que os planetas infantis são a chave; os intervalos escuros são esculpidos por planetas no disco que atraem ou varrem a poeira ao longo das suas órbitas. Mas outros duvidam da explicação planetária porque HL Tauri é muito jovem, com uma idade estimada em apenas um milhão de anos, e os estudos clássicos indicam que é preciso várias dezenas de milhões de anos para os planetas se formarem a partir de poeira. Esses investigadores propõem outros mecanismos possíveis para a formação das lacunas: mudanças no tamanho da poeira através de coalescência ou destruição; ou a formação de poeira devido ao congelamento de moléculas de gás.

As distribuições do gás HCO+ (azul) e poeira (vermelho) no disco em redor de HL Tauri. As elipses mostram as localizações das lacunas.  Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Yen et al.

São necessários mais dados para determinar qual das teorias está correta. Nós sabemos que os discos em redor de estrelas jovens, além de poeira, contêm gás. De facto, em geral, a quantidade de gás é 100 vezes superior à quantidade de poeira. A equipe de investigação liderada pelo Dr. Hsi-Wei Yen do Instituto de Astronomia e Astrofísica da Academia Sinica em Taiwan e pelo professor Shigehisa Takakuwa da Universidade Kagoshima, Japão, focou-se na distribuição do gás no disco para melhor compreender a verdadeira natureza do disco. Caso as lacunas na poeira sejam provocadas pela variação das propriedades de poeira, tal não afeta diretamente o gás. Se, por outro lado, as lacunas na poeira são provocadas pela gravidade de formação planetária, então seria de esperar que a gravidade criasse também lacunas no gás.

Mesmo com a sensibilidade sem precedentes do ALMA, não foi fácil revelar a distribuição do gás no disco. A equipa extraiu as emissões das moléculas do gás HCO+ nos dados públicos da campanha LBC (Long Baseline Campaign) 2014 do ALMA e resumiu as emissões em anéis em torno da estrela para aumentar a sensibilidade eficaz. Esta nova técnica de análise de dados forneceu a imagem mais nítida de sempre da distribuição de gás em torno de uma estrela jovem. A imagem da distribuição de HCO+ revela pelo menos duas lacunas no disco, com um raio de 28 e 69 unidades astronómicas. "Para nossa surpresa, estes intervalos no gás sobrepõem-se aos intervalos no gás," afirma Yen, autor principal do artigo publicado na revista Astrophysical Journal Letters. "Isto suporta a ideia de que as lacunas são as 'pegadas' de planetas em formação."


Impressão de artista de HL Tauri. A estrela está rodeada pelo disco (vermelho) e por um invólucro volumoso. A estrela liberta um jato bipolar colimado.  Crédito: ASIAA

O facto de que as lacunas no gás e na poeira coincidem, significa que a quantidade de material aí presente provavelmente diminui. Isto desfavorece algumas das teorias que tentam explicar as lacunas só com mudanças nas partículas de poeira. Uma diminuição na quantidade de material nos intervalos suporta a teoria de formação planetária, apesar da jovem idade de HL Tauri. "Os nossos resultados indicam que os planetas se formam muito mais cedo do que pensávamos," acrescenta Yen. A equipa também descobriu que a densidade do gás é alta o suficiente para abrigar um planeta jovem na divisão interior. Ao compararem a estrutura da lacuna interior com os modelos teóricos, a equipa estima que o planeta tenha uma massa de 0,8 vezes a de Júpiter.

Por outro lado, a origem da lacuna exterior é ainda incerta. A equipa sugeriu a existência de um possível planeta com 2,1 vezes a massa de Júpiter, mas a pesquisa presente não consegue eliminar a possibilidade de que a lacuna é produzida pelo arrasto entre as partículas de poeira e o gás. Para resolver esta questão, são necessários mais dados. A nossa investigação demonstra claramente que a aplicação de novas técnicas de análise em dados existentes pode revelar factos importantes, aumentando ainda mais o já elevado potencial científico do ALMA," comenta Takakuwa. "Ao aplicarmos o mesmo método para conjuntos de dados de outras estrelas jovens, esperamos construir um modelo sistemático de formação planetária."
Fonte: Astronomia Online




Um belo exemplo de ornamentação estelar

Nesta imagem obtida com o Very Large Telescope do ESO (VLT), a radiação emitida por estrelas azuis resplandecentes energiza o gás que restou da sua recente formação. O resultado é esta colorida nebulosa de emissão, chamada LHA 120-N55, na qual as estrelas se encontram “adornadas” por um manto de gás brilhante. Os astrónomos estudam este tipo de fenómenos para aprender mais sobre as condições existentes nos locais onde novas estrelas se desenvolvem. A LHA 120-N55, ou N55 como é normalmente conhecida, é uma nuvem de gás brilhante situada na Grande Nuvem de Magalhães, uma galáxia satélite da Via Láctea localizada a cerca de 163 000 anos-luz de distância.

A N55 situa-se no interior de uma enorme concha, ou superbolha, chamada LMC 4. As superbolhas, muitas vezes com centenas de anos-luz de dimensão, formam-se quando ventos fortes lançados por estrelas recém formadas e ondas de choque de explosões de supernovas trabalham em uníssono, soprando para longe a maioria do gás e poeira que originalmente os rodeava e criando assim enormes cavidades em forma de bolha. O material que se tornou a N55 conseguiu, no entanto, sobreviver como um pequeno envelope de restos de gás e poeira. É agora uma nebulosa isolada no interior da superbolha. Houve também um grupo de estrelas brilhantes azuis e brancas — chamado LH 72 — que se conseguiu formar centenas de milhões de anos após os eventos que originalmente “sopraram” esta bolha.

As estrelas do LH 72 têm apenas alguns milhões de anos de idade, não tendo por isso contribuído para esvaziar o espaço em torno da N55. Estas estrelas representam sim, o segundo episódio de formação estelar na região. O recente aumento da população de estrelas explica igualmente os cores evocativas que rodeiam as estrelas da imagem. A intensa radiação emitida pelas potentes estrelas azuis-esbranquiçadas está a retirar os electrões dos átomos de hidrogénio próximo que se encontra na N55, fazendo com que o gás brilhe no óptico com um característico tom rosado. Os astrónomos reconhecem esta assinatura do gás de hidrogénio brilhante em todas as galáxias como um sinal de formação estelar recente.

Embora as coisas pareçam por agora calmas na região de formação estelar da N55, esperam-se enormes mudanças. Daqui a milhões de anos, algumas das estrelas mais massivas e brilhantes da associação estelar LH 72 irão explodir sob a forma de supernovas, espalhando assim o conteúdo da N55. 
 De facto, irá ser soprada uma bolha no interior da superbolha e o ciclo de finais e inícios estrelados continuará nesta vizinhança próxima da nossa Galáxia.

Esta nova imagem foi adquirida com o auxílio do instrumento
FORS2 (FOcal Reducer and low dispersion Spectrograph) montado no VLT do ESO. A imagem foi obtida no âmbito do programa Jóias Cósmicas do ESO, uma iniciativa que visa obter imagens de objetos interessantes, intrigantes ou visualmente atrativos, utilizando os telescópios do ESO, para efeitos de educação e divulgação científica. O programa utiliza tempo de telescópio que não pode ser usado em observações científicas. Todos os dados obtidos podem ter igualmente interesse científico e são por isso postos à disposição dos astrónomos através do arquivo científico do ESO.
Fonte: ESO

Telescópios da Nasa encontram pistas de como os buracos negros gigantes se formaram tão depressa

Esta ilustração representa a melhor evidência, até à data, que o colapso direto de uma nuvem de gás produziu buracos negros supermassivos no Universo primordial. Os investigadores combinaram dados do Chandra, do Hubble e do Spitzer para fazer esta descoberta. Crédito: NASA/CXC/STScI

Usando dados dos Grandes Observatórios da NASA, os astrónomos descobriram as melhores evidências, até à data, das sementes cósmicas no Universo primordial que cresceram para buracos negros supermassivos. Os investigadores combinaram dados do Observatório de raios-X Chandra, do Telescópio Espacial Hubble e do Telescópio Espacial Spitzer para identificar estas possíveis sementes de buracos negros. Eles discutem as suas descobertas num artigo que será publicado numa próxima edição da revista Monthly Notices da Sociedade Astronómica Real.

"A nossa descoberta, se confirmada, explica como é que estes buracos negros monstruosos nasceram," afirma Fabio Pacucci da SNS (Scuola Normale Superiore) em Pisa, Itália, que liderou o estudo. "Nós encontrámos evidências de que as sementes de buracos negros podem formar-se diretamente a partir do colapso de uma nuvem de gás gigante, saltando quaisquer passos intermédios."

Os cientistas acreditam que um buraco negro supermassivo habita no centro de quase todas as grandes galáxias, incluindo a nossa própria Via Láctea. Eles descobriram que alguns destes buracos negros supermassivos, que contêm milhões ou até milhares de milhões de vezes a massa do Sol, formaram-se menos de mil milhões de anos após o início do Universo, o Big Bang. Uma teoria sugere que as sementes de buracos negros foram construídas puxando gás dos seus arredores e por fusões de buracos negros mais pequenos, um processo que deveria levar muito mais tempo do que aquele determinado para os buracos negros que se formam rapidamente.

Estas novas descobertas sugerem, ao invés, que alguns dos primeiros buracos negros formaram-se aquando do colapso de uma nuvem de gás, ignorando quaisquer outras fases intermédias, tais como a formação e posterior destruição de uma estrela maciça. Há muita controvérsia no que toca ao percurso que estes buracos negros tomam," afirma a coautora Andrea Ferrara, também da SNS. "O nosso trabalho sugere que estamos a caminhar para uma descoberta, onde os buracos negros começam grandes e crescem a um ritmo normal, em vez de começarem pequenos e crescerem a um ritmo muito rápido.

Os investigadores usaram modelos de computador de sementes de buracos negros combinados com um novo método para selecionar candidatos para estes objetos a partir de imagens de longa exposição do Chandra, Hubble e Spitzer. A equipa encontrou dois candidatos fortes para as sementes de buracos negros. Ambos combinam com o perfil teórico dos dados infravermelhos, inclusive são objetos muito vermelhos e também emitem raios-X detetados com o Chandra. As estimativas da sua distância sugerem que podem ter sido formados quando o Universo tinha menos de mil milhões de anos.

"As sementes de buracos negros são extremamente difíceis de encontrar e a confirmação da sua deteção é muito complexa," afirma Andrea Grazian, coautora do Instituto Nacional de Astrofísica na Itália. "No entanto, pensamos que a nossa investigação descobriu os dois melhores candidatos até à data. A equipe planeia obter mais observações em raios-X e no infravermelho para verificar se estes objetos têm mais das propriedades esperadas para as sementes dos buracos negros. Os próximos observatórios, como o Telescópio Espacial James Webb e o E-ELT (European Extremely Large Telescope), vão ajudar nos estudos futuros através da deteção da luz de buracos negros mais distantes e pequenos.

Os cientistas estão atualmente a construir a estrutura teórica necessária para interpretar os próximos dados, com o objetivo de encontrar os primeiros buracos negros do Universo. "Como cientistas, não podemos dizer neste momento que o nosso modelo é 'o tal'", comenta Pacucci. "O que achamos é que o nosso modelo é capaz de reproduzir as observações sem a necessidade de suposições injustificadas."
Fonte: Astronomia Online
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