12 de mai de 2017

Galáxias em fusão têm buracos negros envoltos

Esta ilustração compara o crescimento de buracos negros supermassivos em dois tipos diferentes de galáxias. Um buraco negro supermassivo em crescimento, numa galáxia normal, teria gás e poeira numa estrutura em forma de donut em seu redor (esquerda). Numa galáxia em fusão, uma esfera de material obscurece o buraco negro (direita).Crédito: NAOJ

Os buracos negros têm uma má reputação na cultura popular pois engolem tudo o que conseguem apanhar. Na realidade, as estrelas, gases e poeiras podem orbitar os buracos negros durante longos períodos de tempo, até que uma grande perturbação empurra esse material.

A fusão entre duas galáxias é uma dessas perturbações. À medida que as galáxias se combinam e os seus buracos negros centrais se aproximam, o gás e a poeira nas proximidades são empurrados para os seus respetivos buracos negros. É libertada uma quantidade enorme de radiação altamente energética à medida que o material espirala rapidamente em direção ao buraco negro faminto, que se torna no que os astrónomos chamam de núcleo galáctico ativo (NGA).

Usando o telescópio NuSTAR da NASA, um estudo mostra que nos estágios finais de fusões galácticas, cai tanto gás e poeira, em direção ao buraco negro, que o NGA extremamente brilhante fica envolto. O efeito combinado da gravidade das duas galáxias diminui as velocidades de rotação do gás e da poeira que, de outra forma, estariam orbitando livremente. Esta perda de energia faz com que o material caia sobre o buraco negro.

"Quanto mais desenvolvida estiver a fusão, mais encoberto estará o NGA," comenta Claudio Ricci, autor principal do estudo publicado na revista Monthly Notices Royal Astronomical Society. "As galáxias que estão numa fase adiantada deste processo de fusão têm os seus buracos negros completamente cobertos por um casulo de gás e poeira."

Ricci e colegas observaram a emissão penetrante de raios-X altamente energéticos de 52 galáxias. Cerca de metade delas estavam nos estágios finais da fusão. Dado que o NuSTAR é muito sensível à deteção dos raios-X mais energéticos, foi fundamental para estabelecer a quantidade de luz que escapa da esfera de gás e poeira que cobre um NGA.

Os cientistas compararam observações de galáxias pelo NuSTAR com dados do Swift e Chandra, também da NASA, e do XMM-Newton da ESA, que observam componentes menos energéticos do espectro de raios-X. Se se detetam raios-X altamente energéticos de uma galáxia, mas não raios-X de baixa energia, isso é sinal de um NGA altamente obscurecido.

O estudo ajuda a confirmar a ideia de longa data de que o buraco negro de um NGA faz a maior parte da sua alimentação enquanto está envolto durante os últimos estágios de uma fusão. Um buraco negro supermassivo cresce rapidamente durante estas fusões," comenta Ricci. "Os resultados avançam a nossa compreensão das misteriosas origens da relação entre um buraco negro e a sua galáxia hospedeira."
Fonte: Astronomia OnLine

Sonda New Horizons se aproxima de misterioso objeto vermelho

A sonda New Horizons da NASA está neste momento acelerando em direção a um objeto misterioso chamado MU69, no Cinturão de Kuiper. Observações recentes do objeto distante indicam uma superfície avermelhada, talvez até mais vermelha que os borrões localizados em Plutão.
Este pequeno KBO (Kuiper Belt object) mede entre 30 a 45 km de diâmetro e está a 2,6 bilhões de km de Plutão. Quando New Horizons chegar lá em janeiro de 2019, a sonda estará 43,3 vezes mais distante do Sol do que a Terra está distante do Sol. A sonda se aproximará mais deste objeto do que Plutão quando fez a histórica passagem pelo planeta em 15 de julho de 2015.
Comparação de tamanhos de MU69. (Imagem: New Horizons / NASA)
A cor avermelhada de MU69, assim como as manchas de Plutão e da sua lua Charon, sugere a presença de tolina, uma classe de moléculas que é formada através da irradiação ultravioleta de componentes simples como o metano e etano.
Tonlina não se forma naturalmente na Terra, mas é abundante na superfície de corpos gelados na parte exterior do sistema solar. Com o Hubble, cientistas confirmaram que MU69 faz parte da clássica região gelada do Cinturão de Kuiper, que contém alguns dos mais antigos objetos do sistema solar.
New Horizons trajetória e as órbitas de Plutão e 2014 MU69. (Imagem: NASA / Johns Hopkins)
Quanto mais New Horizons avança e encontra objetos incrivelmente distantes da Terra, mais esta missão se assemelha à série Star Trek. Janeiro de 2019 promete novidades interessantes. 
Fonte: Gizmodo

Uum incrível retrato da nebulosa do Caranguejo

Animação da composição da nova imagem da Nebulosa do Caranguejo, obtida através da combinação de dados de cinco telescópios que abrangem quase todo o espectro eletromagnético: o VLA, o Telescópio Espacial Spitzer, o Telescópio Espacial Hubble, o Observatório XMM-Newton e o Observatórios de raios-X Chandra.Crédito: NASA, ESA, NRAO/AUI/NSF e G. Dubner (Universidade de Buenos Aires)

Astrónomos produziram uma imagem altamente detalhada da Nebulosa do Caranguejo, combinando dados de telescópios que abrangem quase toda a amplitude do espectro eletromagnético, desde ondas de rádio vistas pelo VLA (Karl G. Jansky Very Large Array) até ao poderoso brilho de raios-X visto pelo Observatório Chandra. E, entre essa gama de comprimentos de onda, a nítida visão ótica do Telescópio Espacial Hubble e a perspetiva infravermelha do Telescópio Espacial Spitzer.

A Nebulosa do Caranguejo, o resultado de uma brilhante explosão de supernova vista pelos chineses e outros astrónomos no ano 1054, está a 6500 anos-luz da Terra. No seu centro está uma estrela de neutrões superdensa, completando uma rotação a cada 33 milissegundos, disparando faróis giratórios de ondas de rádio e luz - um pulsar (o ponto brilhante no centro da imagem). A forma intricada da nebulosa é provocada por uma interação complexa do pulsar, um vento veloz de partículas oriundas do pulsar, e material originalmente expelido pela supernova e pela própria estrela antes de explodir.

Esta composição da Nebulosa do Caranguejo, um remanescente de supernova, foi composto através da combinação de dados de cinco telescópios que abrangem quase todo o espectro eletromagnético: o VLA, o Telescópio Espacial Spitzer, o Telescópio Espacial Hubble, o Observatório XMM-Newton e o Observatórios de raios-X Chandra.Crédito: NASA, ESA, NRAO/AUI/NSF e G. Dubner (Universidade de Buenos Aires)

Esta imagem combina dados de cinco telescópios diferentes: o VLA (rádio) em vermelho; o Telescópio Espacial Spitzer (infravermelho) em amarelo; o Telescópio Espacial Hubble (visível) em verde; o XMM-Newton (ultravioleta) em azul; e o Observatório de raios-X Chandra (raios-X) em roxo. As novas observações do VLA, do Hubble e do Chandra foram todas obtidas quase na mesma altura em novembro de 2012. Uma equipa de cientistas, liderada por Gloria Dubner do IAFE (Institute of Astronomy and Physics), do CONICET (National Council of Scientific Research) e da Universidade de Buenos Aires, Argentina, fez então uma análise completa dos detalhes recentemente revelados com o objetivo de recolher novas informações sobre a física complexa do objeto. 

Os seus achados foram publicados na revista The Astrophysical Journal. "A comparação destas novas imagens, obtidas em diferentes comprimentos de onda, está a fornecer-nos novos detalhes sobre a Nebulosa do Caranguejo. Embora já seja estudada extensivamente há décadas, ainda temos muito a aprender sobre ela." comenta Dubner.
Fonte: Astronomia OnLine

Harmonias planetárias salvaram TRAPPIST-1 da destruição

O sistema TRAPPIST-1, descoberto em fevereiro deste ano, causou um furor na comunidade científica por uma boa razão: três de seus sete planetas do tamanho da Terra estão na zona habitável de sua estrela, o que significa que podem abrigar condições adequadas para a vida.
Mas um dos enigmas principais da pesquisa original que descreveu o sistema era que ele parece instável.  Se você simula o sistema, os planetas começam a colidir uns com os outros em menos de um milhão de anos”, explica Dan Tamayo, pós-doutorando no Centro de Ciências Planetárias da Universidade de Toronto em Scarborough, no Canadá. “Isso pode parecer um longo tempo, mas é apenas um piscar de olhos astronômico. Seria muita sorte nós termos descoberto TRAPPIST-1 antes que ele se destruísse, então deve haver uma razão pela qual ele permanece estável”.

Estabilidade e harmonia

Tamayo e seus colegas parecem ter encontrado essa razão. Em uma pesquisa publicada na revista Astrophysical Journal Letters, os cientistas descrevem os planetas de TRAPPIST-1 como tendo “órbitas ressonantes”, algo que pode estabilizar fortemente o sistema.
Nas configurações ressonantes, os períodos orbitais dos planetas formam relações de números inteiros. É um princípio muito técnico, mas um bom exemplo é como Netuno orbita o sol três vezes na quantidade de tempo que Plutão leva para orbitá-lo duas vezes. Isso é uma coisa boa para Plutão, porque se não fosse assim, ele não existiria. As órbitas dos dois planetas se cruzam, mas, por causa da ressonância, suas posições um em relação ao outro continuam se repetindo.
“Há um padrão de repetição rítmica que garante que o sistema permaneça estável durante um longo período de tempo”, complementa Matt Russo, pós-doutorando no Instituto Canadense de Astrofísica Teórica, que trabalha em maneiras criativas de visualizar o sistema.
Ao testar as novas simulações ressonantes usando um supercomputador do Instituto Canadense de Astrofísica Teórica, a equipe descobriu que o TRAPPIST-1 permaneceu estável por quanto tempo eles puderam executá-las – o que acabou sendo 100 vezes mais tempo do que as simulações da pesquisa original descrevendo o sistema.

Sinfonia perfeita

TRAPPIST-1 leva o princípio da ressonância muito a sério, com todos os sete planetas estando em órbitas sincronizadas. Para ilustrar esta notável configuração, Tamayo e Russo, ao lado de Andrew Santaguida, criaram uma animação em que os planetas tocam uma nota de piano toda vez que passam na frente de sua estrela anfitriã, e uma batida de tambor sempre que um planeta passa por seu vizinho mais próximo.
Como as órbitas dos planetas estão em proporções simples, seu movimento cria um padrão de repetição constante que forma uma música agradável. Acelerar as frequências orbitais dos planetas na faixa auditiva humana produz uma espécie de sinfonia astrofísica, se desenvolvendo a mais de 40 anos-luz de distância.
O vídeo abaixo ilustra essas órbitas sincronizadas. A música que elas compõem aparece na marca dos dois minutos e seis segundos:

Alinhados desde o nascimento

Mesmo órbitas sincronizadas não necessariamente sobrevivem muito tempo. Os alinhamentos orbitais têm que ser precisos para garantir que os sistemas permaneçam estáveis. Isso pode explicar por que as simulações feitas anteriormente rapidamente resultaram em planetas colidindo uns com os outros. 
“Não é que o sistema está condenado, é que as configurações estáveis são muito exatas”, afirma Tamayo. “Não podemos medir todos os parâmetros orbitais suficientemente bem no momento, então os sistemas simulados continuam resultando em colisões porque as configurações não são precisas”.
A fim de superar este problema, Tamayo e sua equipe olharam para o sistema não como ele é hoje, mas como pode ter se formado originalmente. Quando o sistema estava nascendo de um disco de gás, os planetas devem ter migrado em relação um ao outro, permitindo que o sistema se estabelecesse naturalmente em uma configuração ressonante estável.
“Isso significa que, no início, a órbita de cada planeta foi ajustada para torná-la harmoniosa com seus vizinhos, da mesma forma que os instrumentos são afinados por uma banda antes de ela começar a tocar”, sugere Russo. “É por isso que a animação produz uma música tão bonita”. 
Fonte: Phys

Ondas gravitacionais podem revelar novas dimensões

Dimensões escondidas podem causar ondulações através da realidade ao modificar ondas gravitacionais – e detectar tais assinaturas de dimensões extras pode ajudar os físicos a resolver alguns dos maiores mistérios do universo.
Os físicos há muito se perguntam por que a gravidade é tão fraca em comparação com as outras forças fundamentais. Isso pode ser porque uma parte dela estaria escapando em dimensões extras além das três dimensões espaciais que experimentamos.
Algumas teorias que procuram explicar como a gravidade e os efeitos quânticos se mesclam, incluindo a teoria das cordas, requerem dimensões extras, muitas vezes com a gravidade se propagando através delas. Encontrar evidências de tais dimensões poderia, portanto, ajudar a caracterizar a gravidade, ou encontrar uma maneira de unir a gravidade e a mecânica quântica – ou, também, sugerir uma explicação de por que a expansão do universo está se acelerando.
Mas a detecção de dimensões extras é um grande desafio. Caso alguma realmente exista, teria que ser muito pequena para evitar efeitos óbvios em nossa vida cotidiana. As esperanças eram altas (e ainda são) de que elas apareceriam no Grande Colisor de Hádrons, mas ainda não vimos nenhum sinal de física além das nossas quatro dimensões.
Nos últimos dois anos, porém, uma nova esperança surgiu. As ondas gravitacionais, ondulações no espaço-tempo causadas pelo movimento de objetos maciços, foram detectadas pela primeira vez em 2015. Uma vez que a gravidade é suscetível de ocupar todas as dimensões que existem, suas ondas são um modo especialmente promissor para detectar qualquer dimensão além daquelas que conhecemos.
“Se há dimensões extras no universo, então as ondas gravitacionais podem caminhar em qualquer dimensão, mesmo nas dimensões extras”, diz Gustavo Lucena Gómez, do Instituto Max Planck de Física Gravitacional, em Potsdam, na Alemanha.
Lucena Gómez e seu colega David Andriot se propuseram a calcular como o potencial de dimensões extras afetaria as ondas gravitacionais que podemos observar. Eles descobriram dois efeitos peculiares: ondas extras em altas frequências e uma modificação de como as ondas gravitacionais esticam o espaço.
À medida que as ondas gravitacionais se propagassem através de uma minúscula dimensão extra, a equipe descobriu que elas deveriam gerar uma “torre” de ondas gravitacionais extras com altas frequências após uma distribuição regular.
Mas os observatórios atuais não conseguem detectar frequências tão altas, e a maioria dos observatórios planejados também se concentram em frequências mais baixas. Assim, enquanto essas ondas extras podem estar em toda parte, elas serão difíceis de detectar.

Modificando o espaço-tempo

O segundo efeito de dimensões extras pode ser mais detectável, uma vez que modifica as ondas gravitacionais “normais” que observamos em vez de adicionar um sinal extra.
“Se dimensões extras estiverem em nosso universo, isso esticaria ou encolheria o espaço-tempo de uma maneira diferente da que as ondas gravitacionais convencionais jamais fariam”, diz Lucena Gómez.
À medida que as ondas gravitacionais ondulam através do universo, elas esticam e esmagam o espaço de uma maneira muito específica. É como puxar um elástico: a elipse formada pela fita fica mais longa em uma direção e mais curta na outra, e depois volta à sua forma original quando você a solta.
Mas as dimensões extras acrescentam outra maneira com a qual as ondas gravitacionais mudam a forma do espaço, chamada de modo de respiração. Como nossos pulmões quando respiramos, o espaço expande-se e contrai-se à medida que as ondas gravitacionais passam, além de esticar e esmagar.
“Com mais detectores poderemos ver se este modo de respiração está acontecendo”, diz Lucena Gómez.
“As dimensões extra têm sido discutidas por um longo tempo de diferentes pontos de vista”, diz Emilian Dudas, da École Polytechnique, na França. “As ondas gravitacionais podem ser um novo giro na busca de dimensões extras”, acredita. Mas há um porém: enquanto a detecção de uma torre de ondas gravitacionais de alta frequência apontaria de forma bastante conclusiva para dimensões extras, um modo de respiração na mudança de formato do espaço poderia ser explicado por outras teorias não-padrões da gravidade. 
“Provavelmente não é uma assinatura única”, diz Dudas. “Mas seria uma coisa muito emocionante”. 
Fonte: HypeScience.com
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