12 de setembro de 2018

O que torna Supernovas Super- luminosas?

Uma nova técnica dá aos astrônomos uma visão mais detalhada do que faz com que algumas carnificinas estelares sejam incrivelmente luminosas.
Uma estrela explodindo típica gera até um bilhão de luz do Sol em seu pico. Mas as chamadas supernovas superluminosas estão em uma classe rara, brilhando centenas de vezes mais que suas primas "comuns". Qual mecanismo alimenta essas explosões superpotentes?
Um estudo recente usa uma nova abordagem para responder a essa pergunta. Na Nature 's Astronomy desegunda-feira, Ragnhild Lunnan (Universidade de Estocolmo, Suécia e Caltech) e seus colegas relatam uma análise detalhada de supernova superlova iPTF16eh, descoberta pela Palomar Transient Factory em dezembro de 2015. É uma das supernovas mais luminosas conhecidas (embora não bater o recordista descoberto em 2015). Mais importante ainda, esta supernova mostra uma assinatura em seu espectro que os astrônomos nunca viram antes.
Quando esta estrela foi supernova, a luz da explosão refletiu-se em uma espessa esfera de gás em torno da estrela, produzindo uma linha de emissão que os astrônomos rastrearam no ano seguinte à erupção inicial. "A maioria dos ecos de luz que estudamos até agora eram refletidos pela poeira localizada muito longe da supernova", diz Nathan Smith (Universidade do Arizona). Mas neste caso, a luz ressoou perto do gás, fornecendo detalhes íntimos sobre sua destruição.
Acontece que o casulo gasoso está se expandindo tão rapidamente - 3.300 quilômetros por segundo, ou 7 milhões de mph - que deve ser o resultado de uma ejeção explosiva, ao invés do tipo de vento constante que precede a morte de outras estrelas massivas. Lunnan e seus colegas argumentam que essa ejeção, que ocorreu cerca de 30 anos antes de toda a estrela explodir, aponta para uma causa particular de morte: um evento de instabilidade de um par pulsante .
Como estrelas com mais de 100 Suns ficam sem combustível para queimar em seus núcleos, as coisas começam a dar errado. Em vez de fundir elementos em seus núcleos, essas estrelas começam a produzir pares de elétrons e seus parceiros de antimatéria, os pósitrons. Como a produção de pares retira energia do sistema de suporte da estrela, ela faz com que o núcleo imploda, o que, por sua vez, induz a fusão nuclear. Em estrelas realmente massivas - aquelas com mais de 130 massas solares - isso é suficiente para causar “desmontagem rápida e não programada”.
Mas em estrelas entre 100 e 130 massas solares, os resultados explosivos não são tão imediatos. Em vez disso, essa estrela de massa média pulsa, alternadamente implodindo e queimando, antes de passar por colapso do núcleo de horas a milhares de anos depois. As pulsações podem ejetar uma enorme quantidade de massa, e os pesquisadores argumentam que uma ejeção de 10 massas solares de uma estrela de 115 massas solares coincide com as observações.
Mas, Smith adverte, "isso não exclui necessariamente outras possibilidades". Ele explica que o cenário de instabilidade do par pulsacional faz uma variedade tão grande de previsões que é consistente com as observações de muitas supernovas. Mas outras ideias ainda são possíveis: por exemplo, a estrela pode ter sido um magnetar, com um campo magnético extremamente forte que ampliou as conseqüências de seu colapso. Concedido, o cenário magnetar não prevê a ejeção explosiva de material 30 anos antes da supernova - mas isso não significa que isso não possa acontecer, argumenta Smith.
Uma única explicação provavelmente não será suficiente para todas as supernovas superluminosas - elas simplesmente exibem muita variedade. Mas agora os astrônomos têm uma nova ferramenta em sua caixa de ferramentas para explorar a carnificina estelar.
Fonte: https://www.skyandtelescope.com

Buracos Negros supermassivos fornecem Janela para o Universo Primitivo

Como os buracos negros supermassivos se formaram? Dois estudos descobriram dezenas de buracos negros de massa mediana em galáxias anãs para alimentar um debate em andamento.
O conceito deste artista mostra um buraco negro com gás quente em espiral através de um disco de acreção. Linhas de campo magnético lançam uma quantidade mínima deste material em um jato ultra-rápido que dispara para o espaço. Raios-X podem emanar do disco ou do jato. NASA / JPL-Caltech

Buracos negros pesados ​​são uma característica surpreendentemente comum do universo, espreitando ou resplandecendo em galáxias próximas e distantes. Mas uma questão há muito incomodava os astrônomos: de onde vieram esses chamados buracos negros supermassivos - em geral variando de milhões a bilhões de Suns? Dois estudos usando observações de raios X fornecem duas respostas diferentes.


Passado presente


Quando o universo tinha menos de um bilhão de anos, as galáxias já abrigavam buracos negros supermassivos, visíveis pelo gás incandescente que eles devoravam a taxas de dezenas de sóis por ano. Mesmo quando estamos nos empanturrando, a maneira típica que conhecemos de fazer um buraco negro - o colapso de uma estrela moribunda - não seria suficiente para criar tais feras.
Existem duas soluções atualmente na vanguarda da solução deste dilema: Uma ideia é que a primeira geração de estrelas que deu origem a buracos negros era muito mais massiva do que a versão moderna, tipicamente contendo 100 Suns em massa. Esses buracos negros com massa de 100 solar teriam então de se alimentar a taxas tremendas praticamente o tempo todo para crescer até o tamanho supermassivo quando o universo chegar a 1 bilhão de anos.
Uma ideia alternativa é que os primeiros buracos negros se formaram quando uma nuvem de gás colapsou diretamente em algo entre mil vezes a massa do Sol. Esse cenário precisa de uma situação bem especial para cultivar esses buracos negros maciços, manter todo o gás junta enquanto colapsa sem que ele se fragmente em estrelas. (Veja o artigo de Camille Carlisle, "The First Black Holes", na edição de janeiro de 2017 da Sky & Telescope para mais detalhes sobre esses cenários.)
A tecnologia atual não nos permitirá realmente testar qualquer cenário, então os astrônomos fazem uma rota indireta para procurar a resposta. Se os buracos negros supermassivos que habitam grandes galáxias começam suas vidas como buracos negros de massa estelar, buracos negros menores, de "massa intermediária", devem ser comuns em galáxias menores. O cenário de colapso direto, em vez disso, prevê que esses buracos negros medianos seriam raros. Então, todos os astrônomos têm que fazer é calcular os buracos negros em galáxias anãs e eles têm a sua resposta - mas isso não é tão fácil quanto parece.

Registrando a divisão dos médios

Mar Mezcua (Instituto de Ciência Espacial, Espanha) e seus colegas estudaram as imagens de raios-X coletadas como parte da Pesquisa do Legado Chandra COSMOS , que também inclui dados de luz visível e infravermelho. Eles encontram 40 galáxias anãs hospedando alimentações ativas, buracos negros dos médios com massas entre 10.000 e 100.000 sóis. A equipe usa a fração de buracos negros "ativos" - cerca de 10% - como uma proxy para o número total de buracos negros em galáxias anãs. A fração baixa, afirmam em 1º de agosto os Avisos Mensais da Royal Astronomical Society , favorece o modelo de colapso direto.

Esta imagem composta combina dados infravermelhos e raios X no campo COSMOS Legacy Survey. Aproximadamente 10% das galáxias anãs neste campo - 40 no total - estão hospedando um buraco negro dos médios. A baixa fração de buracos negros ativos favorece o cenário de colapso direto, argumentam Mezcua e seus colegas. Raio-X: NASA / CXC / ICE / M.Mezcua et al .; Infravermelho: NASA / JPL-Caltech; Ilustração: NASA / CXC / A.Hobart

Outro ponto a favor do cenário de colapso direto é que ele prevê que galáxias menores deveriam ter menos probabilidade de abrigar buracos negros, e é exatamente isso que Mezcua e seus colegas encontram. Mas a fração de buracos negros ativos que a equipe calcula é, na realidade, um limite inferior do número real de buracos negros. Pode ser que um grande número de buracos negros em jejum, silenciosos em raios X, se escondam em outras galáxias anãs.
Além do debate estão novos dados de Igor Chilingarian (Observatório Astrofísico Smithsonian) e colegas, que pesquisaram os dados do céu para encontrar uma amostra de 305 candidatos de buraco negro de massa mediana, publicada em 6 de agosto no Astrophysical Journal . Eles confirmam 10 desses candidatos com novas e arquivadas observações de raios X de Chandra, XMM-Newton e Swift, estimadas em ter massas entre 30.000 e 200.000 sóis.
Chilingarian argumenta que a mera existência de buracos negros de massa intermediária na extremidade inferior desse espectro de massa favorece o cenário de sementes estelares, já que o cenário de colapso direto deveria produzir apenas buracos negros com massa de mais de 100.000 sóis. Mas Mezcua discorda, argumentando que os modelos de colapso direto são flexíveis o suficiente para permitir massas menores.
Por enquanto, o concurso termina em um empate, e isso provavelmente continuará sendo o caso até que os astrônomos possam descobrir uma maneira de encontrar buracos negros adormecidos em galáxias anãs.
“Os métodos usados ​​para medir massas de buracos negros ou inferir a presença de um buraco negro em galáxias massivas com buracos negros inativos não podem ser aplicados a galáxias anãs, porque estas são pequenas e fracas em comparação com galáxias elípticas maciças”, diz Mezcua. “Então, se detectar buracos negros ativos em galáxias anãs é difícil, detectar os dormentes é ainda mais desafiador.”
Amy Reines, cujo estudo de 2013 também favoreceu o modelo de colapso direto com as mesmas advertências que o estudo da equipe de Mezcua, concorda. "Eu não acho que haja provas conclusivas de uma forma ou de outra", diz Amy Reines (Montana State University). "Mais trabalho precisa ser feito."
Fonte: https://www.skyandtelescope.com
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