18 de outubro de 2018

A história das primeiras estrelas e galáxias, de acordo com 20 anos de simulação do universo inicial


Você provavelmente conhece a teoria do Big Bang, o magnífico e explosivo nascimento do nosso universo. Mas o que aconteceu logo a seguir?

Cerca de 100 milhões de anos de escuridão.  Quando as primeiras estrelas se iluminaram, elas eram maiores e mais brilhantes do que as que se seguiram. Sua luz ultravioleta era tão intensa que transformava os átomos ao redor em íons.  De onde vieram essas estrelas? E como elas se tornaram as galáxias – o universo repleto de radiação e plasma – que vemos hoje? Essas são as nossas questões”, explicou o professor Michael Norman, diretor do San Diego Supercomputer Center e principal autor de um artigo publicado na revista científica Frontiers in Astronomy and Space Sciences.

Amanhecer Cósmico

O chamado “Amanhecer Cósmico” – que vai do surgimento da primeira estrela até a conclusão dessa “reionização cósmica” – durou cerca de um bilhão de anos. Pesquisadores como o professor Norman trabalham com equações matemáticas e simulações do universo para tentar compreender melhor este período. Ele e sua equipe passaram mais de 20 anos refinando um software para estudar o Amanhecer Cósmico.

A simulação

Os cientistas primeiro criaram um código que lhes permitiu modelar as primeiras estrelas do universo. Essas equações descrevem o movimento e as reações químicas dentro das nuvens de gás em um universo antes da luz, e a imensa força gravitacional de uma massa muito maior, mas invisível – a misteriosa matéria escura.

“Essas nuvens de hidrogênio puro e hélio desmoronaram sob a gravidade para incendiar estrelas únicas e massivas – centenas de vezes mais pesadas que nosso sol”, esclarece Norman.  Os primeiros elementos pesados se formaram nos núcleos de alta pressão das primeiras estrelas: apenas um pouquinho de lítio e berílio.  Com a morte de tais estrelas gigantes de vida curta, que entraram em colapso e explodiram em supernovas deslumbrantes, metais pesados como ferro foram finalmente criados em abundância e espalhados pelo espaço.

Oi, metais

Em um segundo momento da simulação, os pesquisadores adicionaram equações para modelar o enriquecimento de nuvens de gás com esses metais recém-formados, o que levou à formação de um novo tipo de estrela.

A formação de estrelas gigantes sem metal não parou totalmente – pequenas galáxias dessas estrelas deveriam existir em locais onde havia matéria escura suficiente para resfriar nuvens imaculadas de hidrogênio e hélio.

No entanto, sem uma enorme atração gravitacional, a intensa radiação das estrelas existentes aquece as nuvens de gás e rasga suas moléculas. Então, na maioria dos casos, o gás livre de metal colapsa inteiramente para formar um único buraco negro supermassivo.

Galáxias

“As novas gerações de estrelas que se formaram são menores e muito mais numerosas, por causa das reações químicas possíveis com os metais”, observa Norman. Neste estágio, já temos os primeiros objetos no universo que tpodem ser chamados de galáxias: uma combinação de matéria escura, gás enriquecido com metal e estrelas.

“As primeiras galáxias são menores do que o esperado porque a radiação intensa de estrelas jovens e massivas leva o gás denso para longe das regiões de formação de estrelas. Por sua vez, a radiação das menores galáxias contribuiu significativamente para a reionização cósmica”, sugere.

Essas galáxias são numerosas, mas difíceis de detectar. Elas poderiam nos informar a data exata do término do Amanhecer Cósmico – isto é, quando a reionização cósmica se completou. A transição foi rápida: em 30 milhões de anos, praticamente todas as novas estrelas foram enriquecidas com metais”, afirmou Norman.

Peças ainda fora do lugar

Outros grupos de pesquisa estão se envolvendo com a simulação, ajudando os cientistas a superarem limitações de computação, importando alguns de seus resultados ou simplificando partes de um modelo que são menos relevantes para os seus interesses de estudo. Esses métodos semi-analíticos já foram usados para determinar com mais precisão por quanto tempo as primeiras estrelas maciças e sem metal estavam sendo criadas, quantas ainda deveriam ser observadas, e a contribuição delas – bem como dos buracos negros e estrelas enriquecidas com metal – para a reionização cósmica”, explica Norman.

Os pesquisadores agora devem conduzir uma nova geração de simulações com códigos diferentes para elucidar pontos de incerteza.  Isso nos ajudará a entender o papel dos campos magnéticos, raios-X e poeira espacial no resfriamento de gás, e a identidade e comportamento da misteriosa matéria escura que impulsiona a formação de estrelas”, resume Norman.
Fonte: hypescience.com
[Phys]

Astrônomos encontram exoplanetas orbitando estrela a 500 anos-luz da Terra


Cientistas do Instituto de Astronomia da Universidade de Cambridge, na Inglaterra, descobriram quatro novos exoplanetas orbitando uma jovem estrela que está a cerca de 500 anos-luz da Terra. A estrela em questão é chamada de CI Tau e tem apenas dois milhões de anos. Segundo os astrônomos, ela ainda está cercada por um aglomerado de poeira e gás conhecido como disco protoplanetário.

No estudo, publicado no periódico The Astrophysical Journal Letters, a equipe de pesquisadores conta ter observado o CI Tau e seu disco com uma rede de radiotelescópios localizada nos Andes chilenos. Eles detectaram três falhas adicionais no disco, com distâncias de 13, 39 e 100 unidades astronômicas (sendo cada unidade equivalente a 150 milhões de quilômetros) da estrela, o que indica a presença de três corpos celestes em sua órbita. Segundo a análise dos cientistas, o trabalho da equipe sugere que o mais interno dos três exoplanetas é tão grande quanto Júpiter, enquanto os dois mais externos têm tamanho semelhante a Saturno.

Os pesquisadores já haviam detectado um exoplaneta apelidado de CI Tau b em torno da estrela. Ele possui dez vezes o tamanho de Júpiter e foi o primeiro planeta quente desse tipo já descoberto orbitando uma estrela tão jovem. Com isso, no total, são quatro corpos na órbita do CI Tau.

Na pesquisa, os autores afirmam que nunca haviam detectado quatro planetas gigantes em torno de uma estrela tão recente. "Supõe-se que os planetas de massa parecida com a de Saturno se acumulem primeiro por meio de um núcleo sólido e depois trazendo uma camada de gás no topo, mas esses processos são muito lentos a grandes distâncias da estrela", escreveu Cathie Clarke, principal autora do estudo.
Fonte: Galileu

Descoberto o maior proto-superenxame de galáxias

Com o auxílio do Very Large Telescope do ESO os astrónomos descobriram um titã cósmico no Universo primordial

Uma equipe internacional de astrônomos usando o instrumento VIMOS do Very Large Telescope do ESO descobriu uma estrutura titânica no início do Universo. Este protó-superaglomerado de galáxias - que eles apelidaram de Hyperion - foi revelado por novas medições e um exame complexo de dados de arquivo. Esta é a maior e mais maciça estrutura já encontrada em tão remota distância e tempo - apenas 2 bilhões de anos após o Big Bang.

Uma equipe de astrónomos, liderada por Olga Cucciati do Istituto Nazionale di Astrofisica ( INAF ) de Bolonha, utilizou o instrumento VIMOS no Very Large Telescope (VLT) do ESO para identificar um gigantesco superaglomerado de galáxias formado no Universo primitivo, apenas 2,3 mil milhões. anos após o Big Bang. Essa estrutura, que os pesquisadores apelidaram de Hyperion, é a maior e mais massiva estrutura a ser encontrada tão cedo na formação do Universo. 

A enorme massa do proto-superaglomerado é calculada em mais de um milhão de bilhões de vezes a do Sol. Esta massa titânica é semelhante à das maiores estruturas observadas no Universo hoje, mas encontrar um objeto tão massivo no início do Universo surpreendeu os astrônomos.

" Esta é a primeira vez que uma estrutura tão grande foi identificada em um desvio para o vermelho tão alto, pouco mais de 2 bilhões de anos após o Big Bang ", explicou a primeira autora do trabalho de descoberta, Olga Cucciati. “ Normalmente, esses tipos de estruturas são conhecidos em redshifts inferiores, o que significa que o Universo teve muito mais tempo para evoluir e construir coisas tão grandes. Foi uma surpresa ver algo que evoluiu quando o Universo era relativamente jovem! "

Localizado no COSMOS campo na constelação de Sextans (O sextante), Hyperion foi identificado através da análise da vasta quantidade de dados obtidos a partir da VIMOS ultra-profundas exame conduzido por Olivier Le Fèvre (Aix-Marselha Université,  CNRS ,  CNES ). O VIMOS Ultra-Deep Survey fornece um mapa 3D sem precedentes da distribuição de mais de 10 000 galáxias no Universo distante.

A equipe descobriu que o Hyperion tem uma estrutura muito complexa, contendo pelo menos 7 regiões de alta densidade conectadas por filamentos de galáxias, e seu tamanho é comparável a superaglomerados próximos, embora tenha uma estrutura muito diferente.

“Os superaglomerados mais próximos da Terra tendem a uma distribuição de massa muito mais concentrada com características estruturais claras ” , explica Brian Lemaux, astrônomo da Universidade da Califórnia, Davis e LAM, e co-líder da equipe por trás desse resultado. “ Mas em Hyperion, a massa é distribuída de maneira muito mais uniforme em uma série de bolhas conectadas, povoadas por associações frouxas de galáxias. "

Esse contraste é provavelmente devido ao fato de que os superaglomerados próximos tiveram bilhões de anos para que a gravidade reúna a matéria em regiões mais densas - um processo que tem agido por muito menos tempo no muito mais jovem Hyperion.  Dado seu tamanho tão cedo na história do Universo, Hyperion deve evoluir para algo semelhante às imensas estruturas do Universo local, como os superaglomerados que compõem a Grande Muralha de Sloan ou o Superaglomerado de Virgem que contém nossa própria galáxia, a Via Láctea. Caminho. 

Compreender o Hyperion e como ele se compara a estruturas recentes semelhantes pode fornecer insights sobre como o Universo se desenvolveu no passado e evoluirá para o futuro, e nos permite a oportunidade de desafiar alguns modelos de formação de superaglomerados ” , concluiu Cucciati. “ Desenterrar esse titã cósmico ajuda a descobrir a história dessas estruturas de larga escala. "
Fonte: ESO

A história de antes do Big Bang


Segundo cientistas, o Universo apresenta “ecos” de eventos que aconteceram antes do Big Bang. Essas marcas podem ser vistas nas microondas de radiação que preenchem o Universo.

O cosmologista Roger Penrose afirma que os eventos parecem como “anéis” ao redor de aglomerados de galáxias. Ele criou o termo “aeon” para se referir a uma era do universo, como diferentes eras da história. Segundo Penrose, houve aeons antes do nosso, que culminaram no evento Big Bang e que deram início ao nosso aeon.

Para chegar a essa conclusão, Penrose e Vahe Gurzadyan (cientista da Universidade Yerevan, da Armênia) analisaram as temperaturas praticamente uniformes que preenchem os espaços vazios do Universo. Eles pesquisaram quase 11 mil lugares, especialmente galáxias que se fundiram e criaram buracos negros enormes.

Quando esses buracos negros são criados, há uma enorme liberação de energia. Se os mesmos eventos se repetem em diferentes aeons, ou seja, as mesmas coisas acontecem em diferentes períodos da história do universo, se repetindo infinitamente, essas energias de aeons passados poderiam ser encontradas.

A pesquisa mostrou 12 eventos em que há “anéis” de energia ao redor de estruturas espaciais, alguns com até cinco anéis de energia, mostrando que eventos massivos poderiam sair desses objetos mais de uma vez na história.

A descoberta é fascinante porque pode mostrar que tudo no universo é cíclico, incluindo a vida na Terra e nossa própria existência.
Fonte: https://hypescience.com
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