23 de abril de 2019

Astrônomos encontram estrelas transmitindo do maior aglomerado globular de nossa galáxia

Astrônomos descobriram um fluxo de estrelas retiradas do Omega Centauri, o maior e mais brilhante aglomerado globular ao redor da Via Láctea - e talvez uma galáxia anã.
Ao redor da Via Láctea existem mais de 150 aglomerados globulares , antigas cidades estelares com centenas de milhares de habitantes compactos. A maioria desses aglomerados pode ser encontrada no halo quase vazio da galáxia; é provável que eles se formaram antes da nossa galáxia. Mas um desses não é como os outros.
Omega Centauri
Uma visão do icônico aglomerado globular Omega Centauri. ESO / INAF-VST / OmegaCAM; Reconhecimento: A. Grado, L. Limatola / Observatório INAF-Capodimonte
Omega Centauri (NGC 5139, ou Omega Cen) é extraordinariamente brilhante, massivo e enorme: 10 milhões de estrelas se espremem em uma esfera de cerca de 150 anos-luz de largura. O que mais intrigam os astrônomos, porém, é que suas estrelas apareçam em pelo menos três populações distintas, sugerindo que o aglomerado se reuniu ao longo de bilhões de anos em vez de todos de uma só vez.
Os astrônomos há muito acham que esse peculiar globular pode ser algo completamente diferente: os restos de uma galáxia que chegou muito perto da Via Láctea. Separados pela gravidade da nossa galáxia, suas estrelas teriam fluído no halo e contornado a galáxia, deixando um pequeno núcleo atrás de um cluster.
Agora, Rodrigo Ibata (Universidade de Estrasburgo, França) e seus colegas relatam novas evidências para essa teoria na Nature Astronomy : a tão procurada detecção de um fluxo estelar pertencente ao Omega Cen.
Pesquisadores têm procurado (e descoberto) os restos estelares de aglomerados e galáxias destruídos desde que as primeiras correntes foram descobertas no Sloan Digital Sky Survey , mas tem sido difícil. “Os córregos têm sido difíceis de detectar porque têm densidade baixa e, portanto, são difíceis de detectar visualmente”, explica Jeremy Webb (Universidade de Toronto), que não esteve envolvido no estudo. "A maioria não se destaca visualmente entre estrelas de primeiro e segundo plano".

Rios (estelares) no abismo

Mas com o satélite Gaia da Agência Espacial Européia, os astrônomos podem ver as distâncias e movimentos precisos de um bilhão de estrelas. Quando estrelas próximas umas das outras no espaço também se movem juntas, especialmente quando elas estão fora do disco galáctico, é um bom sinal de que elas são parte de um fluxo. Para encontrar esses grupos estelares, a equipe de Ibata aplicou um algoritmo de computador chamado Streamfinder para classificar a riqueza de dados de Gaia. Ele selecionou mais de uma dúzia de novos fluxos estelares que circundam o disco espiral plano da Via Láctea.
A equipe apelidou um desses fluxos de Fimbulthul, nomeado para um dos onze rios que percorriam o vazio primordial na mitologia nórdica. Suas 309 estrelas abrangem 18 graus no céu. A equipe calcula que as órbitas das estrelas as levam a 5.000 anos-luz até o centro da galáxia e até 21.300 anos-luz, propriedades orbitais notavelmente similares àquelas estimadas para o Omega Cen. E como Omega Cen, as estrelas de Fimbulthul não têm elementos mais pesados, o que significa que eles são similarmente antigos. A equipe realizou simulações de computador para mostrar que Fimbulthul poderia ser o braço de estrelas que a gravidade da nossa galáxia tirou do Omega Cen.
Essa descoberta não é inédita: dezenas de fluxos estelares sujam o halo da galáxia. Embora a maioria dos encontrados até agora venha de aglomerados em vez de galáxias, a Via Láctea está em processo de rasgar a galáxia elíptica anã de Sagitário em pedaços - suas estrelas fluem em uma gigantesca órbita quase polar em torno de nossa galáxia. Na verdade, Omega Cen pode mostrar como Sagitário parecerá daqui a bilhões de anos.
Córrego Sagitário
A impressão deste artista mostra as caudas de maré das estrelas (brancas) que fluem da Galáxia Anã de Sagitário (laranja) que orbita a Via Láctea. O círculo amarelo brilhante à direita do centro da galáxia é o nosso Sol (não escalar). Sagitário está do outro lado da galáxia, mas podemos ver suas caudas de estrelas estendendo-se pelo céu enquanto elas envolvem nossa galáxia. Amanda Smith / Universidade de Cambridge
Os pesquisadores reconhecem que suas simulações de computador ainda são muito simples e não correspondem perfeitamente aos dados. Seus planos futuros incluem trabalhar em modelos mais realistas para entender melhor as origens do fluxo do Fimbulthul e encontrar outras estrelas associadas ao Omega Cen.
Fonte: Skyandtelescope.com

Físicos medem o vácuo pela primeira vez


A física é o campo da ciência que estuda as propriedades da matéria e da energia – ou seja, tudo que existe, e tudo, nesse caso, inclui até mesmo o nada. O vazio não é realmente vazio de acordo com as leis da física quântica. O vácuo, no qual classicamente supõe-se que não haja literalmente “nada”, está repleto de coisas chamadas flutuações do vácuo – pequenas alterações de um campo eletromagnético, por exemplo, que geralmente chegam a zero com o tempo, mas podem se desviar disso por um breve momento.

Para alguns físicos, medir o espectro de pequenas ondas que compõem o espaço vazio que chamamos de vácuo é uma meta há décadas, mas até agora não havia uma boa maneira de fazer isso. Isso mudou nesta semana, quando físicos da ETH Zurich usaram habilmente pulsos de laser para entender a natureza quântica de um vácuo, estabelecendo um marco nas tentativas de medir o nada absoluto.

“As flutuações do campo eletromagnético no vácuo têm consequências claramente visíveis e, entre outras coisas, são responsáveis pelo fato de que um átomo pode emitir luz espontaneamente”, explica Ileana-Cristina Benea-Chelmus, física do Instituto de Eletrônica Quântica da ETH Zurich, em entrevista ao site da instituição

Nosso Universo é uma tela cheia de espaços vazios. Há uma textura nessa realidade nua que só podemos detectar. Mas este espaço, que geralmente consideramos completamente ausente de matéria e radiação, é um campo infinito de possibilidades do qual emergem algumas partículas. Existe um campo para cada partícula elementar, apenas esperando por energia suficiente para definir as principais características de sua existência.

Essas partículas são todas limitadas por uma regra estranha – à medida que algumas possibilidades aumentam, outras têm que encolher. Uma partícula pode estar em um local preciso, por exemplo, mas terá um momentum muito vago, ou vice-versa. Este princípio de incerteza não se aplica apenas às partículas, mas também ao próprio campo vago.

Durante um período prolongado de tempo, a quantidade de energia em um volume de espaço vazio é em média zero. Mas em determinados momentos não sabemos quanta energia será encontrada nestes espaços, o que resulta em um espectro de probabilidades.

Embora pareça aleatória, há correlações que podem nos dar informações sobre a natureza dessa ondulação. Para medir a maioria das coisas, os pesquisadores precisam estabelecer um ponto de partida. Infelizmente, isso é difícil de fazer com algo que já está em seu estado mais baixo de energia. 

“É um pouco como medir a força de um soco a partir de um punho sem movimento”, compara matéria do portal Science Alert. “Os detectores tradicionais de luz, como os fotodiodos, baseiam-se no princípio de que as partículas de luz – e, portanto, a energia – são absorvidas pelo detector. No entanto, a partir do vácuo, que representa o menor estado de energia de um sistema físico, nenhuma energia adicional pode ser extraída”, explica Benea-Chelmus.

Então, em vez de medir a transferência de energia de um campo vazio, a equipe planejou uma maneira de procurar a assinatura de suas sutis mudanças de probabilidade na polarização dos fótons. Ao comparar dois pulsos de laser de apenas um trilionésimo de segundo de comprimento, enviados através de um cristal super-frio em diferentes momentos e locais, a equipe pôde descobrir como o espaço vazio entre os átomos do cristal afetava a luz.

“Ainda assim, o sinal medido é absolutamente pequeno, e nós realmente tivemos que maximizar nossa capacidade experimental de medir campos muito pequenos”, diz o físico Jérôme Faist ao site do ETH Zurich.

Essa oscilação quântica era tão pequena que eles precisaram de até um trilhão de observações para cada comparação, apenas para ter certeza de que as medições eram legítimas. Essas medições minúsculas permitiram que eles determinassem o fino espectro de um campo eletromagnético em seu estado fundamental.

Controlar o que é efetivamente espaço vazio está se tornando um grande negócio na física quântica. Recentemente, outra equipe de físicos tentou colocar limites no ruído do vácuo à temperatura ambiente, a fim de melhorar a funcionalidade do detector de ondas gravitacionais LIGO.

Partículas virtuais – breves fantasmas de possíveis partículas que mal existem como incertezas em um campo – também são fundamentais para entender como os buracos negros se evaporam lentamente com o passar do tempo através da radiação de Hawking.

Segundo a matéria do ETH Zurich, os pesquisadores esperam que no futuro eles possam medir ainda mais os casos exóticos de flutuações de vácuo usando este método. “Na presença de fortes interações entre fótons e matéria, que podem ser alcançadas, por exemplo, dentro de cavidades ópticas, de acordo com cálculos teóricos, o vácuo deve ser preenchido com uma multiplicidade de chamados fótons virtuais. O método desenvolvido por Faist e seus colaboradores deve possibilitar o teste dessas previsões teóricas”, diz o texto.
Fonte: hypescience.com

Como os cientistas capturaram a primeira imagem de um buraco negro

Os cientistas obtiveram a primeira imagem de um buraco negro, usando observações do EHT (Event Horizon Telescope) do centro da galáxia M87. A imagem mostra um anel brilhante formado à medida que a luz é curvada sob a intensa gravidade em redor de um buraco negro 6,5 mil milhões de vezes mais massivo do que o Sol.Crédito: Colaboração EHT

Nas notícias

Alcançando o que antes era considerado impossível, uma equipa internacional de astrónomos capturou uma imagem da silhueta de um buraco negro. As evidências da presença de buracos negros - lugares misteriosos no espaço onde nada, nem mesmo a luz, pode escapar - já existem há algum tempo, e os astrónomos há muito que observam os efeitos destes fenómenos nos seus arredores. Na imaginação popular, pensava-se que a captura de uma imagem de um buraco negro era impossível porque uma imagem de algo a partir do qual nenhuma luz pode escapar pareceria completamente escura. 

Para os cientistas, o desafio era o modo como, a partir de milhares ou até milhões de anos-luz de distância, podiam capturar uma imagem do gás quente e brilhante que cai num buraco negro. Uma equipa ambiciosa e internacional de astrónomos e cientistas conseguiu realizar ambos. Trabalhando durante mais de uma década para alcançar o feito, a equipa aprimorou uma técnica de radioastronomia existente para imagens de alta resolução e usou-a para detetar a silhueta de um buraco negro - delineada pelo gás brilhante que rodeia o seu horizonte de eventos, o precipício além do qual a luz não pode escapar.

Como o fizeram

Embora os cientistas tivessem teorizado que podiam fotografar buracos negros capturando as suas silhuetas contra os seus arredores luminosos, a capacidade de observar um objeto tão distante ainda lhes escapava. Foi formada uma equipa para enfrentar o desafio, criando uma rede de telescópios conhecida como EHT (Event Horizon Telescope). Estabeleceram o objetivo de capturar uma imagem de um buraco negro, aprimorando a técnica que permite fotografar objetos muito distantes conhecida como VLBI (Very Long Baseline Interferometry).

Para ver objetos distantes são usados telescópios de todos os tipos. Quanto maior o diâmetro, ou abertura, do telescópio, maior a sua capacidade de recolher mais luz e maior a sua resolução (ou capacidade de observar detalhes finos). Para ver detalhes em objetos distantes e que parecem pequenos e escuros da Terra, precisamos de recolher a maior quantidade de luz possível com uma resolução muito alta, por isso precisamos de usar um telescópio com uma grande abertura.

Por isso é que a técnica VLBI foi essencial para captar a imagem do buraco negro. A técnica VLBI funciona criando um conjunto de telescópios mais pequenos que podem ser sincronizados para focar no mesmo objeto, ao mesmo tempo, e agir como um telescópio virtual gigante. Em alguns casos, os telescópios mais pequenos também são uma matriz de múltiplos telescópios. Esta técnica tem sido usada para rastrear naves espaciais e para fotografar fontes de rádio cósmicas e distantes como quasares.

A abertura de um telescópio virtual gigante como a do EHT é tão grande quanto a distância entre os dois telescópios mais afastados - para o EHT, essas duas estações estão no Polo Sul e na Espanha, criando uma abertura equivalente a quase o diâmetro da Terra. Cada telescópio concentra-se no alvo, neste caso o buraco negro, e recolhe dados a partir da sua posição na Terra, fornecendo uma porção da visão completa do EHT. Quantos mais telescópios no conjunto, amplamente espaçados, maior será a resolução da imagem.

Para testar a VLBI para fotografar um buraco negro e uma série de algoritmos de computador para classificar e sincronizar dados, a equipa do EHT decidiu ter dois alvos, cada um fornecendo desafios únicos.

O buraco negro supermassivo mais próximo da Terra, Sagitário A*, interessou a equipa porque está no nosso quintal galáctico - no centro da nossa Galáxia, a Via Láctea, a 26.000 anos-luz de distância (o asterisco é o padrão astronómico para denotar um buraco negro). Embora não seja o único buraco negro na nossa Galáxia, é o buraco negro que parece maior quando "visto" da Terra. 

Mas a sua localização, na mesma galáxia que a Terra, significava que a equipa tinha que observar através da "poluição" provocada por estrelas e poeira, o que significa que teriam mais dados para filtrar durante o processamento da imagem. No entanto, devido ao interesse do buraco negro local e ao seu tamanho relativamente grande, a equipa do EHT escolheu Sagitário A* como um dos seus dois alvos.

O segundo alvo foi o buraco negro supermassivo M87*. Um dos maiores buracos negros supermassivos conhecidos, M87* está localizado no centro da gigantesca galáxia elíptica Messier 87, ou M87, a 53 milhões de anos-luz de distância. Substancialmente mais massivo do que Sagitário A*, que contém 4 milhões de massas solares, M87* contém o equivalente a 6,5 mil milhões de massas solares. Uma massa solar é equivalente à massa do nosso Sol, aproximadamente 2x10^30 kg. Além do seu tamanho, M87* interessa aos cientistas porque, ao contrário de Sagitário A*, é um buraco negro ativo, com matéria a cair e a ser expelida na forma de jatos de partículas que são aceleradas a velocidades próximas da velocidade da luz. 

Mas a sua distância tornou-o um desafio ainda maior do que a captura do relativamente local, Sagitário A*. Como descrito por Katie Bouman, cientista de computação do EHT que liderou o desenvolvimento de um dos algoritmos usados para classificar os dados do telescópio durante o processamento da imagem histórica, é semelhante a capturar uma imagem de uma laranja na superfície da Lua.

Em 2017, o EHT era uma colaboração de oito observatórios espalhados pelo mundo - e desde então mais foram adicionados. Antes que a equipa pudesse começar a recolher dados, tiveram que encontrar um horário em que o clima fosse propício para a observação telescópica em todos os locais. Para M87*, a equipa tentou ter bom tempo em abril de 2017 e, dos 10 dias escolhidos para observação, quatro dias foram limpos o suficiente em todos os oito locais!

Cada telescópio usado no EHT tinha que estar altamente sincronizado com os outros, recorrendo a um relógio atómico. Este elevado grau de precisão torna o EHT capaz de resolver objetos cerca de 4000 vezes melhor que o Telescópio Espacial Hubble. À medida que cada telescópio recolhia dados do buraco negro alvo, os dados digitais e o registo do tempo eram gravados em dispositivos de armazenamento de computador. A recolha de dados durante os quatro dias, em todo o mundo, deu à equipa uma quantidade substancial de dados para processar. 

Os dados foram transportados fisicamente para um local central porque a sua quantidade, aproximadamente 5 petabytes, excede o que as velocidades atuais da Internet podem suportar. Nesta localização central, os dados de todos os oito observatórios foram sincronizados usando os tempos e combinados para produzir um conjunto composto de imagens, revelando a silhueta nunca antes vista do horizonte de eventos de M87*. A equipa também está a trabalhar na produção de uma imagem de Sagitário A*, a partir de observações adicionais feitas pelo EHT.

À medida que mais telescópios são adicionados e a rotação da Terra é incluída, mais da imagem pode ser resolvida e podemos esperar que as imagens futuras tenham uma resolução mais alta. Mas talvez nunca tenhamos uma visão completa.

Para complementar os achados do EHT, várias naves da NASA fizeram parte de um grande esforço para observar o buraco negro usando diferentes comprimentos de onda. Desse esforço fizeram parte o Observatório de raios-X Chandra, o NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) e o Observatório Neil Gehrels Swift - todos construídos para detetar diferentes variedades de raios-X -, que apontaram para o buraco negro de M87 mais ou menos ao mesmo tempo que o EHT em abril de 2017. O Telescópio Espacial de Raios-Gama Fermi da NASA também estava atento a mudanças nos raios-gama de M87* durante as observações do EHT. Se o EHT observasse mudanças na estrutura do ambiente do buraco negro, os dados destas missões e de outros telescópios podiam ser usados para ajudar a descobrir o que estava a acontecer.

Embora as observações da NASA não tenham traçado diretamente a imagem histórica, os astrónomos usaram dados do Chandra e do NuSTAR para medir o brilho de raios-X do jato de M87*. Os cientistas usaram essa informação para comparar os seus modelos do jato e do disco em torno do buraco negro com as observações do EHT. Podem surgir outras ideias à medida que os investigadores continuam a debruçar-se sobre estes dados.

Porque é importante

Aprender mais sobre estruturas misteriosas no Universo fornece uma visão mais detalhada da física e permite-nos testar métodos de observação e teorias, como a teoria da relatividade geral de Einstein. Os objetos massivos deformam o espaço-tempo na sua vizinhança e, embora a teoria da relatividade geral tenha sido diretamente comprovada para objetos de massa menor, como a Terra e o Sol, a teoria ainda não tinha sido provada diretamente para buracos negros e para outras regiões contendo matéria densa.

Um dos principais resultados do projeto de imagem de um buraco negro, pelo EHT, é um cálculo mais direto da massa de um buraco negro. Usando o EHT, os cientistas foram capazes de observar e medir diretamente o raio do horizonte de eventos de M87*, ou o seu raio de Schwarzschild, e determinar a massa do buraco negro. Essa estimativa está próxima da derivada com um método que usa o movimento de estrelas em órbita - validando-o como um método de estimativa de massa.

O tamanho e a forma de um buraco negro, que depende da sua massa e rotação, podem ser previstos a partir das equações da relatividade geral. A relatividade geral prevê que esta silhueta seja aproximadamente circular, mas outras teorias da gravidade previam formas ligeiramente diferentes. A imagem de M87* mostra uma silhueta circular, conferindo assim credibilidade à teoria da relatividade geral de Einstein perto dos buracos negros.

Os dados também fornecem algumas informações sobre a formação e sobre o comportamento da estrutura dos buracos negros, como o disco de acreção que alimenta o buraco negro com material e os jatos de plasma emanados do seu centro. Os cientistas levantaram a hipótese de como um disco de acreção se forma, mas nunca tinham sido capazes, até agora, de testar as suas teorias com observação direta. Os cientistas também estão curiosos sobre o mecanismo pelo qual alguns buracos negros supermassivos emitem enormes jatos de partículas que viajam quase à velocidade da luz.

Esta e outras perguntas serão respondidas à medida que mais dados forem adquiridos pelo EHT e sintetizados em algoritmos de computador. Esteja atento(a) à próxima imagem esperada de um buraco negro - Sagitário A*, na nossa Via Láctea.
Fonte: Astronomia OnLine
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