17 de julho de 2019

Alimentando os jatos extremos de galáxias ativas

As galáxias movidas a buracos negros chamadas de blazars possuem jatos poderosos que, acredita-se, estão destinados, de forma fortuita, diretamente para a Terra. Os astrônomos usaram observações de várias bandas, do raio gama ao rádio, para estudar os poderosos jatos e suas fontes de direção.NASA; M. Weiss / CfA

Um núcleo ativo de galáxias (AGN) contém um buraco negro supermassivo que é material que se acumula vigorosamente. Normalmente ejeta jatos de partículas que se movem próximo à velocidade da luz, irradiando-se através de muitos comprimentos de onda, em particular o raio X, em processos que estão entre os fenômenos mais energéticos do universo. Os jatos são também altamente colimados e se estendem muito além de sua galáxia hospedeira, e se eles são apontados ao longo de nossa linha de visão, eles são a classe mais espetacular desse fenômeno: os blazares. 

Há alguns anos, os astrônomos notaram que alguns tipos de blazares têm poderes de jato que parecem exceder a potência fornecida pelo acréscimo. Duas idéias foram apresentadas para explicar a diferença: os jatos também extraem energia do giro do buraco negro ou do fluxo magnético ao redor do objeto. Como qualquer processo acontece - se de fato acontecerem - é calorosamente debatido, mas uma linha popular de argumento afirma que os processos estão de alguma forma relacionados à massa do buraco negro supermassivo, com os casos mais massivos (mais de cem milhões de energia solar). massas) sendo a mais anômala.

Recentemente, o Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi detectou raios gama (ainda mais fótons energéticos que raios-X) vindos de jatos em uma classe de galáxias chamadas Seyferts, galáxias espirais com massas de buracos negros supermassivos relativamente pequenas, tipicamente cerca de dez milhões de massas solares. Os astrônomos especularam que esses motores de emissão relativamente baixos, mas poderosos, podem fornecer chaves para separar as diversas fontes de energia a jato.

O astrônomo da CfA, Mislav Balokovic e seus colegas completaram um estudo de comprimentos de onda da galáxia PKSJ1222 + 0413 e incluiu dados do raio gama ao rádio, tanto de arquivo quanto de novas observações, incluindo novos resultados do observatório espacial NuSTAR. Eles então realizaram uma modelagem completa desta fonte, a mais distante de seu tipo conhecida - sua luz tem viajado para nós por cerca de oito bilhões de anos.

Eles detectaram a assinatura pronunciada de um disco de acreção e estimaram a massa do buraco negro supermassivo das larguras e forças das linhas de emissão em cerca de duzentos milhões de massas solares, cerca de dez vezes mais do que a maioria das outras Seyferts do seu tipo. A luminosidade do jato é apenas cerca de metade da luminosidade de acreção, ao contrário de casos como galáxias, cujo poder de jato excede a acreção.
Fonte: Cfa.harvard.edu

Novo método pode resolver a dificuldade de medir a expansão do Universo

Impressão de artista da explosão e do surto de ondas gravitacionais emitidas quando um par de estrelas de neutrões superdensas colidem. Novas observações com radiotelescópios mostram que estes eventos podem ser usados para medir o ritmo de expansão do Universo.Crédito: NRAO/AUI/NSF

Usando radiotelescópios da NSF (National Science Foundation), os astrónomos demonstraram como uma combinação de observações de ondas gravitacionais e rádio, juntamente com uma modelagem teórica, pode transformar as fusões de pares de estrelas de neutrões numa "régua cósmica" capaz de medir a expansão do Universo e resolver uma questão pendente sobre o seu ritmo.

Os astrónomos usaram o VLBA (Very Long Baseline Array), o VLA (Karl G. Jansky Very Large Array) e o GBT (Robert C. Byrd Green Bank Telescope) para estudar as consequências da colisão de duas estrelas de neutrões que produziram ondas gravitacionais detetadas em 2017. Este evento fornece uma nova maneira de medir o ritmo de expansão do Universo, conhecido pelos cientistas como a Constante de Hubble. O ritmo de expansão do Universo pode ser usado para determinar o seu tamanho e idade, além de servir como uma ferramenta essencial para interpretar observações de objetos noutras partes do Universo.

Dois métodos principais de determinação da Constante de Hubble usam as características da radiação cósmica de fundo em micro-ondas, radiação remanescente do Big Bang, ou um tipo específico de explosões de supernova, de nome supernovas do Tipo Ia, no Universo distante. No entanto, estes dois métodos fornecem resultados diferentes.

"A fusão de estrelas de neutrões dá-nos uma nova maneira de medir a constante de Hubble e, esperançosamente, de resolver o problema," disse Kunal Mooley, do NRAO (National Radio Astronomy Observatory) e do Caltech.

A técnica é semelhante à que usa explosões de supernova. Pensa-se que as explosões de supernova do Tipo Ia tenham todas um brilho intrínseco que pode ser calculado com base na velocidade com que crescem e diminuem de brilho. A medição deste brilho, a partir da Terra, indica-nos a distância da explosão de supernova. A medição do desvio Doppler da luz da galáxia hospedeira indica a velocidade a que a galáxia se está a afastar da Terra. A velocidade, dividida pela distância, produz a constante de Hubble. Para obter um valor preciso, têm que ser feitas muitas medições a distâncias diferentes.

Quando duas estrelas de neutrões colidem, produzem uma explosão e um surto de ondas gravitacionais. A forma do sinal da onda gravitacional diz aos cientistas quão "brilhante" foi esse surto de ondas gravitacionais. A medição do "brilho", ou intensidade das ondas gravitacionais recebidas na Terra, pode fornecer a distância.

"Este é um meio completamente independente de esclarecermos o verdadeiro valor da Constante de Hubble," disse Mooley.

No entanto, há uma reviravolta. A intensidade das ondas gravitacionais varia com a sua orientação em relação ao plano orbital das duas estrelas de neutrões. As ondas gravitacionais são mais fortes na direção perpendicular ao plano orbital e mais fracas se o plano orbital estiver de lado, visto da perspetiva da Terra.

"A fim de usar as ondas gravitacionais para medir a distância, precisávamos de conhecer essa orientação," explicou Adam Deller, da Universidade de Tecnologia de Swinburne, na Austrália.

Durante um período de meses, os astrónomos usaram os radiotelescópios para medir o movimento de um jato super-rápido de material ejetado da explosão. "Nós usámos estas medições, juntamente com simulações hidrodinâmicas detalhadas, para determinar o ângulo de orientação, permitindo assim a utilização das ondas gravitacionais para descobrir a distância," disse Ehud Nakar da Universidade de Tel Aviv.

Os cientistas dizem que esta única medição, de um evento a cerca de 130 milhões de anos-luz da Terra, ainda não é suficiente para resolver a incerteza, mas a técnica agora pode ser aplicada a futuras fusões de estrelas de neutrões detetadas com ondas gravitacionais.

"Pensamos que mais 15 eventos deste tipo, que podem ser observados tanto com ondas gravitacionais quanto em grande com radiotelescópios, podem resolver o problema," disse Kenta Hotokezaka, da Universidade de Princeton. "Este seria um avanço importante na nossa compreensão de um dos aspetos mais importantes do Universo," acrescentou.

A equipe científica internacional liderada por Hotokezaka divulgou os seus resultados num artigo publicado na revista Nature Astronomy
Fonte: Astronomia OnLine

Descoberto disco circumplanetário em torno de jovem planeta

Imagem ALMA da poeira em PDS 70, um sistema localizado a aproximadamente 370 anos-luz da Terra. Duas manchas ténues na região interior do disco estão associadas com planetas recém-formados. Uma dessas concentrações de poeira é um disco circumplanetário, o primeiro já detetado em torno de uma estrela distante.Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); A. Isella

Recorrendo ao ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), os astrónomos fizeram as primeiras observações de um disco circumplanetário, a cintura planetária de poeira e gás que os astrónomos fortemente teorizam controlar a formação de planetas e que dá origem a todo um sistema de luas, como o encontrado em redor de Júpiter. Este jovem sistema estelar, PDS 70, está localizado a aproximadamente 370 anos-luz da Terra. Recentemente, os astrónomos confirmaram a presença de dois planetas massivos, semelhantes a Júpiter, em órbita da estrela. 

Esta descoberta foi feita com o VLT (Very Large Telescope) do ESO, que detetou o brilho quente naturalmente emitido pelo hidrogénio gasoso que se acumula nos planetas. As novas observações do ALMA, ao invés, mostram as fracas ondas de rádio emitidas pelas partículas minúsculas (com cerca de um-décimo de milímetro) de poeira em redor da estrela.

Os dados do ALMA, combinados com as observações anteriores do VLT no ótico e no infravermelho, fornecem evidências convincentes de que um disco empoeirado capaz de formar múltiplas luas rodeia o planeta mais exterior conhecido do sistema.
"Pela primeira vez, podemos ver conclusivamente os sinais reveladores de um disco circumplanetário, que ajuda a suportar muitas das atuais teorias de formação planetária," disse Andrea Isella, astrónomo da Universidade Rice em Houston, no estado norte-americano do Texas, autor principal de um artigo publicado na revista The Astrophysical Journal Letters.

"Ao compararmos as nossas observações com imagens infravermelhas e óticas de alta-resolução, podemos ver que uma concentração de minúsculas partículas de poeira, de outro modo enigmática, é um disco planetário de poeira, o primeiro do seu género já observado conclusivamente," disse. De acordo com os investigadores, esta é a primeira vez que um planeta é visto nestas três bandas distintas de luz (visível, infravermelho e rádio).

Ao contrário dos gelados anéis de Saturno, que provavelmente se formaram pela colisão de cometas e corpos rochosos há relativamente pouco tempo na história do nosso Sistema Solar, o disco circumplanetário é o remanescente do processo de formação do planeta. Os dados do ALMA também revelaram duas diferenças distintas entre os dois planetas recém-descobertos. 

O mais próximo dos dois, PDS 70 b, que está mais ou menos à mesma distância da sua estrela do que Úrano do Sol, tem uma massa de poeira atrás dele, lembrando uma cauda. "O que isto é, e o que significa para este sistema planetário, ainda não é conhecido," disse Isella. "A única coisa conclusiva que podemos dizer é que está longe o suficiente do planeta para ser uma característica independente."

O segundo planeta, PDS 70 c, reside no mesmo local que um nó claro de poeira visto nos dados do ALMA. Dado que este planeta brilha tão intensamente nas bandas do infravermelho e do hidrogénio, os astrónomos podem dizer de maneira convincente que um planeta totalmente formado já está em órbita e que o gás próximo continua a ser sugado para a superfície do planeta, terminando o seu surto de crescimento adolescente.

Este planeta exterior está localizado a mais ou menos 5,3 mil milhões de quilómetros da estrela hospedeira, aproximadamente à mesma distância que Neptuno está do Sol. Os astrónomos estimam que este planeta tenha entre 1 e 10 vezes a massa de Júpiter. "Se o planeta estiver do lado mais massivo dessa estimativa, é bem possivel  que existam luas do tamanho de um planeta formando-se em redor," observou Isella.

Os dados do ALMA também acrescentam outro elemento importante a estas observações.
Os estudos óticos de sistemas planetários são notoriamente complexos. Dado que a estrela é muito mais brilhante do que os planetas, é difícil filtrar o brilho, tal como tentar avistar um pirilampo ao lado de um holofote. No entanto, as observações do ALMA não têm essa limitação, já que as estrelas emitem comparativamente pouca luz em comprimentos de onda milimétricos e submilimétricos.

"Isto significa que podemos voltar a este sistema a diferentes períodos e mapear com mais facilidade a órbita dos planetas e a concentração de poeira no sistema," concluiu Isella. "Isto dar-nos-á uma visão única das propriedades orbitais dos sistemas solares nos seus primeiros estágios de desenvolvimento."
Fonte: Astronomia OnLine

Hubble descobre um misterioso disco em torno de um buraco negro


À esquerda a galáxia espiral NGC 3147, pelo Hubble. À direita, uma ilustração do buraco negro supermassivo que reside no núcleo da galáxia. A imagem do Hubble mostra os braços espirais da galáxia, repletos de jovens estrelas azuis, nebulosas rosadas e poeira. No entanto, no núcleo brilhante de NGC 3147 esconde-se um buraco negro monstruoso, pesando cerca de 250 milhões de sóis. As observações do buraco negro pelo Hubble demonstram duas teorias da relatividade de Einstein. O que se vê em torno do centro, em amarelo-avermelhado, é o brilho da luz do gás que gira, preso pela poderosa gravidade do buraco negro. O buraco negro está profundamente enterrado no seu campo gravitacional, como mostra a grelha verde que ilustra o espaço deformado. O campo gravitacional é tão forte que a luz está a lutar para sair, um princípio descrito na teoria da relatividade geral de Einstein. O material está a girar tão depressa à volta do buraco negro que fica mais brilhante quando se aproxima da Terra e menos brilhante quando afasta. Este efeito, conhecido por emissão relativista, foi previsto pela teoria da relatividade restrita de Einstein. NGC 3147 está localizada a 130 milhões de anos-luz, na constelação do Dragão. Créditos: Hubble Image: NASA, ESA, S. Bianchi (Università degli Studi Roma Tre University), A. Laor (Technion-Israel Institute of Technology), and M. Chiaberge (ESA, STScI, and JHU); illustration: NASA, ESA, and A. Feild and L. Hustak (STScI).

Os buracos negros são já suficientemente misteriosos. Mas com a ajuda do Telescópio Espacial Hubble, os astrónomos descobriram um inesperado disco de material a girar a grande velocidade em torno de um buraco negro supermassivo no coração da magnífica galáxia espiral NGC 3147, localizada a 130 milhões de anos-luz da Terra.

O mistério é que, com base nas teorias astronómicas atuais, o disco não deveria estar lá. No entanto, a presença inesperada de um disco tão próximo de um buraco negro oferece uma oportunidade única para testar as teorias da relatividade de Albert Einstein. A relatividade geral descreve a gravidade como curvatura do espaço e a relatividade restrita descreve a relação entre espaço e o tempo.
“Nunca vimos com tanta clareza os efeitos da relatividade geral e restrita em luz visível,” disse Marco Chiaberge, da Agência Espacial Europeia, do Instituto de Ciência do Telescópio Espacial e da Universidade Johns Hopkins, membro da equipa que conduziu o estudo do Hubble.
“Esta é uma intrigante espreitadela a um disco muito próximo de um buraco negro, tão próximo que as velocidades e a intensidade da atração gravitacional afetam a aparência dos fotões de luz,” acrescentou Stefano Bianchi, da Università degli Studi Roma Tre, em Roma, Itália, principal autor do estudo. “Não podemos compreender os dados, a menos que incluamos as teorias da relatividade”.
Em certos tipos de galáxias, como a NGC 3147, os buracos negros são considerados subnutridos, já não há matéria suficiente a ser capturada pela gravidade para os alimentar de forma regular. Assim, a névoa fina de material que sobre eles cai é inflada como um donut em vez de ser achatada num disco em forma de panqueca. Por isso, é muito intrigante que exista um disco fino a rodear o subnutrido buraco negro de NGC 3147, semelhante a discos muito mais poderosos descobertos em galáxias extremamente ativas com buracos negros bem alimentados e monstruosos.
“Pensávamos que este era o melhor candidato para confirmar que abaixo de certas luminosidades o disco de acreção já não existe,” explicou Ari Laor, do Instituto de Tecnologia Technion-Israel, em Haifa, Israel. “O que vimos foi algo completamente inesperado. Descobrimos gás em movimento revelando caraterísticas que só podemos explicar como sendo produzidas por material a girar num disco fino bem próximo do buraco negro.”
Os astrónomos selecionaram inicialmente esta galáxia para validar modelos aceites sobre galáxias ativas de baixa luminosidade – com buracos negros em dieta escassa de material. Os modelos preveem que se forma um disco de acreção quando grandes quantidades de gás são capturadas pela forte força gravitacional de um buraco negro. Ao cair no buraco, essa matéria emite muita luz, produzindo um feixe brilhante chamado quasar. Quando há menos material a ser atraído para dentro do disco, ele começa a quebrar-se, tornando-se mais fraco e mudando de estrutura.
“O tipo de disco que vemos é um quasar reduzido que não esperávamos existir,” disse Bianchi. “É o mesmo tipo de disco que vemos em objetos que são 1000 ou até 100000 vezes mais luminosos. As previsões dos atuais modelos da dinâmica de gás em galáxias ativas muito fracas falharam claramente.”
O disco de gás está tão profundamente inserido no intenso campo gravitacional do buraco negro que a sua luz é alterada, de acordo com as teorias da relatividade de Einstein, oferecendo aos astrónomos uma visão única dos processos dinâmicos próximos a um buraco negro.
O Hubble observou que o material do disco gira à volta do buraco negro a mais de 10% da velocidade da luz. A estas velocidades extremas, o gás parece ficar mais brilhante quando se aproxima da Terra, e menos brilhante quando se afasta (um efeito conhecido por emissão relativista). As observações do Hubble mostram também que o gás está de tal modo inserido no poço gravitacional que a luz está a lutar para se escapar e por isso parece alongada para comprimentos de onda mais vermelhos. O buraco negro tem a massa de cerca de 250 milhões de sóis.
Os investigadores usaram o STIS – Espectrógrafo de Imagem do Telescópio Espacial Hubble – para observar o turbilhão de matéria dentro do disco. Um espectrógrafo é uma ferramenta de diagnóstico que divide a luz de um objeto nos seus muitos comprimentos de onda para determinar a sua velocidade, temperatura e outras características com uma precisão muito elevada. Os astrónomos recorreram à resolução precisa do STIS para isolar a fraca luz da região do buraco negro e bloquear a poluição provocada pela luz das estrelas.
“Sem o Hubble, não poderíamos ter conseguido esta observação, já que a região do buraco negro tem baixa luminosidade,” disse Chiaberge. “A luminosidade das estrelas na galáxia ofusca qualquer coisa no núcleo. Observando a partir do solo, o brilho das estrelas seria dominante e impediria ver a emissão fraca do núcleo.”
A equipe espera usar o Hubble para procurar outros discos compactos em torno de buracos negros ténues em galáxias ativas semelhantes.
O trabalho da equipe foi publicado online na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Fonte: Portal do Astrónomo

Flor de cerejeira galáctica


A galáxia NGC 1156 se assemelha a uma delicada flor de cerejeira que floresce na primavera nesta imagem doHubble da semana . As muitas "florescências" brilhantes dentro da galáxia são, de fato, berçários estelares - regiões onde novas estrelas estão ganhando vida. A luz energética emitida por estrelas recém-nascidas nessas regiões flui para fora e encontra bolsões próximos de gás hidrogênio, fazendo com que brilhe com um tom rosado característico.

NGC 1156 está localizado na constelação de Áries (The Ram) . É classificada como uma galáxia anã irregular, o que significa que falta uma espiral clara ou forma arredondada, como outras galáxias têm, e está no lado menor, embora com uma região central relativamente grande que é mais densamente repleta de estrelas.

Alguns bolsões de gás dentro da NGC 1156 giram na direção oposta ao resto da galáxia, sugerindo que houve um encontro próximo com outra galáxia no passado da NGC 1156. A gravidade dessa outra galáxia - e o caos turbulento de tal interação - poderia ter distorcido a provável rotação mais ordenada do material dentro da NGC 1156, produzindo o comportamento estranho que vemos hoje.
Crédito: ESA / Hubble, NASA, R. Jansen
Fonte: Spacetelescope.org
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