26 de julho de 2019

Como os buracos negros moldam galáxias


Num novo estudo, os cientistas analisaram oito anos de observações do XMM-Newton do buraco negro no centro de uma galáxia ativa conhecida como PG 1114+445, mostrando como os ventos ultrarrápidos - fluxos de gás emitidos do disco de acreção muito próximo do buraco negro - interagem com a matéria interestelar nas partes centrais da galáxia. Estes fluxos já tinham sido vistos antes, mas o novo estudo identifica claramente, e pela primeira vez, três fases da sua interação com a galáxia hospedeira.

"Estes ventos podem explicar algumas correlações surpreendentes que os cientistas conhecem há anos, mas que não conseguiam explicar," disse o autor principal Roberto Serafinelli do Instituto Nacional de Astrofísica de Milão, Itália, que realizou a maior parte do trabalho como parte do seu doutoramento na Universidade de Roma Tor Vergata. 

"Por exemplo, vemos uma correlação entre as massas de buracos negros supermassivos e a dispersão de velocidade das estrelas nas partes internas das suas galáxias hospedeiras. Mas não há como tal se deva ao efeito gravitacional do buraco negro. O nosso estudo mostra, pela primeira vez, como estes ventos de buracos negros impactam a galáxia em maior escala, possivelmente fornecendo o elo que faltava."

Os astrónomos já haviam detetado dois tipos de fluxos nos espectros de raios-X emitidos pelos núcleos ativos das galáxias, as densas regiões centrais das galáxias conhecidas por conter buracos negros supermassivos. Os chamados fluxos ultrarrápidos (em inglês "ultra-fast outflows", ou UFOs), feitos de gás altamente ionizado, viaja a velocidades de até 40% da velocidade da luz e são observáveis nas proximidades do buraco negro central.

Os fluxos mais lentos, conhecidos como absorvedores quentes, viajam a velocidades muito mais baixas, de centenas de quilómetros por segundo, e possuem características físicas semelhantes - como densidade de partículas e ionização - à matéria interestelar circundante. É mais provável que esses fluxos mais lentos sejam detetados a distâncias maiores dos centros das galáxias.

No novo estudo, os cientistas descrevem um terceiro tipo de fluxo que combina características dos dois anteriores: a velocidade de um UFO e as propriedades físicas de um absorvedor quente.

Este arrasto acontece a uma distância de dezenas a centenas de anos-luz do buraco negro. O UFO gradualmente empurra a matéria interestelar para longe das partes centrais da galáxia, limpando-a do gás e diminuindo a acreção da matéria em redor do buraco negro supermassivo. Embora os modelos já tenham previsto antes este tipo de interação, o estudo atual é o primeiro a apresentar observações reais das três fases.  Esta primeira interação acontece muitos anos depois do UFO ter deixado o buraco negro. Mas a energia do UFO permite que o buraco negro relativamente pequeno tenha impacto sobre o material muito além do alcance da sua força gravitacional.  

De acordo com os cientistas, os buracos negros supermassivos transferem a sua energia para o ambiente circundante através desses fluxos e gradualmente limpam as regiões centrais da galáxia de gás, o que pode então interromper a formação estelar. De facto, as galáxias de hoje produzem estrelas com muito menos frequência do que costumavam nos estágios iniciais da sua formação.

A resolução de energia sem precedentes do XMM-Newton foi fundamental para diferenciar os três tipos de características correspondentes aos três tipos de fluxos. No futuro, com observatórios novos e mais poderosos, como o ATHENA (Advanced Telescope for High ENergy Astrophysics) da ESA, os astrónomos poderão observar centenas de milhares de buracos negros supermassivos, detetando estes fluxos mais facilmente. ATHENA, que será mais de 100 vezes mais sensível do que o XMM-Newton, deverá ser lançado no início da década de 2030. 

Mais dados, no futuro, vão ajudar a desvendar as complexas interações entre os buracos negros supermassivos e as suas galáxias hospedeiras em detalhe e a explicar a diminuição na formação estelar que os astrónomos observam ter ocorrido ao longo de bilhões de anos.
Fonte: ESA

Astrônomos observam fases agonizantes de uma estrela parecida com o Sol


Os astrônomos que estudam a evolução das estrelas estão acostumados a acompanhar eventos que levam um tempo muito maior que a vida humana para acontecer. Porém, no caso da estrela T Ursae Minoris, ou T UMi, que vem sendo observada a 1 século, os astrônomos detectaram que ela está muito perto de morrer e pode experimentar importantes eventos dentro de décadas. Além disso, mesmo sendo maior que o Sol, a T UMi pode ser classificada como sendo do mesmo tipo do Sol.

Estrelas com massas superioras a 8 vezes a massa do Sol, terminam sua vida numa bela explosão de supernova, evento esse que podemos acompanhar por semanas às vezes. Estrelas menores, contudo, se movimenta numa velocidade bem menor e termina sua vida de maneira bem menos espetacular.

Todas as estrelas que têm massas entre 0.5 e 8 vezes a massa do Sol, eventualmente expelem suas camadas externas, deixando para trás seus núcleos que se transformam numa estrela do tipo anã branca. Os astrônomos sabem disso através de uma combinação entre modelagem e a observação de estrelas em diferentes momentos de suas jornadas. Contudo, o processo é tão lento que nunca foi visto acontecer. Os astrônomos também não conseguiram testemunhar ainda a transição entre os estágios dessa jornada.

Agora, contudo, a Dra. Meridith Joyce, da Australian National University e seus colegas, analisaram o comportamento da T UMi e publicaram o trabalho no periódico The Astrophysical Journal. Desde 1905, os astrônomos amadores registram o brilho variável da estrela, que chega a um fator de 100, na maioria do tempo no ciclo de 310 a 315 dias. Desde 1979 essas variações se tornaram mais rápidas, caindo para 114 dias, e a variabilidade também diminuiu.

Com isso, a Joyce concluiu que a T UMi está expelindo suas camadas externas através de uma série de pulsos cada pulso durando alguns séculos. “A produção de energia na T UMi tem se tornado instável. Durante essa fase, a fusão nuclear incendeia nas profundezas da estrela, causando pulso térmicos”, disse Joyce.

Joyce prevê que nesse ritmo levará entre 30 a 50 anos, para que a T UMi comece a crescer e esfriar novamente. Ela espera estar ainda trabalhando em astronomia para poder verificar sua previsão.

Com base na massa e no tamanho da estrela obtido a partir da modelagem feita por Joyce, a T UMi deve passar por 25 pulsos para emitir todas suas camadas externas, e pelos cálculos faltam ainda algo entre 5 a 10 pulsos.

O Sol tem cerca da metade da massa inicial da T UMi, embora um sexto da T UMi já tinha ido embora. Os pulsos da estrela serão mais curtos e existem poucos deles para esgotar a estrela. “O Sol, tem no mínimo mais uns 5 bilhões de anos de vida antes de entrar na fase de gigante vermelha”. Nesse ponto, o Sol irá se expandir engolindo Mercúrio, Vênus e possivelmente a Terra, antes de declinar, com pulsos ou não, até terminar a sua vida como uma estrela anã branca.

O material que a T UMi está dispensando inclui carbono e nitrogênio, além de quantidade menores de metais como estanho que será absorvido na geração seguinte de estrelas do sistema e pode ajudar a construir novos planetas. 
Fonte: Iflscience.com

A primeira supernova observada pelo satélite TESS


Quando o TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) da NASA foi lançado para o espaço em abril de 2018, o seu objetivo era específico: procurar novos planetas no Universo.

Mas numa investigação publicada recentemente, uma equipe de astrónomos da Universidade Estatal do Ohio mostrou que o levantamento, apelidado TESS, também pode ser usado para monitorizar um tipo específico de supernova, dando aos cientistas mais pistas sobre o que faz com que as anãs brancas expludam - e sobre os elementos que essas explosões deixam para trás.

"Nós sabemos há anos que estas estrelas explodem, mas temos ideias terríveis do porquê," disse Patrick Vallely, autor principal do estudo e estudante de astronomia da mesma universidade. "A coisa mais importante aqui é que somos capazes de mostrar que esta supernova não é consistente com uma anã branca que retira massa diretamente de uma companheira estelar - o tipo de ideia padrão que levou as pessoas a tentar encontrar assinaturas de hidrogénio em primeiro lugar. Isto porque a curva de luz do TESS não mostra nenhuma evidência de uma companheira, e tendo em conta que as assinaturas do hidrogénio nos espectros SALT não evoluem como os outros elementos, podemos descartar o modelo padrão."

A sua pesquisa, publicada na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, representa as primeiras descobertas publicadas sobre uma supernova observada com o TESS e acrescenta novas informações às teorias de longa data sobre os elementos deixados para trás depois que uma estrela anã branca explode como supernova.

Esses elementos há muito que incomodam os astrónomos.

Os astrónomos pensam que uma anã branca explode num tipo específico de supernova, Tipo Ia, depois de recolher massa de uma estrela companheira próxima e crescer demasiado para permanecer estável. Mas se isso for verdade, então os astrónomos teorizaram que a explosão deixaria para trás traços de hidrogénio, um bloco de construção crucial das estrelas e do Universo inteiro (as anãs brancas, pela sua natureza, já queimaram todo o seu hidrogénio e, portanto, não seriam uma fonte de hidrogénio numa supernova).

Mas até esta observação de uma supernova com o TESS, os astrónomos nunca tinham visto estes traços de hidrogénio no rescaldo da explosão: esta supernova é a primeira do seu tipo em que os astrónomos mediram o hidrogénio. Aquele hidrogénio, relatado pela primeira vez por uma equipa dos Observatórios do Instituto Carnegie para Ciência, poderá mudar a natureza do que os astrónomos sabem sobre as supernovas das anãs brancas.

"A coisa mais interessante sobre esta supernova em particular é o hidrogénio que vimos nos seus espectros (os elementos que a explosão deixa para trás)," disse Vallely. "Há anos que procuramos hidrogénio e hélio nos espectros deste tipo de supernova - esses elementos ajudam-nos a compreender o que provocou a supernova."

O hidrogénio poderia significar que a anã branca consumiu uma estrela próxima. Nesse cenário, a segunda estrela seria uma estrela normal no meio da sua vida útil - não uma segunda anã branca. Mas quando os astrónomos mediram a curva de luz desta supernova, a curva indicava que a segunda estrela era, de facto, uma segunda anã branca. Então, de onde veio o hidrogénio?

O professor de astronomia Kris Stanek - conselheiro de Vallely e coautor do artigo, disse que é possível que o hidrogénio tenha vindo de uma estrela companheira - uma estrela normal - mas ele acha que é mais provável que o hidrogénio tenha vindo de uma terceira estrela que estava perto da explosão da anã branca e que foi consumida na supernova por acaso.

"Seria de pensar que, dado que vemos este hidrogénio, isso significa que a anã branca consumiu uma segunda estrela e explodiu, mas, com base na curva de luz que vimos desta supernova, isso pode não ser verdade," disse Stanek.

"Com base na curva de luz, o evento mais provável, pensamos, é que o hidrogénio pode estar a vir de uma terceira estrela no sistema," acrescentou Stanek. "Portanto, o cenário predominante, pelo menos aqui na Universidade, é que o modo de fabricar uma supernova do Tipo Ia é ter duas estrelas anãs brancas em interação - até mesmo colidindo. Mas também ter uma terceira estrela que fornece o hidrogénio."

A equipe de investigação, Vallely, Stanek e uma equipa de astrónomos de todo o mundo, combinou dados do TESS com dados do ASAS-SN (All-Sky Automated Survey for Supernovae). O ASAS-SN é liderado pela mesma instituição de ensino e é composto por pequenos telescópios espalhados pelo planeta que vigiam o céu em busca de supernovas em galáxias distantes.

O TESS, em comparação, foi construído para procurar planetas próximos na nossa Galáxia - e para fornecer dados muito mais depressa do que os telescópios espaciais anteriores. Isso significa que a equipa da Universidade do Ohio foi capaz de usar os dados do TESS para ver o que estava a acontecer em torno da supernova nos primeiros momentos depois de ter explodido - uma oportunidade sem precedentes.

A equipa combinou dados do TESS e do ASAS-SN com dados do SALT (South African Large Telescope) para avaliar os elementos deixados no rescaldo da explosão de supernova. Eles encontraram tanto hidrogénio quanto hélio, dois indicadores que a estrela que explodiu consumiu, de alguma forma, uma estrela companheira próxima.

"O que é realmente interessante sobre estes resultados é que, quando combinamos os dados, podemos aprender coisas novas," disse Stanek. "E esta supernova é o primeiro caso interessante desta sinergia."

A supernova que esta equipe observou foi do Tipo Ia, um tipo de supernova que pode ocorrer quando duas estrelas se orbitam uma à outra - o que os astrónomos chamam de sistema binário. Nalguns casos de uma supernova do Tipo Ia, uma dessas estrelas é uma anã branca.

Uma anã branca queimou todo o seu combustível nuclear, deixando para trás apenas um núcleo muito quente (a temperatura de uma anã branca excede 100.000 K). A menos que a estrela cresça roubando energia e matéria de uma estrela próxima, a anã branca passa os próximos mil milhões de anos a arrefecer antes de se transformar num pedaço de carbono negro.

Ma se a anã branca e outra estrela estiverem num sistema binário, a anã branca lentamente recebe massa da outra estrela até que, eventualmente, a anã branca explode como supernova.

As supernovas do Tipo Ia são importantes para a ciência espacial - ajudam os astrónomos a medir distâncias no espaço e ajudam a calcular a rapidez com que o Universo está a expandir-se (uma descoberta tão importante que ganhou o Prémio Nobel da Física em 2011).

"Este é o tipo mais famoso de supernova - levou à descoberta da energia escura na década de 1990," disse Vallely. "São responsáveis pela existência de tantos elementos no Universo. Mas nós não entendemos muito bem a física por trás delas. E é por isso que gosto tanto da combinação do TESS com o ASAS-SN; podemos construir estes dados e usá-los para descobrir um pouco mais sobre estas supernovas."

Os cientistas, em geral, concordam que a estrela companheira leva à supernova de uma anã branca, mas o mecanismo dessa explosão, e a composição da estrela companheira, são pouco conhecidos.

Esta descoberta, disse Stanek, fornece algumas evidências de que a estrela companheira neste tipo de supernova é provavelmente outra anã branca.

"Estamos a ver algo novo nestes dados, e isso ajuda à nossa compreensão do fenómeno das supernovas do Tipo Ia," acrescentou. "E podemos explicar isto em termos dos cenários que já temos - precisamos apenas que a terceira estrela, neste caso, seja a fonte do hidrogénio."
Fonte: ccvalg.pt

Revelados os primeiros dias da Via Láctea

Impressão de artista dos primeiros dias da Via Láctea.Crédito: Gabriel Pérez Diaz, SMM (IAC)

O Universo, há 13 mil milhões de anos atrás, era muito diferente do Universo que conhecemos hoje. Sabemos que as estrelas se formavam a um ritmo muito elevado, dando origem às primeiras galáxias anãs, cujas fusões fizeram surgir as galáxias atuais mais massivas, incluindo a nossa. No entanto, não era conhecida a exata cadeia de eventos que produziram a Via Láctea. Até agora.

Medições exatas da posição, brilho e distância de aproximadamente um milhão de estrelas da nossa Galáxia, até 6500 anos-luz do Sol, obtidas com o telescópio espacial Gaia, permitiram que uma equipa do Instituto de Astrofísica das Canárias (IAC) revelasse alguns dos seus estágios iniciais. 

"Nós analisámos e comparámos com modelos teóricos a distribuição de cores e magnitudes (brilhos) das estrelas na Via Láctea, dividindo-as em vários componentes; o chamado halo estelar (uma estrutura esférica que envolve galáxias espirais) e o disco espesso (estrelas que se formam no disco da nossa Galáxia, mas que ocupam uma certa gama de alturas)" explica Carme Gallart, investigadora do IAC e a autora principal do artigo científico, publicado na revista Nature Astronomy.

Estudos anteriores haviam descoberto que o halo Galáctico mostrava sinais claros de ser formado por dois componentes estelares distintos, um dominado por estrelas mais azuis do que o outro. O movimento das estrelas no componente azul rapidamente permitiu identificá-lo como os restos de uma galáxia anã (Gaia-Encélado) que colidiu com a Via Láctea primitiva. No entanto, a natureza da população vermelha, e a época da fusão entre Gaia-Encélado e a nossa Galáxia, eram desconhecidas até agora.

"A análise dos dados do Gaia permitiu-nos obter a distribuição de idades das estrelas em ambos os componentes e mostrou que os dois são formados por estrelas igualmente antigas, que são mais antigas do que as do disco espesso," disse Chris Brook, investigador do IAC e coautor do artigo. Mas se ambos os componentes foram formados ao mesmo tempo, o que diferencia um do outro? 

"A peça final do quebra-cabeças foi dada pela quantidade de 'metais' (elementos que não são hidrogénio ou hélio) nas estrelas de um componente ou outro," explicou Tomás Ruiz Lara, investigador do IAC e coautor do artigo. "As estrelas no componente azul têm uma quantidade mais baixa de metais do que as do componente vermelho". Estes achados, com a adição de previsões de simulações que também foram analisadas no artigo, permitiram que os cientistas completassem a história da formação da Via Láctea.

Há 13 mil milhões de anos começaram a formar-se estrelas em dois sistemas estelares diferentes dos que então se fundiram: um era uma galáxia anã que chamamos Gaia-Encélado e o outro era o principal progenitor da nossa Galáxia, quatro vezes mais massivo e com uma maior proporção de metais. Há cerca de 10 mil milhões de anos, houve uma violenta colisão entre o sistema mais massivo e Gaia-Encélado. 

Como resultado, algumas das suas estrelas e de Gaia-Encélado foram colocadas num movimento caótico e, eventualmente, formaram o halo da Via Láctea atual. Depois, tiveram lugar surtos violentos de formação estelar até há 6 mil milhões de anos, quando o gás assentou no disco da Via Láctea e produziu o que conhecemos como o "disco fino".

"Até agora, todas as previsões e observações cosmológicas de galáxias espirais distantes, semelhantes à Via Láctea, indicam que esta fase violenta de fusão entre estruturas mais pequenas era muito frequente," explicou Matteo Monelli, investigador do IAC e coautor do artigo. Agora fomos capazes de identificar a especificidade do processo na nossa própria Galáxia, revelando os primeiros estágios da nossa história cósmica com detalhes sem precedentes.
Fonte: Astronomia OnLine
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