30 de agosto de 2019

Esta incrível descoberta da anã branca pode ser uma 'mina de ouro' para físicos

Impressão artística de um sistema binário de anãs brancas. Ilustração: Caltech/IPAC

Cientistas descobriram um sistema binário de estrelas anãs brancas que podem um dia produzir uma significativa descoberta de ondas gravitacionais, segundo um novo artigo científico. Certos eventos caóticos, como buracos negros colidindo, emitem ondas distorcendo o espaço-tempo que os cientistas detectaram aqui na Terra.

Mas outros eventos, como objetos extremamente densos que orbitam um ao outro em altíssima velocidade, podem produzir ondas gravitacionais indetectáveis ​​pelos instrumentos atuais, portanto os cientistas estão construindo um detector de ondas gravitacionais baseado no espaço chamado Laser Interferometer Space Antenna (LISA). Duas anãs brancas binárias recém-descobertas parecem ser uma fonte fundamental para as ondas gravitacionais que o LISA poderia detectar.

“Um objeto como esse é realmente uma mina de ouro para melhorar nossa compreensão de como o universo funciona”

Kevin Gõddodo, primeiro autor do estudo e estudante de graduação da CalTech. Os pesquisadores descobriram evidências do sistema binário usando o Zwicky Transient Facility no Observatório Palomar, na Califórnia, EUA. Na mesma noite, outro telescópio em Kitt Peak, no Arizona, fez a mesma observação e notou que a cada 6,91 minutos apenas sua luz diminuía. Em seguida os físicos confirmaram esse comportamento de redução de luz com o outro telescópio em Palomar e finalmente, observações usando o Telescópio W.M Keck em Mauna Kea, Havaí, confirmou a incrível rapidez com a qual as estrelas orbitavam uma à outra.

Os pesquisadores concluíram que haviam visto anãs brancas passando na frente uma da outra, eclipsando sua luz. As anãs brancas são objetos pequenos e densos, são o fim da vida da maioria das estrelas, o que possivelmente incluirá o nosso próprio Sol, e essas duas estão se orbitando simultaneamente de tal maneira que uma bloqueia a luz da outra. O simples fato de que essas anãs brancas eclipsam uma à outra é uma descoberta curiosíssima, pois permitirá que os pesquisadores meçam ambas as estrelas, o que seria difícil de realizar de outra forma.

É um par bizarro de estrelas. Parece que uma delas é muito mais quente que uma anã branca típica, possivelmente porque esteja sugando matéria da outra. Mas as observações ainda não corroboram nenhuma evidência disso. Os pesquisadores farão observações pelo Hubble para tentarem descobrir o que estaria causando a diferença de temperatura entre o par.

Mais emocionante de toda essa história é a ciência que as anãs brancas binárias poderiam possibilitar. Este par está a apenas 7.500 anos-luz de nós e elas orbitam relativamente próximas uma da outra, em um espaço ainda menor que o diâmetro do planeta Saturno. Imagine como isso é louco: dois corpos, um deles com cerca da metade da massa do nosso Sol e o outro com um quarto da massa do Sol, orbitando um ao outro a essa distância em menos de sete minutos. Esse nível absurdamente extremo o torna um dos melhores alvos para o novo LISA.

“[Esta fonte] é uma forte fonte de radiação gravitacional próxima ao pico da sensibilidade do LISA”, escreveram os autores no estudo publicado na revista científica Nature, “e esperamos que seja detectado na primeira semana de observações do LISA, assim que o LISA for lançado aproximadamente em 2034.”

A simples existência desse sistema binário é empolgante, disse Warren Brown, astrônomo do Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian que foi um dos revisores do artigo, pois implica que outros objetos do mesmo tipo estão no céu esperando para serem descobertos. Também fornece aos cientistas um pontapé inicial sobre como os objetos emissores de ondas gravitacionais devem se parecer no céu antes mesmo de ver as ondas. “Você pode combinar medidas de luz de agora com medidas de gravidade no futuro”, afirmou Brown. “É um laboratório interessante.”

Comparar ondas gravitacionais, explorar causas potenciais de supernovas e criar um mapa da nossa galáxia são apenas algumas das propostas com as quais uma fonte como essa pode colaborar, disse Burdge. Os pesquisadores só precisam encontrar mais delas.
Fonte: Gizmodo

Para fazer dois buracos negros colidirem, tente três


Como os buracos negros se fundem e produzem ondas gravitacionais? Talvez com uma pequena ajuda de seus amigos.

A dança em espiral de um par de buracos negros em colisão deve durar bilhões de anos. No entanto, capturamos cerca de 10 colisões de buracos negros desde 2016 - muito mais do que esperávamos. Algum processo deve estar em ação para acelerar o processo de colisão, para fazer com que os buracos negros se reúnam mais rapidamente do que o previsto.

O problema começa antes que os buracos negros se formem. Buracos negros são essencialmente relíquias mortas de estrelas massivas. À medida que essas estrelas progenitoras envelhecem, elas passam por uma fase quando se expandem para estrelas supergigantes várias vezes seu tamanho original. Nesse ponto, se duas estrelas estão orbitando juntas, uma será submersa na outra e o par colidirá antes de se tornar um buraco negro.

Isso sugere que qualquer par de grandes buracos negros deve começar sua existência extremamente distante - tão distante que as colisões serão extremamente raras. E, no entanto, essas colisões são bastante comuns. "Nós, teóricos, gostamos muito quando há um novo quebra-cabeça", disse Smadar Naoz , astrofísico teórico da Universidade da Califórnia, em Los Angeles. "Todo mundo está pulando com novas idéias."

Então, como você pode obter pares de buracos negros juntos que nunca foram pares supergigantes juntos? Uma explicação potencial sustenta que duas estrelas maciças podem se afastar e se aproximar à medida que desmoronam em buracos negros. Ou talvez algumas estrelas colapsem sem nunca se transformar em estrelas supergigantes, ou buracos negros solitários se encontram e se unem para formar pares.

Nos últimos anos, outra idéia apareceu. Sob as condições corretas, um terceiro objeto pode desencadear um processo que aproxima um par de objetos. Esse efeito de três corpos fornece uma maneira de estrelas massivas distantes colapsarem primeiro em buracos negros e depois se aproximarem o suficiente para colidir. E como estrelas massivas geralmente estão em sistemas triplos, os pesquisadores dizem que é importante levar esse efeito de três corpos em consideração.

Para entender como esse processo pode funcionar, imagine a Terra e a lua girando entre si. Esses dois traçarão órbitas constantes em torno de seu centro de massa comum quase indefinidamente - a menos que algo interfira.

Um terceiro objeto não afetaria necessariamente a estabilidade do sistema Terra-Lua, desde que os três objetos girassem no mesmo plano (como a maioria dos objetos do sistema solar).

No entanto, os objetos no espaço não se limitam, em geral, a uma única superfície plana. Imagine o terceiro objeto girando em torno do sistema Terra-Lua em ângulo, para que as órbitas não fiquem alinhadas. Se o ângulo entre as órbitas for grande o suficiente, os efeitos gravitacionais do terceiro objeto podem interferir nas órbitas da Terra e da lua.

Seus caminhos se estenderão em longas elipses, que separam os objetos muito antes de os aproximarem mais. Quando estão mais próximos, outros efeitos podem aumentar ainda mais suas órbitas. Eventualmente, a Terra e a lua podem colidir umas com as outras, com consequências cataclísmicas para ambos.

No mundo dos buracos negros, esse processo de três corpos, ou "canal", tem alguns sabores diferentes. O terceiro objeto pode ser um buraco negro de massa estelar ou uma estrela massiva que ainda não entrou em colapso. Poderia até ser um dos buracos negros supermassivos encontrados no centro da maioria das galáxias. Nesse caso, duas estrelas massivas no centro galáctico colapsam e se tornam buracos negros.

Esse par de buracos negros menores e o buraco negro supermassivo formam um sistema de três corpos. O buraco negro supermassivo pode até provocar efeitos especiais da relatividade geral que tornam mais provável a fusão de dois buracos negros menores, relataram pesquisadores em um artigo publicado no site científico de pré-impressão arxiv.org em junho.

"A beleza deste canal é que existem muito poucas incertezas na maneira como os buracos negros se fundem", disse Fabio Antonini , astrofísico da Universidade de Surrey, que publicou vários trabalhos sobre a idéia. "É apenas gravidade, é apenas dinâmica."

Mas, como todos os outros canais de formação propostos para fusões de buracos negros, o processo triplo tem partes que os pesquisadores ainda precisam descobrir. Por exemplo, não está claro com que frequência as órbitas dos sistemas de estrela tripla serão anguladas o suficiente para provocar o efeito.

Uma vantagem central dessa idéia é que ela pode ser testada. Os buracos negros que se fundem no processo triplo devem ter órbitas menos circulares ou mais excêntricas do que as dos buracos negros que se fundem em um sistema binário imperturbável. Os cientistas podem medir as excentricidades das órbitas dos buracos negros em um futuro próximo, disse Daniel Holz , astrofísico da Universidade de Chicago e membro da colaboração LIGO, que busca as ondas gravitacionais provenientes de colisões de buracos negros.

"Parte do que os torna empolgantes é que você pode acabar com sistemas, por exemplo, com alta excentricidade", disse Holz, que não estuda o processo do sistema triplo. "E se isso é algo que você pode medir, então isso seria uma espécie de arma de fumaça que algo sofisticado está acontecendo."

As rotações dos buracos negros também podem dizer aos cientistas se uma fusão ocorreu por causa de um processo de sistema triplo. Se um sistema binário de um buraco negro se formou através da evolução de duas estrelas sem a influência de outros corpos, eles deveriam estar girando e orbitando mais ou menos na mesma direção - como dois patinadores de gelo girando no sentido horário enquanto andam no sentido horário um do outro.

Mas de acordo com o trabalho de astrofísicos como Dong Lai e Bin Liuda Universidade de Cornell, a interferência de outros objetos, como um terceiro corpo em um sistema triplo, pode inclinar as órbitas do buraco negro, de modo que seus eixos orbitais e eixos de rotação estejam em ângulo um com o outro. É difícil medir o efeito diretamente com a tecnologia atual, mas os pesquisadores esperam encontrar novas maneiras inteligentes de inferir esses alinhamentos de rotação.

Portanto, embora ainda seja muito cedo para dizer exatamente como os buracos negros se aproximam o suficiente para se fundirem, os pesquisadores estão mantendo o problema como um exemplo de por que as detecções de ondas gravitacionais são tão importantes.

 "Você não quer apenas ter observações de ondas gravitacionais por conta própria", disse Ilya Mandel , astrofísica da Universidade Monash, na Austrália. "Você deseja usá-los como sondas para estudar coisas que, de outra forma, são difíceis de entender e difíceis de medir diretamente."
Fonte: Quantamagazine.org

Impressão digital da Terra ajudará a procurar vida em outros planetas


A Via Láctea pode ter milhões de planetas habitáveis. Só precisamos de telescópios poderosos o suficiente para detectar as bioassinaturas desses exoplanetas. [Imagem: NASA/ESA/G. Bacon (STScI)]

Impressão digital da Terra 

Dois astrônomos canadenses montaram uma "impressão digital" da Terra, uma informação que deverá ser usada para identificar planetas além do nosso Sistema Solar capazes de suportar vida.

Eles usaram mais de uma década de dados coletados por satélite para construir um espectro de trânsito da Terra em infravermelho, que mostra a presença de moléculas-chave geradas por processos de natureza biológica.

O trânsito é o mecanismo mais usado para descobrir exoplanetas, consistindo nas alterações de brilho apresentados pela estrela conforme o planeta passa à sua frente em relação à Terra. Com telescópios com resolução suficiente é possível obter também informações sobre a atmosfera do exoplaneta conforme ele entra e sai do "eclipse".

Embora vários outros pesquisadores já tivessem tentado montar um espectro de trânsito da Terra - como seríamos observados por alienígenas usando a mesma técnica - este é o primeiro resultado empírico na faixa do infravermelho. Os dados mostraram a presença simultânea de ozônio e metano, que se espera ver apenas quando há uma fonte orgânica desses compostos no planeta. Essa detecção é chamada de "bioassinatura".

"Neste trabalho, construímos um espectro de trânsito empírico da Terra usando espectros de ocultação solar. A geometria da ocultação solar é mostrada [na figura abaixo]. Essa geometria é notavelmente semelhante à de um exoplaneta em trânsito, exceto que, no último caso, é possível investigar simultaneamente todos os parâmetros de impacto e, portanto, todas as camadas atmosféricas," escreveram Evelyn Macdonald e Nicolas Cowan, da Universidade McGill.

Bioassinaturas

Esta é a geometria da ocultação solar usada para detectar a eventual bioassinatura de um planeta. [Imagem: Macdonald/Cowan]

Os dados foram gerados pelo satélite canadense SCISAT, criado para monitorar a camada de ozônio da Terra estudando partículas na atmosfera à medida que a luz solar passa por ela.

Em geral, os astrônomos podem dizer quais moléculas são encontradas na atmosfera de um planeta observando como a luz de sua estrela muda à medida que brilha através da atmosfera. Para isso, basta esperar que o planeta passe - ou transite - à frente da sua estrela para que um telescópio possa fazer essa observação.

Com telescópios sensíveis o suficiente, os astrônomos esperam identificar moléculas como dióxido de carbono, oxigênio ou vapor de água, que podem indicar se um planeta é habitável ou mesmo habitado.

De acordo com sua análise, Macdonald e Cowan afirmam que o telescópio espacial James Webb, ainda a ser lançado, será sensível o suficiente para detectar dióxido de carbono e vapor de água em exoplanetas próximos. Ele poderá até ser capaz de detectar a bioassinatura de metano e ozônio, se for gasto tempo suficiente observando o planeta alvo, diz a dupla.
Fonte: Inovação Tecnológica

Astrónomos encontram brilho dourado de colisão estelar distante


Nesta série de imagens capturadas pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA, uma recém-confirmada quilonova (seta vermelha) - uma explosão cósmica que cria enormes quantidades de ouro e platina - desvanece rapidamente de vista à medida que o brilho da explosão diminui ao longo de 10 dias. A quilonova foi originalmente identificada como uma explosão de raios-gama, mas uma equipa de astrónomos reexaminou recentemente os dados e descobriu evidências de uma quilonova. Crédito: NASA/ESA/E. Troja

No dia 17 de agosto de 2017, os cientistas fizeram história com a primeira observação direta de uma fusão entre duas estrelas de neutrões. Foi o primeiro evento cósmico detetado com ondas gravitacionais e no espetro eletromagnético, desde raios-gama ao rádio. 

O impacto também criou uma quilonova - uma explosão "turbinada" que forjou instantaneamente o equivalente a centenas de planetas em ouro e platina. As observações forneceram a primeira evidência convincente de que as quilonovas produzem grandes quantidades de metais pesados, uma descoberta há muito prevista pela teoria. Os astrónomos suspeitam que todo o ouro e toda a platina da Terra se formaram como resultado de antigas quilonovas criadas durante colisões entre estrelas de neutrões.

Com base nos dados do evento de 2017, descoberto pela primeira vez pelo LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory), os astrónomos começaram a ajustar as suas suposições de como uma quilonova deveria aparecer para os observadores terrestres. Uma equipe liderada por Eleonora Troja, investigadora associada do Departamento de Astronomia da Universidade de Maryland, EUA, reexaminou dados de uma explosão de raios-gama detetada em agosto de 2016 e encontrou novas evidências de uma quilonova que passou despercebida durante as observações iniciais.

O Observatório Neil Gehrels Swift da NASA começou a rastrear o evento de 2016, com o nome GRB160821B, minutos depois de ter sido detetado. A captura antecipada permitiu à equipa de investigação reunir novas informações que faltavam às observações da quilonova detetada pelo LIGO, que só começaram 12 horas após a colisão inicial. Troja e colegas relataram estas novas descobertas na edição de 27 de agosto da revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

"O evento de 2016 foi, ao início, muito emocionante. Estava próximo e foi visível a todos os principais telescópios, incluindo o Telescópio Espacial Hubble da NASA. Mas não correspondia às nossas previsões - esperávamos ver a emissão infravermelha tornar-se cada vez mais brilhante ao longo de várias semanas," explicou Troja, também do Centro de Voo Espacial Goddard da NASA.

"Dez dias após o evento, quase nenhum sinal permanecia. Ficámos todos muito desapontados. Então, um ano mais tarde, aconteceu o evento LIGO. Analisámos os nossos dados antigos com novos olhos e percebemos que, de facto, havíamos capturado uma quilonova em 2016. Os dados infravermelhos dos dois eventos têm luminosidades semelhantes e exatamente a mesma escala de tempo."

As semelhanças entre os dois eventos sugerem que a quilonova de 2016 também resultou da fusão de duas estrelas de neutrões. As quilonovas podem também resultar da fusão de um buraco negro e de uma estrela de neutrões, mas não se sabe se tal evento produziria uma assinatura diferente em observações de raios-X, infravermelho, rádio e no visível.

Segundo Troja, as informações recolhidas durante o evento de 2016 não contêm tantos detalhes quanto as observações do evento LIGO. Mas a cobertura dessas primeiras horas - ausentes do registo do evento LIGO - revelou novas informações importantes sobre os estágios iniciais de uma quilonova. Por exemplo, a equipa observou pela primeira vez o novo objeto que permaneceu após a colisão, que não foi visível nos dados do evento LIGO.

"O remanescente pode ser uma estrela de neutrões hipermassiva e altamente magnetizada, conhecida como magnetar, que sobreviveu à colisão e depois colapsou para um buraco negro," disse Geoffrey Ryan, do Departamento de Astronomia da Universidade de Maryland e coautor do artigo científico.

"Isto é interessante, porque a teoria sugere que um magnetar devia retardar ou até interromper a produção de metais pesados, que é a principal fonte da assinatura de radiação infravermelha de uma quilonova. A nossa análise sugere que os metais pesados são, de alguma forma, capazes de escapar à influência da mitigação do objeto remanescente."

Troja e colegas planeiam aplicar as lições aprendidas para reavaliar eventos passados, além de melhorar a sua abordagem para observações futuras. Vários eventos candidatos foram identificados com observações no visível, mas Troja está mais interessada em eventos com uma forte assinatura infravermelha - o indicador revelador da produção de metais pesados.

"O sinal infravermelho, muito brilhante, deste evento, provavelmente torna-o na quilonova mais evidente já observada no Universo distante," acrescentou Troja. "Estou muito interessada em saber como as propriedades da quilonova mudam com progenitores e remanescentes finais diferentes. À medida que observamos mais destes eventos, podemos aprender que existem muitos tipos diferentes de quilonovas na mesma família, como é o caso dos muitos tipos diferentes de supernovas. É muito empolgante moldar o nosso conhecimento em tempo real."
Fonte: Astronomia OnLine
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