Exoplaneta tem atmosfera girando na contramão

O exoplaneta Corot-2b é bombardeado constantemente por raios X vindos de sua estrela.[Imagem: NASA/JPL-Caltech/T. Pyle (IPAC)]

Direção dos ventos
Astrônomos descobriram um planeta do tipo júpiter quente - planetas grandes como Júpiter, mas muito próximos de suas estrelas - cuja atmosfera está soprando na contramão.
Os ventos sobre esses planetas parecem ser ditados pela órbita do planeta, muito próxima da estrela. Isto faz com que os planetas tenham uma rotação sincronizada, o que significa que eles ficam sempre com a mesma face virada para a estrela - como a nossa lua para a Terra.

"É uma situação realmente extrema onde você tem um lado do planeta sendo explodido com radiação estelar e o outro lado está em uma noite perpétua. Você tem essa atmosfera gasosa que vai responder tendo um fluxo de ar quente do lado frio do planeta," explica Emily Rauscher, da Universidade de Michigan, nos EUA.
Por isso, todos os júpiteres quentes estudados até agora têm atmosferas que giram no sentido oeste-leste.

Atmosfera na contramão

O planeta CoRoT-2b, contudo, parece ser uma exceção. Descoberto há uma década por um telescópio espacial com participação brasileira, ele está a 930 anos-luz da Terra.
Embora muitos outros júpiteres quentes tenham sido detectados nos últimos anos, o CoRoT-2b continua a intrigar os astrônomos por causa de dois fatores: seu tamanho inflacionado e o espectro das emissões de luz da sua superfície, o que já mostrava que há algo de incomum na atmosfera do planeta. Foi por isso que a equipe decidiu observá-lo usando o telescópio espacial Spitzer, mapeando sua superfície no infravermelho.
Os dados mostraram que, no CoRoT-2b, os ventos se deslocam na direção oposta ao que normalmente acontece.

"Nós já estudamos outros nove júpiteres quentes, planetas gigantes orbitando super de perto sua estrela. Em todos os casos, eles tiveram ventos soprando a leste, como a teoria prevê. Neste planeta, o vento sopra na direção errada. Esperamos que estudar este planeta nos ajude a entender o que produz o calor dos júpiteres," contou Nicolas Cowan, da Universidade McGill, no Canadá.

Por que?

Os astrônomos têm três teorias sobre por que os ventos deste planeta estão soprando no sentido leste-oeste. Primeiro, ele pode não estar sincronizado de forma ordenada com sua estrela. Se a taxa de rotação for ligeiramente diferente, isto pode afetar a direção dos ventos.

Outra hipótese é que as atmosferas desses planetas são tão quentes que podem se ionizar, o que significa que as partículas dentro da atmosfera podem se tornar eletricamente carregadas. Se o planeta também tiver um campo magnético, a interação entre as partículas carregadas e o campo magnético do planeta pode resultar em um vento oeste.
Se nada disso funcionar, como terceira hipótese os astrônomos apontam que os júpiteres quentes podem ter uma cobertura parcial de nuvens e as nuvens sobre esse tipo de planeta podem se comportar de forma completamente diferente das nuvens na Terra - elas podem estar permanentemente situadas sobre uma parte do planeta, por exemplo, induzindo ventos em uma direção específica.

De qualquer forma, a descoberta fornece um mistério para os astrônomos enfrentarem - um mistério que pode ajudar a encontrar planetas mais parecidos com a Terra. Para muitas pessoas, um aspecto para estudar exoplanetas é o caminho para encontrar outro planeta parecido com a Terra. Se você quer dizer que um planeta é realmente semelhante à Terra, uma grande parte disso está dizendo que tem uma atmosfera semelhante à nossa. 
Se quisermos entender as atmosferas dos planetas em geral, então precisamos de nossas teorias e nossos modelos de computador para podermos prever com precisão ou explicar as atmosferas de todos os planetas em todos os lugares," opinou Rauscher.

O que aconteceria se a Terra fosse realmente plana

A Terra voltou a completar uma volta ao Sol. Mas não tão depressa. Se concorda com a ideia de uma Terra plana, então acreditará que tal não aconteceu, porque o Sol gira num círculo em redor do céu. Os seres humanos sabem há muito tempo que o planeta é redondo, mas a crença numa Terra plana recusa-se a morrer. Há até uma organização dedicada a este tema. Vamos examinar, então, como os princípios bem conhecidos da física e da ciência funcionariam (ou não) numa Terra plana.

A Gravidade Falha

Em primeiro lugar, um planeta com a forma de uma panqueca não teria gravidade. Não está claro como é que a gravidade funcionaria neste mundo, afirma James Davis, geofísico do Observatório Lamont-Doherty da Universidade de Columbia. Isto é muito importante, já que a gravidade explica uma ampla gama de observações terrestres e cósmicas. A mesma força mensurável que faz com que uma maçã caia de uma árvore também faz com que a Lua orbite a Terra e que todos os planetas orbitem o Sol.

As pessoas que acreditam numa Terra plana assumem que a gravidade puxaria para baixo, mas não há evidências que sugerem que isso funcionasse assim. O que sabemos sobre a gravidade sugere que puxaria para o centro do disco. Isto significa que só puxaria para baixo num ponto - no centro do disco. À medida que nos afastamos do centro, a gravidade puxaria cada vez mais horizontalmente. Isto teria alguns impactos estranhos, como: "chupava" toda a água para o centro do mundo e faria com que as árvores e as plantas crescessem diagonalmente, pois desenvolvem-se na direção oposta à atração da gravidade.

Problemas Solares

E depois temos o Sol. No modelo cientificamente suportado do Sistema Solar, a Terra gira em torno do Sol porque este último astro é muito mais massivo e tem mais gravidade. No entanto, a Terra não cai para o Sol porque viaja numa órbita. Por outras palavras, a gravidade do Sol não está a agir sozinha. O planeta também viaja numa direção perpendicular ao puxo gravitacional da estrela; se fosse possível desligar essa gravidade, a Terra seria disparada em linha reta e sairia do Sistema Solar. Ao invés, o momento linear e a gravidade do Sol combinam-se, resultando numa órbita quási-circular em redor do Sol.

O modelo da Terra plana coloca o nosso planeta no centro do Universo, mas não sugere que o Sol orbita a Terra. Em vez disso, o Sol circula no topo do mundo como um carrossel, iluminando e aquecendo-nos como um candeeiro de mesa. Sem o momento linear e perpendicular que ajuda a gerar uma órbita, não está claro que força manteria o Sol e a Lua a pairar sobre a Terra, em vez de bater nela.

Da mesma forma, num mundo plano, os satélites provavelmente não seriam possíveis. Como é que orbitariam um plano? "Existem inúmeros satélites dos quais a sociedade depende que simplesmente não funcionariam," explica Davis. Por esta razão, acrescenta, "não consigo perceber como é que o sistema GPS funcionaria numa Terra plana."

Se o Sol e a Lua apenas se deslocassem num dos lados da Terra plana, presumivelmente podia haver uma precessão de dias e noites. Mas tal não explicaria as estações, os eclipses e muitos outros fenómenos. O Sol também, presumivelmente, teria que ser mais pequeno que a Terra, de modo a não queimar ou colidir com o nosso planeta ou com a Lua. No entanto, nós sabemos que o Sol tem um diâmetro mais de 100 vezes superior ao da Terra.

Removendo o Céu e a Terra

Nas profundezas do interior terrestre, o núcleo sólido gera o campo magnético do planeta. Mas num planeta plano, isso teria que ser substituído por outra coisa. Talvez uma folha plana de metal líquido. Tal, no entanto, não giraria de forma a produzir um campo magnético. Sem um campo magnético, as partículas carregadas do Sol fritariam o planeta. Podem destruir a atmosfera, como aconteceu com Marte depois de perder o seu campo magnético, e o ar e os oceanos escapariam para o espaço.

O movimento das placas tectónicas e a sismicidade dependem de uma Terra redonda, porque somente numa esfera todas as placas encaixam de maneira sensata, realça Davis. Os movimentos das placas num lado da Terra afetam os movimentos no outro. As áreas da Terra que fabricam crosta, como por exemplo a dorsal mesoatlântica, são contrabalançadas por locais que consomem crosta, como por exemplos as zonas de subducção. Numa Terra plana, nada disto pode ser explicado adequadamente. Teria também que haver uma explicação para o que acontece às placas na orla do mundo. Pode-se imaginar que caem, mas isso provavelmente prejudicaria a proposta "parede" que impede as pessoas de caírem do mundo em forma de disco.

Talvez uma das estranhezas mais flagrantes é que o mapa proposto da Terra plana é totalmente diferente. Coloca o Ártico no centro enquanto a Antártica forma uma "parede de gelo" em redor da borda. Em tal mundo, as viagens seriam muito diferentes. Voar da Austrália até certas partes da Antártica, por exemplo, levaria muito tempo - teríamos que viajar por cima do Ártico e de ambas as Américas para lá chegar. Além disso, certas façanhas do mundo real, como percorrer a Antártica (o que já foi feito muitas vezes), seriam impossíveis.

Esbatendo no Chão

Contrariamente à crença popular, é um equívoco pensar que muitas sociedades de pessoas sérias e educadas realmente alguma vez acreditaram na ideia da Terra plana. "Com extraordinárias exceções, nenhuma pessoa educada na história da civilização ocidental, a partir do século III AC em diante, acreditava que a Terra era plana," comentou o historiador Jeffrey Burton Russell em 1997. "Uma Terra redonda aparece, pelo menos, tão cedo quanto o século VI AC com Pitágoras, que foi seguido por Aristóteles, Euclides e Aristarco, entre outros, na observação de que a Terra era uma esfera."

Como escreveu o cientista e autor Stephen Jay Gould, a ideia de que muitas pessoas - incluindo espanhóis e Cristóvão Colombo - acreditavam que a Terra era plana foi inventada em grande parte por escritores no século XIX como Washington Irvin, Jean Letronne e outros. Letronne era um "académico de fortes preconceitos antirreligiosos... que inteligentemente se baseou em ambos para deturpar os líderes da Igreja e os seus sucessores medievais como acreditando numa Terra plana," observou Russell. 

De qualquer forma, embora seja divertido imaginar cenários contrafatuais, a ciência avança com o desenvolvimento de teorias científicas para explicar observações. No que toca a estas teorias, quanto mais simples, melhor, diz Davis. A noção de uma Terra plana, no entanto, começa claramente com a ideia de que o planeta é plano e, em seguida, tenta torcer outras observações para seu benefício. Podemos encontrar explicações estranhas para fenómenos individuais sob este quadro, realça Davis, mas "desmoronam-se muito rapidamente."

Gêmeas com diferenças

Essa imagem feita pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA mostra uma galáxia espiral, conhecida como NGC 7331. Registrada pela primeira vez, pelo grande caçador de galáxias William Herschel, em 1784, a NGC 7331, está localizada a cerca de 45 milhões de anos-luz de distância da Terra, na constelação de Pegasus. Ela se apresenta, parcialmente de lado, parcialmente de frente para nós, mostrando seus braços que giram como um redemoinho ao redor do centro brilhante.

Os astrônomos fizeram essa imagem usando a Wide Field Camera 3 do Hubble, a WFC3, enquanto eles observavam uma extraordinária estrela que explodia, uma supernova, que pode ser vista ainda, de forma fraca como um pequeno ponto vermelho perto núcleo central amarelado da galáxia. Denominada de SN2014C, ela rapidamente se desenvolveu de uma supernova contendo muito pouco hidrogênio, para uma rica em hidrogênio, em apenas 1 ano. Essa metamorfose raramente observada foi luminosa nas altas energias e forneceu uma ideia única no entendimento ainda em construção das fases finais de vida de uma estrela massiva.

A NGC 7331 é parecida em tamanho, em forma e em massa com a Via Láctea. Ela também tem uma taxa de formação de estrelas parecida, abriga um número similar de estrelas, possui um buraco negro supermassivo central e braços esprirais parecidos. A principal diferença entre a NGC 7331 e a Via Láctea, é que a NGC 7331, é uma galáxia espiral não barrada, ou seja, ela não tem um barra de estrelas, gás e poeira que corta seu núcleo, como acontece com a Via Láctea. Seu bulbo central também mostra um padrão de rotação pouco comum, girando na direção oposta do seu próprio disco galáctico.

Estudando galáxias similares, nós temos um espelho científico do que acontece com a nossa própria galáxia, e isso nos permite construir um entendimento melhor do ambiente galáctico que nem sempre podemos observar, além de entender o comportamento galáctico e a evolução das galáxias como um todo.

Por que estes dois buracos negros colidindo estão piscando?

Quando os cientistas viram este par de buracos negros, encontraram uma rara oportunidade de observar buracos negros no processo de colisão. Logo, porém, conforme eles pareciam mais próximos, os pesquisadores tiveram que se fazer uma nova pergunta: o que é aquela luz piscando?

A luz não é proveniente do par de buracos negros colidindo (nomeados PG 1302-102), que estão a 3,5 bilhões de anos-luz de distância de nós; ela está vindo da turbulência em torno deles. Isso não explica, porém, por que a luz tem “flashes” iluminando ritmicamente e regularmente. Assim, os pesquisadores Daniel D’Orazio, Zoltan Haiman e David Schiminovich, da Universidade de Columbia, nos EUA, construíram uma simulação e já têm com uma explicação para o que estamos vendo: é a órbita dos buracos negros.

A colisão entre buracos negros não é um processo particularmente equitativo – um é mais forte, maior e mais poderoso do que o outro. O que significa que um buraco negro está causando muito mais turbulência em seu rastro do que o seu parceiro. Curiosamente, no entanto, este não é o buraco negro mais brilhante. É o menor deles que está brilhando mais forte.

Isso acontece porque o menor é menos capaz de se livrar da poeira interestelar do que o seu companheiro maior. Isso significa que mais gás acaba flutuando perto dele do que do maior, e é o gás que forma o brilho que nós vemos.

Em um efeito que os pesquisadores compararam ao Doppler, quando o buraco negro mais brilhante orbita mais próximo de nós, vemos mais de sua luz, da mesma forma que, quando ele se move, ela escurece. Essa órbita também explica a natureza cíclica do sinal, que escurece e clareia em uma programação regular.

Comportamento estranho de estrela revela buraco negro solitário em aglomerado estelar gigante

Com o auxílio do instrumento MUSE do ESO, montado no Very Large Telescope no Chile, astrônomos descobriram uma estrela no aglomerado NGC 3201 comportando-se de forma muito estranha. A estrela parece orbitar um buraco negro invisível com cerca de quatro vezes a massa do Sol — o primeiro buraco negro inativo de massa estelar a ser encontrado num aglomerado globular e o primeiro descoberto diretamente através da detecção do seu efeito gravitacional. 

Esta importante descoberta tem um forte impacto na nossa compreensão da formação destes aglomerados estelares, buracos negros e origem de eventos de ondas gravitacionais. Os aglomerados estelares globulares são enormes esferas de dezenas de milhares de estrelas que orbitam a maioria das galáxias. Estes objetos encontram-se entre os sistemas estelares mais velhos conhecidos no Universo, datando do início da formação e evolução galáctica. Atualmente, conhecem-se mais de 150 destes aglomerados pertencentes à Via Láctea.

Um deles em particular, chamado NGC 3201 e situado na constelação austral da Vela, foi agora estudado com o auxílio do instrumento MUSE, montado no Very Large Telescope do ESO no Chile. Uma equipe internacional de astrônomos descobriu que uma das estrelas de NGC 3201 se comporta de modo muito estranho — está sendo lançada para trás e para a frente com uma velocidade de várias centenas de milhares de km por hora, num ciclo que se repete a cada 167 dias.

O autor principal Benjamin Giesers (Georg-August-Universität Göttingen, Alemanha) ficou intrigado com este comportamento: “A estrela estava orbitando algo completamente invisível, com uma massa de mais de quatro vezes a massa do Sol — ou seja, só podia ser um buraco negro! O primeiro encontrado num aglomerado globular por observação direta do seu efeito gravitacional.”

A relação entre buracos negros e aglomerados globulares é importante, mas misteriosa. Devido à sua grande massa e idade elevada, pensa-se que estes aglomerados deram origem a um elevado número de buracos negros estelares — formados quando estrelas massivas em seu interior explodiram e colapsaram ao longo da longa vida do aglomerado.

O instrumento MUSE do ESO deu aos astrônomos a capacidade única de medir os movimentos de milhares de estrelas distantes simultaneamente. Deste modo, a equipe conseguiu detectar pela primeira vez um buraco negro inativo no coração de um aglomerado globular — ou seja, um buraco negro que não está atualmente “engolindo” matéria e não se encontra rodeado por um disco brilhante de gás. A equipe conseguiu estimar a massa do buraco negro a partir dos movimentos da estrela que se encontra sobre a influência da sua enorme atração gravitacional.

Através das propriedades observadas, determinou-se que a estrela tem cerca de 0,8 vezes a massa do nosso Sol e calculou-se que a massa do seu misterioso companheiro é cerca de 4,36 vezes a massa solar — o que faz dele quase com certeza um buraco negro.

Detecções recentes de fontes rádio e raios X em aglomerados globulares, assim como a detecção de 2016 de sinais de ondas gravitacionais produzidas pela fusão de dois buracos negros de massa estelar, sugerem que estes buracos negros relativamente pequenos podem ser mais comuns em aglomerados globulares do que o que se pensava anteriormente. 

Giesers conclui: “Até há pouco tempo, assumia-se que quase todos os buracos negros desapareceriam dos aglomerados globulares após um curto período e que sistemas como este não deveriam sequer existir. Mas este não é, claramente, o caso — a nossa descoberta é a primeira detecção direta dos efeitos gravitacionais de um buraco negro de massa estelar num aglomerado globular. 

Esta descoberta ajuda-nos a compreender melhor a formação dos aglomerados globulares e a evolução de buracos negros e sistemas binários — aspectos vitais para a compreensão das fontes de ondas gravitacionais.”

Qual é a chance de haver vida na lua Europa?

Analogias para a vida

Pesquisadores brasileiros fizeram uma avaliação da probabilidade de existência de vida microbiana na lua Europa, de Júpiter. Para isso, eles usaram dados colhidos em ambientes análogos existentes na Terra.

Europa tem sido um dos principais alvos de interesse da Astrobiologia por se mostrar um possível ambiente habitável para seres similares aos que vivem na Terra, devendo ser o primeiro alvo na busca por vida extraterrestre. Isso porque, debaixo de uma crosta de gelo com estimados 10 quilômetros de espessura, a lua parece possuir um oceano de água líquida com mais de 100 quilômetros de profundidade, mantida relativamente aquecida devido à interação gravitacional da lua com Júpiter.

Thiago Ferreira e seus colegas da USP em São Carlos (SP) queriam saber qual é a probabilidade real de que uma sonda espacial possa encontrar sinais de vida na lua - a ESA está prestes a enviar uma sonda às luas de Júpiter, enquanto a NASA planeja enviar uma sonda para pousar em Europa na década de 2030. Para isso, eles procuraram ambientes na Terra que pudessem ser comparados àqueles que se espera encontrar em Europa. O contexto terrestre análogo foi encontrado na mina de ouro de Mponeng, na África do Sul, localizada a 2,8 quilômetros de profundidade. Lá, descobriu-se recentemente a bactéria Candidatus Desulforudis audaxviator, que sobrevive sem luz solar a partir da hidrólise radioativa da água, uma condição plausível em Europa.

Bioenergética

O primeiro e mais óbvio requisito para a vida como a conhecemos é a existência de água líquida. A presença de um oceano líquido subterrâneo em Europa deve-se à força de maré exercida pela poderosa atração gravitacional de Júpiter.

Diferentemente da Lua terrestre, cuja órbita é quase circular, Europa descreve uma trajetória elíptica muito excêntrica. Por isso, a lua sofre deformação geométrica periódica ao longo do percurso. Quando se aproxima do planeta, sua forma é esticada pelo fortíssimo puxão gravitacional. Quando se afasta, sua forma volta a encolher.

Esse estica-encolhe libera enorme quantidade de energia térmica no interior de Europa. Assim, enquanto sua superfície tem a temperatura do espaço profundo, na faixa de -270 °C, seu subsolo é capaz de alojar um oceano de água não apenas líquida, mas também aquecida.

"Desse modo, em uma região muito distante do Sol e não iluminada pela luz solar, existe um ambiente bastante favorável para a existência de vida, tal como a conhecemos. Porém, não basta existir água líquida aquecida. É preciso que haja também uma fonte de desequilíbrio químico, capaz de gerar energia biologicamente aproveitável," explicou o professor Douglas Galante, coordenador da equipe.

Conforme explicou o pesquisador, os gradientes químicos - isto é, as diferenças de concentração de moléculas, íons ou elétrons em regiões distintas - são a base de toda a bioenergética conhecida na Terra. A respiração celular, a fotossíntese, a produção de ATP, a condução de impulsos nervosos e tantos outros processos são, todos eles, baseados na existência de gradientes químicos. Essas diferenças de concentração, que produzem uma direção e um sentido, configuram a chave que destrava a atividade biológica.

"As emanações hidrotermais - de hidrogênio molecular [H2], ácido sulfídrico [H2S], ácido sulfúrico [H2SO4], metano [CH4] e outras - são importantes fontes de desequilíbrios químicos e eventuais fatores de 'transdução biológica' - isto é, da transformação do desequilíbrio em energia biologicamente aproveitável. Essas fontes hidrotermais são o cenário mais plausível para a origem da vida na Terra," disse.

Fonte hidrotermal

O modelo proposto por Charles Darwin, de um meio aquoso aquecido rico em sais fosfóricos e de amônia como cenário para a origem da vida, provavelmente não aconteceu em uma poça superficial, como imaginou o naturalista britânico. Em vez disso, parece mais provável que a coisa tenha ocorrido em um fundo oceânico, abastecido por uma fonte hidrotermal.

"Quisemos avaliar a possibilidade de algo semelhante estar acontecendo em Europa. Para tanto, seria necessária uma emanação de água, proveniente do subsolo, que carregasse elementos químicos capazes de produzir tal desequilíbrio. No estágio atual, não temos dados para saber se isso ocorre em Europa. Tal processo depende da química do solo, da dinâmica do hidrotermalismo e de outras variáveis, que, no caso da lua de Júpiter, ainda são desconhecidas. Por isso, procuramos por um efeito físico mais universal que tivesse grande probabilidade de acontecer. E esse efeito é justamente o da ação da radioatividade", explicou Galante.

A mina de Mponeng sustenta ao menos uma forma de vida que se baseia nesse princípio.

"Nessa mina subterrânea de grande profundidade, há rachaduras por onde vaza água com a presença de urânio radioativo. O urânio quebra as moléculas de água produzindo radicais livres [H+, OH- e outros]. Os radicais livres atacam as rochas do entorno, especialmente a pirita [dissulfeto de ferro, FeS2], produzindo sulfatos. E as bactérias utilizam os sulfatos para sintetizar ATP [trifosfato de adenosina], nucleotídeo responsável pelo armazenamento de energia nas células. Foi a primeira vez que se observou um ecossistema que subsiste diretamente com base na energia nuclear," descreveu o pesquisador.

Elementos da vida: Água e pirita

A equipe então trabalhou com os três elementos radioativos - urânio, tório e potássio - mais abundantes na Terra e cujas porcentagens já foram medidas em meteoritos e em Marte. Esses dados foram então extrapolados para algo que provavelmente existe na lua Europa.

"A partir das quantidades, foi possível estimar a energia liberada, como essa energia estaria interagindo com a água de seu entorno e a eficiência da hidrólise radioativa da água resultante dessa interação na geração de radicais livres. Tais radicais livres são a fonte do desequilíbrio químico. No contexto de Mponeng, eles interagem com a pirita, produzindo sulfatos, que são utilizados pelas bactérias para sintetizar ATP," disse Galante.

Os cálculos mostraram de forma consistente que a existência de material radioativo, em quantidades bastante realistas, seria um fortíssimo propiciador da vida naquela lua. Outro ingrediente necessário é a pirita. Ainda não se sabe se Europa possui pirita ou não, mas a probabilidade é alta porque o enxofre (S) e o ferro (Fe) são elementos abundantes no Sistema Solar. Mas este seria um importante tópico a investigar em uma eventual missão espacial à lua de Júpiter.

"Uma das propostas decorrentes de nosso estudo é que, para avaliar a habitabilidade de um corpo celeste, se deve procurar por traços de pirita. Esse é um dos testes do nosso modelo", sublinhou Galante.

Disseminação da vida pelo espaço

Caso se confirme a existência de atividade microbiana em Europa, uma pergunta óbvia será se as bactérias presentes na lua jupteriana surgiram lá mesmo ou migraram de outras regiões do Sistema Solar, ou até mesmo de lugares mais distantes. Parece ficção científica, mas esta é também a pergunta que se faz em relação à própria vida na Terra. Uma pergunta para a qual a ciência ainda não tem resposta, pois, no estágio atual do conhecimento científico, não há dados irrecusáveis a favor ou contra uma eventual origem exógena para a vida terrestre - há chances razoáveis de que todos sejamos descendentes de extraterrestres, dando suporte à teoria da panspermia.

"Não encontramos, até hoje, evidência de vida fora da Terra. O que temos mostrado em laboratório é que microrganismos, de diferentes tipos, são altamente resistentes e capazes de sobreviver a viagens espaciais. Um cenário possível seria que microrganismos eventualmente ejetados de Marte pelo choque de um cometa viajassem pelo espaço e chegassem à Terra. Sabemos que isso poderia acontecer. Mas não temos nenhuma evidência de que tenha acontecido," disse Galante. 

Cientistas de 26 universidades e instituições de pesquisa do Japão estão conduzindo atualmente o experimento Tanpopo na Estação Espacial Internacional. A missão consiste na coleta de amostras de poeira cósmica para o posterior rastreamento de compostos prebióticos ou mesmo de microrganismos. Se tais microrganismos existirem, mesmo que tenham chegado ao espaço próximo a partir da própria Terra, isso constituirá um formidável argumento a favor da disseminação da vida além dos limites da atmosfera terrestre.

Glória na escuridão

Nesta imagem de grande angular vemos uma nuvem escura de poeira cósmica, iluminada pela luz brilhante de estrelas jovens. Esta nuvem densa é na realidade uma região de formação estelar chamada Lupus 3, onde estrelas extremamente quentes nascem a partir de massas de gás e poeira que estão colapsando. Esta imagem foi criada a partir de dados obtidos com o Telescópio de Rastreio do VLT e com o telescópio MPG/ESO de 2,2 metros, tratando-se da imagem mais detalhada desta região obtida até hoje.

A região de formação estelar Lupus 3 situa-se na constelação do Escorpião, a apenas 600 anos-luz de distância da Terra. Faz parte de um complexo maior chamado Nuvens de Lupus, que retiram o seu nome da constelação adjacente do Lobo. As nuvens fazem lembrar fumaça ondulando contra um fundo de milhões de estrelas, no entanto o objeto é efetivamente uma nebulosa escura. 

As nebulosas são enormes quantidades de gás e poeira situadas entre as estrelas, algumas prolongando-se ao longo de centenas de anos-luz. Apesar de muitas nebulosas se encontrarem completamente iluminadas pela intensa luz emitida por estrelas quentes, as nebulosas escuras envolvem a luz dos objetos celestes que se encontram dentro delas. São também conhecidas por nebulosas de absorção, uma vez que são constituídas por partículas de poeira densa e fria, que absorvem e dispersam a luz que passa através da nuvem. 

Nebulosas escuras famosas incluem a Nebulosa Saco de Carvão e a Grande Fissura, que são suficientemente grandes para poderem ser vistas a olho nu, apresentando-se particularmente escuras contra o brilho da Via Láctea. 

Lupus 3 apresenta uma forma irregular, como uma cobra disforme que passeia pelo céu. Nesta imagem aparece-nos como uma região de contrastes, com trilhos escuros espessos colocados contra o brilho intenso das estrelas azuis resplandecentes situadas no centro. Tal como a maioria das nebulosas escuras, Lupus 3 é uma região de formação estelar ativa, composta essencialmente por protoestrelas e estrelas muito jovens. 

Perturbações próximas podem fazer com que caroços mais densos da nebulosa se contraiam sob a sua própria gravidade, tornando-se quentes e com pressão elevada durante o processo. Eventualmente, das condições extremas destes núcleos em colapso, formam-se protoestrelas. 

As duas estrelas brilhantes no centro da imagem sofreram este processo. No início das suas vidas, a luz que emitiam foi praticamente toda bloqueada pelo espesso véu da sua nebulosa hospedeira, sendo visíveis apenas com telescópios infravermelhos ou rádio. No entanto, à medida que cresciam tornando-se mais quentes e brilhantes, a sua intensa luz e fortes ventos estelares varreram o gás e a poeira da área ao redor, permitindo assim a sua emersão gloriosa da maternidade escura, e brilhando agora intensamente. 

Entender as nebulosas é crucial para compreendermos os processos de formação estelar — efetivamente, pensa-se que o Sol se formou numa região de formação estelar muito semelhante a Lupus 3, há mais de 4 bilhões de anos atrás. Sendo uma das maternidades estelares mais próxima de nós, Lupus 3 tem sido objeto de muitos estudos; em 2013 o telescópio MPG/ESO de 2,2 metros, instalado no Observatório de La Silla do ESO no Chile, capturou uma imagem menor das suas colunas escuras semelhantes a fumaça e das suas estrelas brilhantes.

Este é o universo conhecido inteiro em uma única imagem

A imagem acima é uma concepção de escala logarítmica de todo o universo observável conhecido, com o nosso sistema solar no centro. A obra foi criada pelo músico e artista Pablo Carlos Budassi, baseando-se em mapas logarítmicos do universo reunidos por pesquisadores da Universidade de Princeton, nos EUA, bem como imagens produzidas pela NASA graças a observações de seus telescópios e sondas espaciais.

Tudo

Você pode não reconhecer à primeira vista, mas estão na imagem o sistema solar e seus planetas, o cinturão de Kuiper, a nuvem de Oort, a estrela Alpha Centauri, o Arco de Perseu, toda a Via Láctea, a galáxia de Andrômeda, outras galáxias próximas, a teia cósmica, a radiação de micro-ondas cósmica e o plasma invisível produzido nas extremidades do universo.


Mapas logarítmicos

O belo “retrato do universo” foi baseado em mapas feitos pelos astrônomos J. Richard Gott e Mario Juric, da Universidade de Princeton, usando dados do Sloan Digital Sky Survey, o mais ambicioso levantamento astronômico já feito.

Ao longo dos últimos 15 anos, um telescópio óptico de grande alcance no Observatório Apache Point, em Novo México, nos EUA, capturou os mapas tridimensionais mais detalhados do universo, incluindo mais de 3 milhões de objetos astronômicos. Mapas logarítmicos são uma maneira muito útil de visualizar algo tão inconcebivelmente grande quanto o universo conhecido. Cada incremento nos eixos aumenta em um fator (ou ordem de grandeza) de 10.

Tais mapas foram publicados na revista científica Astrophysical Journal em 2005, e você pode navegá-los e baixá-los neste site.

Com filtro é melhor

Embora incrivelmente úteis, mapas logarítmicos não são muito legais de se olhar. Aí entra Pablo Carlos Budassi. Ele teve a ideia de transformar os mapas em um grande círculo enquanto fazia hexaflexágonos para o aniversário de um ano de seu filho – polígonos de papel com um número enganadoramente grande de faces.

“Naquele dia, veio a ideia de uma visão logarítmica e, nos próximos dias, consegui [montar o círculo] com Photoshop usando imagens da NASA e algumas texturas criadas por mim”, Budassi contou ao portal Tech Insider. 

Nuvens na Grande Nuvem de Magalhães

Uma visão fascinante nos céus do hemisfério sul, a Grande Nuvem de Magalhães (GNM) pode aqui ser vista neste mosaico telescópico profundo e detalhado. Registada com filtros de banda larga e banda estreita, a cena abrange cerca de 5 graus ou 10 luas cheias no céu. Os filtros de banda estreita estão desenhados para transmitir apenas a luz emitida pelos átomos de hidrogénio e oxigénio. Ionizados pela luz estelar energética, os átomos emitem a sua luz característica à medida que os eletrões são recapturados e os átomos transitam para um estado de energia mais baixo. 

Como resultado, nesta imagem a GNM parece estar coberta pelas suas próprias nuvens de gás ionizado em redor das suas estrelas jovens e massivas. Esculpidas por fortes ventos estelares e radiação ultravioleta, as nuvens brilhantes, dominadas pela emissão do hidrogénio, são conhecidas como regiões H II (hidrogénio ionizado). Ela própria composta por muitas regiões H II sobrepostas, a Nebulosa da Tarântula é a grande região de formação estelar à esquerda. A maior galáxia satélite da Via Láctea, a GNM mede aproximadamente 15.000 anos-luz em diâmetro e fica a uns meros 160.000 anos-luz de distância na direção da constelação de Dourado.

Cientistas criaram uma pequena explosão de raios gama em laboratório pela primeira vez

Explosões de raios gama, explosões intensas de luz, são os eventos mais brilhantes já observados no Universo - com duração não superior a segundos ou minutos. Alguns são tão luminosos que podem ser observados a olho nu, como a explosão "GRB 080319B" descoberta pela missão Swift GRB Explorer da NASA em 19 de março de 2008.

Mas, apesar do fato de que eles são tão intensos, os cientistas realmente não sabem o que causa rajadas de raios gama. Há pessoas que acreditam que algumas delas podem ser mensagens enviadas por civilizações alienígenas avançadas .

Agora, pela primeira vez conseguimos recriar uma mini versão de um estouro de raios gama no laboratório - abrindo uma nova maneira de investigar suas propriedades. Nossa pesquisa é publicada em Physical Review Letters .

Uma idéia para a origem das rajadas de raios gama é que elas são de alguma forma emitidas durante a emissão de jatos de partículas liberadas por objetos astrofísicos maciços, como buracos negros. Isso faz explosões de raios gama extremamente interessantes para astrofísicos - seu estudo detalhado pode revelar algumas propriedades-chave dos buracos negros de origem.

Os feixes lançados pelos buracos negros seriam principalmente compostos de elétrons e seus companheiros de "antimatéria", os positrons - todas as partículas possuem contrapartes de antimatéria que são exatamente idênticas a si mesmas, apenas com carga oposta. 

Esses feixes devem ter campos magnéticos fortes, auto-gerados. A rotação dessas partículas ao redor dos campos produz potentes explosões de radiação de raios gama. Ou, pelo menos, é isso que nossas teorias prevêem . Mas na verdade não sabemos como os campos serão gerados.

Infelizmente, há alguns problemas ao estudar essas explosões.

Não só eles passam por períodos curtos de tempo, mas, mais problemática, eles são originados em galáxias distantes, às vezes até bilhões de anos-luz da Terra (imagine um seguido por 25 zeros - isso é basicamente o que um bilhão de anos-luz está em metros) .

Isso significa que você confia em olhar para algo inacreditavelmente distante, que acontece ao acaso, e dura apenas alguns segundos. É um pouco como entender o que é feita uma vela, só tendo vislumbres de velas iluminadas de vez em quando a milhares de quilômetros de você.

O laser mais poderoso do mundo

Foi recentemente proposto que a melhor maneira de descobrir como as rajadas de raios gama são produzidas, imitando-as em reproduções em pequena escala no laboratório - reproduzindo uma pequena fonte desses feixes de elétrons-positrões e observando como eles evoluem quando deixados por conta deles. Nosso grupo e nossos colaboradores dos EUA, França, Reino Unido e Suécia, recentemente conseguiram criar a primeira réplica em pequena escala desse fenômeno, usando um dos lasers mais intensos da Terra, o laser Gemini , hospedado pelo Laboratório Rutherford Appleton no Reino Unido.

Quão intenso é o laser mais intenso na Terra? Pegue toda a energia solar que atinge toda a Terra e aperte-a em alguns microns (basicamente a espessura de um cabelo humano) e você obteve a intensidade de um tiro a laser típico em Gemini. Tirando este laser em um alvo complexo, conseguimos lançar cópias ultra-rápidas e densas desses jatos astrofísicos e fazer filmes ultra-rápidos de como eles se comportam.

A redução desses experimentos é dramática: leve um jato real que se prolonga até milhares de anos-luz e comprime-o até alguns milímetros. Em nosso experimento, conseguimos observar, pela primeira vez, alguns dos fenômenos-chave que desempenham um papel importante na geração de rajadas de raios gama, como a autogeneração de campos magnéticos que duraram muito tempo.

Estes foram capazes de confirmar algumas das principais previsões teóricas da força e distribuição desses campos. Em suma, nosso experimento independentemente confirma que os modelos atualmente utilizados para entender rajadas de raios gama estão no caminho certo. O experimento não é apenas importante para estudar rajadas de raios gama. A matéria feita apenas de elétrons e positrons é um estado de matéria extremamente peculiar.

A matéria normal na Terra é predominantemente feita de átomos: um núcleo positivo pesado, cercado por nuvens de elétrons leves e negativos.

Devido à incrível diferença de peso entre esses dois componentes (o núcleo mais leve pesa 1836 vezes o elétron) quase todos os fenômenos que experimentamos em nossa vida diária vem da dinâmica dos elétrons, que são muito mais rápidos em responder a qualquer entrada externa (luz , outras partículas, campos magnéticos, você o nomea) do que núcleos.

Mas em um feixe elétron-positrão, ambas as partículas têm exatamente a mesma massa, o que significa que essa disparidade nos tempos de reação é completamente destruída. Isso traz uma quantidade de conseqüências fascinantes. Por exemplo, o som não existiria em um mundo elétron-positrão.

Até agora tão bom, mas por que devemos nos preocupar tanto com eventos tão distantes? Existem vários motivos. Primeiro, entender como as rajadas de raios gama são formadas nos permitirão entender muito mais sobre os buracos negros e assim abrir uma grande janela sobre como nosso Universo nasceu e como ele irá evoluir.

Mas há uma razão mais sutil.

SETI - Pesquisa de inteligência extraterrestre - procura mensagens de civilizações alienígenas , tentando capturar sinais eletromagnéticos do espaço que não podem ser explicados naturalmente (ele se concentra principalmente em ondas de rádio, mas rajadas de raios gama também estão associadas a essa radiação).

A conversaClaro, se você colocar seu detector para procurar emissões do espaço, você recebe uma enorme quantidade de sinais diferentes. Se você realmente deseja isolar transmissões inteligentes, primeiro você precisa se certificar de que todas as emissões naturais são perfeitamente conhecidas para que elas possam ser excluídas.

Nosso estudo ajuda a entender as emissões de buracos negros e pulsar, de modo que, sempre que detectamos algo semelhante, sabemos que não vem de uma civilização alienígena.  
Gianluca Sarri , professora da Faculdade de Matemática e Física, Queen's University Belfast .

Vida extraterrestre: os planetas habitados girariam mais rapidamente?

Segundo uma equipe de cientistas da Universidade Columbia, em Nova York, a velocidade com que um planeta gira pode mostrar sinais de uma provável existência de vida em sua superfície. Conforme destacou o astrônomo Caleb Scharf, a presença de uma biosfera e seres vivos em um planeta influi na velocidade de sua rotação. Após a descoberta de aproximadamente 2 mil planetas extrassolares, entres os quais estão alguns muito parecidos com Terra, os especialistas foram obrigados a desenvolver um método que lhes permitisse avaliar seus respectivos potenciais de habitabilidade. O estudo da atmosfera e sua relação com a superfície planetária possibilitaram que Scharf apresentasse uma fórmula que poderá indicar a probabilidade de encontrar vida extraterrestre em um planeta.

Que surpresas tem para nós o exoplaneta mais próximo da Terra?

Em 2008, os astrônomos comprovaram que a estrela mais próxima ao nosso planeta, Proxima Centauri, contém na sua constelação um planeta. Mais tarde, foi revelado que este planeta se encontra na "zona habitável", os cientistas inspirados começaram a apresentar hipóteses sobre a existência de vida neste planeta.

Sonhando com a Terra 2.0

Desde o fim do século XX, os astrônomos buscam ativamente e tentam examinar os planetas potencialmente habitados no espaço longínquo. Até hoje, temos quase 4.000 mil exoplanetas descobertos. São exoplanetas porque ficam fora do Sistema Solar. O mais próximo de nós é o Próxima b, está apenas a 4,22 anos-luz da Terra e suscita interesse especial dos cientistas.

Sobre a possibilidade da existência deste exoplaneta comunicaram pela primeira vez em 2013 os astrônomos do Observatório Europeu do Sul. Como resultado de várias pesquisas e observações, em 2016 sua existência foi comprovada.

Os exoplanetas são difíceis de ser detectados: eles são fortemente ofuscados pelas estrelas. Primeiro, porque são menores do que as estrelas e segundo, porque não emitem sua própria luz. Por isso os astrônomos vêm não o planeta, mas o modo como este influencia a estrela. Este é o método de trânsito. Outro método para observar os planetas se baseia em que o planeta que gira em torno da estrela fá-la oscilar um pouco. Usando ambos os métodos, se pode determinar o tamanho e a massa do objeto.

Os parâmetros do Proxima b resultaram muito parecidos aos do nosso planeta. A massa é 1,3 vezes maior e seu raio 1,1 vezes. O entusiasmo principal foi provocado pelo fato de o exoplaneta ficar na assim chamada "zona habitável", ou seja, as condições no planeta são muito parecidas às da Terra e permitem a existência de água em estado líquido. Em seguida os cientistas supuseram a existência lá de oceanos e lagos. Alguns até começaram a falar sobre uma Terra 2.0. Mas logo seu entusiasmo foi acalmado.

Ainda há muita coisa para estudar

Para que exista vida ter que haver água, o que significa que a temperatura na superfície do planeta tem que ser maior que zero. O Proxima b está situado bem próximo de sua estrela (muito mais próximo do que Mercúrio do Sol). Mas essa estrela é uma anã vermelha e sua temperatura e luminosidade são menores que as do Sol.

Devido à sua proximidade a estrela, Proxima b gira junto com ela, o que significa que está virada apenas com um lado para o astro, como a Lua para a Terra. Como resultado, uma metade do planeta se aquece muito rápido, enquanto a outra fica sem calor, mas tem zonas na fronteira entre o calor e o frio, cujas condições com alguma reserva podem ser consideradas aptas para a vida.

"É importante entender que se trata de formas de vida parecidas a nossa, quer dizer, de formas de carbono. Claro que podem existir outras, completamente diferentes. O problema é que enquanto as pessoas não entenderem de que formas se trata será bem difícil descobri-las. Por isso os cientistas são obrigados a se orientarem por uma vida extraterrestre parecida com a nossa", explicou Valery Shematovich, pesquisador-chefe do Sistema Solar do Instituto de Astronomia da Academia das Ciências da Rússia.

O desafio principal para a vida no Proxima b é a alta atividade de sua estrela: o planeta recebe 240 vezes mais raios-X do que a Terra e a radiação de altas energias é cerca de 30 vezes maior. Infelizmente, os equipamentos astronômicos atuais não permitem perceber se o Proxima b tem atmosfera. Se sim, a probabilidade de encontrar vida aumenta. No entanto, sem um "manto de proteção" a anã vermelha já deveria ter queimado tudo no seu planeta.

"A Proxima Centauri pertence à classe das anãs vermelhas. Quando tais estrelas aparecem, são muito ativas, iluminam muito na banda ultravioleta e de raios-X. Acredito que o vento sideral teria literalmente varrido a atmosfera do planeta, mesmo se ela existisse. Mas é apenas uma teoria. Temos de aguardar por instrumentos mais poderosos para obscurecer bem a estrela e examinar melhor o Proxima b", resumiu o analista.

Nova foto da Terra nos lembra que somos apenas poeira

As nossas incríveis sondas espaciais estão sempre nos presenteando com imagens de nosso planeta, lembretes constantes de nosso verdadeiro lugar no universo. A nova perspectiva acima foi feita pela nave OSIRIS-REx, da NASA, e mostra a Terra e a lua como meros pontos brilhantes flutuando em um imenso vazio negro – mais uma evidência do quanto somos pequenos. A fotografia foi capturada em 17 de janeiro, a partir de uma distância de 63,6 milhões de quilômetros do nosso planeta.

Além do que podemos enxergar

A OSIRIS-REx estava se afastando da Terra a uma velocidade de cerca de 30.600 km/h quando fez a foto com sua câmera de navegação, como parte de um teste de engenharia. À primeira vista, o olho destreinado só consegue ver dois pontos em um grande preto, mas a imagem na verdade mostra mais coisas do que imaginamos.

“Várias constelações também são visíveis no espaço circundante. O brilhante conjunto de estrelas no canto superior esquerdo são as Plêiades da constelação de Touro. Hamal, a estrela mais brilhante da constelação de Áries, está localizada no canto superior direito da imagem. O sistema Terra-lua está centrado no meio de cinco estrelas que compõem o topo da constelação Cetus, a Baleia”, escreveu a NASA em um comunicado de divulgação da imagem.

Missão OSIRIS-REx

A missão OSIRIS-REx, lançada em setembro de 2016, tem como objetivo principal capturar amostras do asteroide Bennu, potencialmente perigoso para nós. A sonda está programada para se encontrar com a rocha espacial no meio deste ano. Ela estudará Bennu em órbita por um tempo, depois deve alcançá-lo para arrancar uma amostra em julho de 2020. Se tudo correr conforme o planejado, esta amostra retornará à Terra em setembro de 2023, em um pouso auxiliado por paraquedas no deserto americano de Utah.

Além da amostra, no entanto, a missão tem uma vasta gama de metas científicas, o que é evidenciado pelo seu nome completo: “Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, Security, Regolith Explorer”, que, em tradução livre, significa “Origens, Interpretação Espectral, Identificação de Recursos, Segurança, Explorador de Regolito”.

Os cientistas esperam que a sonda lhes ensine mais sobre o papel que os asteroides primitivos e ricos em carbono, como Bennu, podem ter desempenhado nas origens dos blocos de construção da vida na Terra há muito tempo. A missão também deve coletar informações valiosas para futuras minerações de asteroides, bem como para desenvolvermos maneiras de desviar rochas espaciais potencialmente perigosas para longe de nosso planeta. 

O resultado da explosiva fusão de estrelas de nêutrons é muito mais maluco do que os cientistas pensavam

Os astrofísicos achavam que sabiam o que acontecia após a colisão de duas estrelas de nêutrons. Isso até GW170817 os confundir completamente. Normalmente, uma fusão dessas leva a uma grande explosão. O que se espera de uma grande explosão? Que ela produza um flash brilhante, cuja luz diminui com o tempo. Certo?

Não no caso de GW170817 que, contrariamente às expectativas, continua a se iluminar meses após o evento. Um artigo sobre o fenômeno, estudado por uma equipe da Universidade McGill, no Canadá, foi publicado na revista Astrophysical Journal Letters. 

De acordo com dados do Observatório de raios-X Chandra, da NASA, as consequências dessa colisão são muito mais complexas e interessantes do que os pesquisadores esperavam. Essa é a primeira vez que observamos diretamente uma colisão entre duas estrelas de nêutrons. Graças a avanços na detecção de ondas gravitacionais, os cientistas conseguiram apontar seus instrumentos espaciais a tempo de assistir o evento mais tarde nomeado GW170817, em agosto do ano passado. A fusão espetacular ocorreu a 138 milhões de anos-luz do sistema solar. 

Aprendemos muito sobre o fenômeno. Por exemplo, pudemos confirmar que as colisões entre estrelas de nêutrons produzem explosões de raios gama, um dos eventos mais brilhantes e energéticos do universo. Essa explosão de raios gama recebeu o nome de GRB170817A, e deveria se apagar relativamente rápido. Só que isso não aconteceu. Dois dias após a colisão, nenhuma fonte óptica estava visível, o que está dentro do normal. Nove dias após a colisão, os dados do Chandra revelaram uma nova fonte de raios-X no local da explosão. 

“Geralmente, quando vemos uma pequena explosão de raios gama, a emissão de jatos gerada fica brilhante por um curto período de tempo e então desaparece”, explicou o astrofísico Daryl Haggard, da Universidade McGill.

A posição do objeto no céu era muito próxima do sol para medições sensíveis de raios-X, de forma que o mistério permaneceu por um tempo. Foi somente 109 após a colisão, no início de dezembro de 2017, que os astrônomos foram capazes de fazer novas leituras de GRB170817A, descobrindo que ele estava ainda mais brilhante do que no início de setembro. 

O brilho só pode ser explicado se a colisão das estrelas de nêutrons for um pouco mais complicada do que nós pensávamos inicialmente. Por exemplo, a colisão pode ter criado um buraco negro com um jato energético que está aquecendo o material em torno dele. Isso poderia explicar o brilho visto nos raios-X e nos espectros de rádio durante meses após o evento. 

A curva de luz do raio-X corresponde a previsões para esta hipótese, embora a origem desse jato energético ainda seja incerta. Agora, os astrônomos possuem um novo desafio em mãos: tentar descobrir a causa e a física por trás desse surpreendente evento luminoso. GW170817 deve continuar sendo um dos objetos mais estudados no céu por algum tempo ainda. 

Modelando o Universo

Renderização da velocidade do gás numa fina fatia com 100 kiloparsecs de espessura (no sentido da visão) centrada no segundo enxame de galáxias mais massivo no cálculo TNG100. Onde a imagem é preta, o gás dificilmente se move, enquanto as regiões mais claras têm velocidades que excedem 1000 km/s. A imagem contrasta os movimentos de gás nos filamentos cósmicos contra os rápidos movimentos caóticos desencadeados pelo profundo e potencial poço gravitacional e pelo buraco negro supermassivo situado no centro. Crédito: Colaboração IllustrisTNG

Uma simulação do Universo com supercomputadores produziu novas informações sobre o modo como os buracos negros influenciam a distribuição da matéria escura, o modo como os elementos pesados são produzidos e distribuídos em todo o cosmos e sobre a origem dos campos magnéticos.

Astrofísicos do MIT, da Universidade de Harvard, do Instituto Heidelberg de Estudos Teóricos, dos Institutos Max Planck para Astrofísica e Astronomia e do Centro de Astrofísica Computacional obtiveram novas informações sobre a formação e evolução das galáxias, desenvolvendo e programando um novo modelo de simulação para o Universo - "Illustris - The Next Generation" ou IllustrisTNG.

Mark Vogelsberger, professor assistente de física no MIT e no Instituto Kavli para Astrofísica e Investigação Espacial do MIT, tem vindo a desenvolver, testar e a analisar as novas simulações IllustrisTNG. Juntamente com os pós-doutorados Federico Marinacci e Paul Torrey, Vogelsberger tem usado a simulação IllustrisTNG para estudar as assinaturas observáveis de campos magnéticos de grande escala que permeiam o Universo.

Vogelsberger usou o modelo IllustrisTNG para mostrar que os movimentos turbulentos de gases quentes e difusos conduzem dínamos magnéticos de pequena escala que podem amplificar exponencialmente os campos magnéticos nos núcleos de galáxias - e que o modelo prevê com precisão a força observada desses campos magnéticos.

"A alta resolução do IllustrisTNG, combinada com o seu sofisticado modelo de formação galáctica, permitiu-nos explorar estas questões dos campos magnéticos em mais detalhe do que com qualquer outra simulação cosmológica anterior," comenta Vogelsberger, autor dos três artigos científicos que divulgam o novo trabalho, publicados na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Modelando um Universo (mais) realista

O projeto IllustrisTNG é o sucessor da simulação original Illustris desenvolvida pela mesma equipa de investigação, mas foi atualizado para incluir alguns dos processos físicos que desempenham papéis cruciais na formação e evolução das galáxias.

Como o Illustris, o projeto modela uma peça em forma de cubo do Universo. Desta vez, o projeto seguiu a formação de milhões de galáxias numa região representativa do Universo com quase mil milhões de anos-luz de lado (a versão anterior, há quatro anos, media apenas 350 milhões de anos-luz de lado). A simulação hidrodinâmica IllustrisTNG é o maior projeto, até à data, do surgimento de estruturas cósmicas, realça Volker Springel, investigador principal do IllustrisTNG, cientista do Instituto Heidelberg de Estudos Teóricos da Universidade de Heidelberg e do Instituto Max Planck para Astrofísica.

A rede cósmica de gás e de estrelas prevista pelo IllustrisTNG produz galáxias bastante parecidas em forma e tamanho com as galáxias reais. Pela primeira vez, as simulações hidrodinâmicas podem calcular diretamente o padrão detalhado de agrupamento de galáxias no espaço. Em comparação com os dados observacionais, explica Springel, - incluindo os mais recentes grandes levantamentos galácticos como o SDSS (Sloan Digitized Sky Survey) - o IllustrisTNG demonstra um elevado grau de realismo.

Em adição, as simulações preveem como a teia cósmica muda ao longo do tempo, em particular em relação à estrutura subjacente da matéria escura do cosmos. "É particularmente fascinante que possamos prever com precisão a influência de buracos negros supermassivos na distribuição de matéria até grandes escalas," continua Springel. "Isto é crucial para interpretar de forma confiável as próximas medições cosmológicas."

Astrofísica via código e supercomputadores

Para o projeto, os investigadores desenvolveram uma versão particularmente poderosa do seu código AREPO de malha móvel e altamente paralela e usaram-no na máquina "Hazel-Hen" no Centro de Supercomputação em Estugarda, o supercomputador mais rápido da Alemanha. Para calcular uma das duas simulações principais, foram usados mais de 24.000 processadores ao longo de mais de dois meses.

"As novas simulações produziram mais de 500 terabytes de dados de simulação," diz Springel. "A análise desta quantidade gigantesca de dados manter-nos-á ocupados nos próximos anos e promete muitas novas e interessantes ideias no que toca a diferentes processos astrofísicos."

Buracos negros supermassivos suprimem formação estelar

Noutro estudo, Dylan Nelson, investigador do Instituto Max Planck para Astrofísica, foi capaz de demonstrar o importante impacto dos buracos negros nas galáxias. As galáxias formadoras de estrelas brilham no azul das suas jovens estrelas até que uma súbita mudança evolutiva apaga a formação estelar, de modo que a galáxia se torna dominada por velhas estrelas vermelhas e se junta a um cemitério cheio de galáxias antigas e moribundas.

"As únicas entidades físicas capazes de extinguir a formação estelar nas nossas grandes galáxias elípticas são os buracos negros supermassivos nos seus centros," explica Nelson. "Os fluxos ultrarrápidos destas armadilhas gravitacionais atingem velocidades até 10% da velocidade da luz e afetam os sistemas estelares gigantes milhares de milhões de vezes maiores do que o próprio buraco negro, que é comparativamente pequeno."

Novas descobertas para a estrutura das galáxias

A simulação IllustrisTNG também melhora a compreensão dos investigadores da formação da estrutura hierárquica das galáxias. Os teóricos argumentam que as galáxias pequenas devem formar-se primeiro e depois se fundem em objetos cada vez maiores, impulsionados pela implacável atração da gravidade. As inúmeras colisões galácticas literalmente quebram galáxias e dispersam as suas estrelas em órbitas largas em torno das galáxias grandes recém-criadas, o que deveria dar-lhes um ténue brilho estelar de fundo.

Estes pálidos halos estelares previstos são muito difíceis de observar devido ao seu baixo brilho superficial, mas o modelo IllustrisTNG foi capaz de simular exatamente o que os astrónomos devem procurar. As nossas previsões podem agora ser sistematicamente verificadas pelos observadores," afirma Annalisa Pillepich, investigadora do Instituto Max Planck para Astronomia, que liderou outro estudo do IllustrisTNG. "Isto fornece um teste crítico para o modelo teórico da formação hierárquica das galáxias."

O Sol em ultravioleta recebe a visita e o trânsito de VÊNUS em 2012

Um tipo de eclipse solar incomum aconteceu em 2012. Normalmente, no eclipse do Sol é a Lua que passa na frente do Sol, o eclipsando. No ano de 2012, o que passou na frente do Sol, foi o planeta Vênus. Como em um eclipse solar, causado pela Lua, a fase de Vênus tornou-se continuamente mais fina à medida que Vênus se tornava mais bem alinhado com o Sol. Com o alinhamento sendo perfeito, a fase de Vênus cai a zero. E assim o ponto escuro, que na verdade é Vênus, cruzou a face do Sol. A situação poderia ser tecnicamente como um eclipse anular venusiano com um imenso anel de fogo. Registrado, durante a ocultação, o Sol, nessa imagem se apresenta em três cores da luz ultravioleta, adquirida pelo Solar Dynamics Observatory, com a região escura na parte direita da imagem correspondendo a um buraco coronal. Horas mais tarde, Vênus continuou na sua órbita, e a sua fase crescente apareceu novamente. O próximo trânsito de Vênus na frente do Sol acontecerá em 2117.

NGC 7635: A nebulosa da bolha em expansão

A bela imagem acima mostra a verdadeira batalha entre a bolha e a nuvem. A NGC 7635, a Nebulosa da Bolha, está sendo empurrada para fora, pelo vento estelar emitido pela estrela BD+602522, visível em azul, na parte direita, dentro da nebulosa. Ali do lado, vive uma gigantesca nuvem molecular, visível na parte extrema direita da imagem em vermelho. Nesse local do espaço, uma força irresistível encontra um objeto imóvel de uma forma interessante. A nuvem é capaz de conter a expansão da bolha de gás, mas é explodida pela radiação quente da estrela central da bolha. A radiação aquece as regiões densas da nuvem molecular fazendo com que ela brilhe. A Nebulosa da Bolha mostrada aqui tem cerca de 10 anos-luz de diâmetro e é parte de um conjunto de estrelas e conchas muito mais complexa. A Nebulosa da Bolha pode ser vista com pequenos telescópios, quando apontados na direção da constelação de Cassiopeia.

Maior simulação do Universo mostra cubo de 1 bilhão de anos-luz

Visualização da intensidade das ondas de choque no gás cósmico (azul) em torno de estruturas de matéria escura colapsadas (laranja/branco). Semelhante a um estrondo sônico, o gás nessas ondas de choque é acelerado ao impactar nos filamentos cósmicos e galáxias.[Imagem: IllustrisTNG collaboration]

Simulação do Universo

Saíram os resultados da maior simulação do Universo já feita, que utilizou novos métodos computacionais em relação às simulações feitas anteriormente. A simulação cobre uma porção do Universo equivalente a um cubo medindo 1 bilhão de anos-luz de aresta - o cubo da maior simulação anterior tinha 350 milhões de anos-luz. Foram utilizados 24.000 processadores rodando continuamente durante dois meses, resultando em mais de 500 terabytes de dados. A nova ferramenta, batizada de IllustrisTNG, congrega novas informações sobre como os buracos negros influenciam a distribuição da matéria escura - se é que ela existe mesmo -, como os elementos químicos pesados são produzidos e distribuídos em todo o cosmos e onde os campos magnéticos se originam.

Esta é uma fatia da estrutura cósmica. O brilho da imagem indica que a densidade de massa e a cor mostra a temperatura média do gás de matéria comum (bariônica). A região exibida se estende por cerca de 1,2 bilhão de ano-luz da esquerda para a direita. [Imagem: IllustrisTNG Collaboration]

"Quando nós observamos as galáxias usando um telescópio, só podemos medir determinadas quantidades," explica Shy Genel, do Flatiron Institute, nos EUA . "Com a simulação, podemos rastrear todas as propriedades para todas essas galáxias. E não apenas como a galáxia se parece agora, mas toda a sua história de formação. Isso pode mostrar como as galáxias evoluem, dando ideias, por exemplo, de como a Via Láctea era quando a Terra se formou e como nossa galáxia poderá mudar no futuro. Outro ganho foi a possibilidade plotar todas as observações sobre os campos magnéticos em larga escala que permeiam todo o Universo.

Renderização da velocidade do gás em uma fatia de 100 mil parsecs de espessura (na direção da visualização). Onde a imagem é preta, o gás praticamente não se move, enquanto as regiões brancas têm velocidades que superam 1.000 quilômetros por segundo. A imagem contrasta os movimentos de gás nos filamentos cósmicos contra os movimentos rápidos e caóticos desencadeados pelo potencial gravitacional profundo e o buraco negro supermassivo localizado no centro. [Imagem: IllustrisTNG Collaboration]

Ao reunir todo o conhecimento atual, as simulações permitem avaliar novas medições experimentais à medida que elas são realizadas. O inconveniente, claro, é que as simulações sempre se baseiam nas teorias e modelos atuais do Universo, enquanto dados observacionais podem questionar e alterar essas teorias e modelos.

Fusão de estrelas de nêutrons é muito mais louca do que os cientistas pensavam

Os astrofísicos achavam que sabiam o que acontecia após a colisão de duas estrelas de nêutrons. Isso até GW170817 os confundir completamente. Normalmente, uma fusão dessas leva a uma grande explosão. O que se espera de uma grande explosão? Que ela produza um flash brilhante, cuja luz diminui com o tempo. Certo?
Não no caso de GW170817 que, contrariamente às expectativas, continua a se iluminar meses após o evento. Um artigo sobre o fenômeno, estudado por uma equipe da Universidade McGill, no Canadá, foi publicado na revista Astrophysical Journal Letters.

A surpresa

De acordo com dados do Observatório de raios-X Chandra, da NASA, as consequências dessa colisão são muito mais complexas e interessantes do que os pesquisadores esperavam. Essa é a primeira vez que observamos diretamente uma colisão entre duas estrelas de nêutrons. Graças a avanços na detecção de ondas gravitacionais, os cientistas conseguiram apontar seus instrumentos espaciais a tempo de assistir o evento mais tarde nomeado GW170817, em agosto do ano passado. A fusão espetacular ocorreu a 138 milhões de anos-luz do sistema solar. 

Aprendemos muito sobre o fenômeno. Por exemplo, pudemos confirmar que as colisões entre estrelas de nêutrons produzem explosões de raios gama, um dos eventos mais brilhantes e energéticos do universo. Essa explosão de raios gama recebeu o nome de GRB170817A, e deveria se apagar relativamente rápido. Só que isso não aconteceu.

Novas medições

Dois dias após a colisão, nenhuma fonte óptica estava visível, o que está dentro do normal.
Nove dias após a colisão, os dados do Chandra revelaram uma nova fonte de raios-X no local da explosão.

“Geralmente, quando vemos uma pequena explosão de raios gama, a emissão de jatos gerada fica brilhante por um curto período de tempo e então desaparece”, explicou o astrofísico Daryl Haggard, da Universidade McGill.

A posição do objeto no céu era muito próxima do sol para medições sensíveis de raios-X, de forma que o mistério permaneceu por um tempo. Foi somente 109 após a colisão, no início de dezembro de 2017, que os astrônomos foram capazes de fazer novas leituras de GRB170817A, descobrindo que ele estava ainda mais brilhante do que no início de setembro.

Hipóteses

O brilho só pode ser explicado se a colisão das estrelas de nêutrons for um pouco mais complicada do que nós pensávamos inicialmente. Por exemplo, a colisão pode ter criado um buraco negro com um jato energético que está aquecendo o material em torno dele. Isso poderia explicar o brilho visto nos raios-X e nos espectros de rádio durante meses após o evento.

A curva de luz do raio-X corresponde a previsões para esta hipótese, embora a origem desse jato energético ainda seja incerta. Agora, os astrônomos possuem um novo desafio em mãos: tentar descobrir a causa e a física por trás desse surpreendente evento luminoso. GW170817 deve continuar sendo um dos objetos mais estudados no céu por algum tempo ainda.