Pode haver um universo igual ao nosso atrás do Big Bang

 

Desde 2018, uma ideia que junta um universo cujo início se esconde atrás do Big Bang, partículas misteriosas e uma base teórica que poucos físicos entendem tem mexido com a imaginação de muita gente.

O responsável pelo "salseiro cósmico" na comunidade científica foi o físico do The Perimeter Institute Latham Boyle. Um artigo do qual ele é o autor principal sugere a existência de um universo-espelho, o que preencheria as lacunas que continuam sem resposta na teoria para a existência do cosmos: a Lambda-Cold Dark Matter (LCDM).

Uma pilha de espaço e tempo

A ideia central da teoria de Boyle é simplificar a maneira como olhamos para trás, no tempo e no espaço. Imagine que o HOJE é um grande aro e abaixo dele há um aro menor, o do ONTEM e, deste, o do ANTEONTEM.

 Live Science/Meghan McCarter 

Cada vez mais os aros encolhem de tamanho à medida que você conta os dias para trás. Você acabará com uma pilha imensa de aros — um cone no qual a sua ponta está o momento zero: o Big Bang.

 Live Science/Meghan McCarte

O ponto mais longínquo já visto dentro desse cone é a galáxia GN-z11, a 13,4 bilhões de anos-luz. Antes disso, não há nada brilhante o suficiente, caracterizando a chamada "Idade das Trevas". Por fim, chegamos ao Fundo Cósmico de Micro-ondas (Cosmic Microwave Background, ou CMB).

 Live Science/Meghan McCarter 

Os telescópios não podem ver nada antes do CMB (nem mesmo a singularidade que deu origem a tudo) e onde a LCDM termina. Portanto, os modelos cosmológicos atuais vão um pouco mais longe, mas param no Big Bang.

Simétrico, mas nem tanto

Boyle propôs espiar além, mesmo que o outro cosmos esteja muito longe no espaço-tempo para que possamos vê-lo. Para isso, ele usou um princípio caro à Física: a paridade. Na física de partículas, o espelhamento de carga, a paridade e o tempo (simetria de CPT) deveriam ser respeitados em todos os processos subatômicos.

Uma experiência realizada em 1956 pela física Chien-Shiun Wu mostrou que isso não acontece. O modelo de Boyle restaurou e preservou a simetria do Universo ao criar um segundo cone para o espaço-tempo, e o resultado de uma pesquisa na Antártida reforçou sua ideia.

O último de três destros

Os três tipos de neutrinos conhecidos são “canhotos” e sem parceiros "destros", o que contraria a simetria de CPT. Na cosmologia de Boyle, havia neutrinos parceiros destros em nosso universo para os neutrinos canhotos, mas dois deles se perderam há muito no espaço-tempo.

O terceiro neutrino "destro" sobreviveu e teria uma assinatura de energia específica (480 PeV) e seria o responsável pela matéria escura que falta no universo. O astrofísico John Learned, da Universidade do Havaí, e coautor de um artigo baseado na teoria de Boyle disse: “Os detalhes de como o universo simétrico da CPT leva a um neutrino de 480 PeV são tão complicados que poucos físicos os entendem”.

O rastro dessa partícula foi captado em 2018,  e não uma vez, mas duas. Ele foi apanhado pelo Antarctic Impulsive Transient Antenna (ANITA), um detector de partículas suspenso sobre a Antártida. Learned, envolvido com o projeto patrocinado pela NASA, percebeu que o neutrino de 480 PeV condizia com as descobertas da ANITA.

O Big Bang não existiu?

 

A teoria mais aceita hoje é que o Universo teve um início : o Big Bang, a explosão de um ponto infinitamente denso, uma singularidade. A partir dessa explosão, teria havido uma expansão e o resultado seria o Universo atual. Essa teoria é baseada na relatividade geral, proposta por Einstein.

No entanto um novo modelo, que mistura correções quânticas na teoria de Einstein, sugere que não houve Big Bang. E que, na verdade, o Universo não começou: ele sempre existiu.

"A singularidade do Big Bang é um problema para a relatividade, porque as leis da física já não fazem sentido pra ela", afirma Ahmed Farag Ali, pesquisador da Universidade Benha, no Egito. Ele e o coautor Saurya Das, da Universidade de Lethbridge, em Alberta, no Canadá, mostraram que esse problema pode ser resolvido se acreditarmos em um novo modelo, no qual o Universo não teve começo - e não terá fim.

Os físicos esclarecem que o que eles fizeram não foi simplesmente eliminar a singularidade do Big Bang. Eles se basearam no trabalho de David Bohm, físico que, nos anos 1950, explorou o que acontecia se substituíssemos a trajetória mais curta entre dois pontos numa superfície curva por trajetórias quânticas. No seu estudo, Ali e Das aplicaram as trajetórias Bohminanas a uma equação que explica a expansão do universo dentro do contexto da relatividade geral. Com isso o modelo contém elementos da teoria quântica e da relatividade geral. Os pesquisadores esperam, com isso, que seu modelo se mantenha mesmo quando uma teoria completa da gravitação quântica for formulada.

Mas então o Universo não teve nem começo e nem fim? Com o modelo, os físicos estabelecem que o Universo tem um tamanho finito - e, com isso, podem dar a ele idade infinita, o que combina com nossas medições de constantes cosmológicas e de densidade.

O modelo descreve o Universo como preenchido com fluido quântico, que seria composto de gravitons, partículas hipotéticas que mediam a força da gravidade. Se eles existem, eles teriam um papel essencial na teoria da gravitação quântica. Agora os físicos pretendem analisar perturbações anistrópicas no Universo, elevando emc onsideração a matéria escura e a energia escura, mas eles acreditam que os próximos cálculos não afetarão os resultados atuais. "É satisfatório saber que essas correções podem resolver tantos problemas de uma vez", afirmou Das.

As teorias que veem o Big Bang não como o início, mas uma 'transformação' do Universo

 

A história tradicional do Universo tem começo, meio e fim.

Tudo começou com o Big Bang, 13,8 bilhões de anos atrás, quando o Universo era pequeno, quente e denso.

Em menos de um bilionésimo de bilionésimo de segundo, aquele pequeno Universo se expandiu para mais de bilhões de vezes seu tamanho original por meio de um processo chamado "inflação cósmica".

A seguir veio "a saída graciosa", quando a inflação parou. O Universo continuava se expandindo e esfriando, mas a uma fração da taxa inicial.

Nos 380 mil anos seguintes, o Universo foi tão denso que nem a luz foi capaz se mover através dele — o cosmos era formado por um plasma opaco e superquente de partículas dispersas.

Quando as coisas finalmente esfriaram o suficiente para os primeiros átomos de hidrogênio se formassem, o Universo rapidamente se tornou transparente.

A radiação irrompeu em todas as direções, e o Universo estava a caminho de se tornar a entidade irregular que vemos hoje, com vastas faixas de espaço vazio pontuadas por aglomerados de partículas, poeira, estrelas, buracos negros, galáxias, radiação e outras formas de matéria e energia.

Em algum momento, esses pedaços de matéria se afastarão tanto que desaparecerão lentamente, segundo alguns modelos matemáticos. O Universo se tornará uma sopa fria e uniforme de fótons isolados. Não é um final particularmente dramático, embora satisfatório.

Mas e se o Big Bang não foi realmente o começo de tudo?

Talvez tenha sido um ponto de virada em um ciclo contínuo de contração e expansão. Ou poderia ser mais como um ponto de reflexão, com uma imagem espelhada do nosso Universo expandindo-se para o "outro lado", onde a antimatéria substitui a matéria e o próprio tempo flui para trás.

Ou ainda um momento de transição em um Universo que sempre esteve — e sempre estará — em expansão. Todas essas teorias estão fora da cosmologia convencional, mas são apoiadas por cientistas influentes.

O crescente número dessas teorias concorrentes sugere que agora é hora de deixar de lado a ideia de que o Big Bang marcou o início do espaço e do tempo. E até mesmo de que possa haver um fim.

Onde aconteceu o Big Bang? Estamos longe do epicentro?

O Big Bang aconteceu em lugar nenhum e em todos os lugares. Parece Raul Seixas, mas é física.

Vamos começar explicando o “lugar nenhum”: todo o espaço que existe está contido dentro do Universo. 

Antes do Universo surgir, havia uma ausência não só de coisas para ocupar um espaço vazio, mas a ausência do próprio espaço vazio. 

É errado imaginar o cosmos como algo que cresce para ocupar um espaço maior em seu entorno, como um balão que infla dentro de uma sala. Porque não existe sala. O único espaço que existe é o espaço que  o próprio balão cria conforme se expande. 

Agora, vamos para a parte do “todos os lugares”. Imagine que você colou várias moedas na superfície do balão. As moedas são as galáxias, o balão é o Universo. Conforme você infla o balão, as moedas se afastam entre si a uma taxa fixa. Qualquer um que esteja em uma moeda qualquer verá todas as outras moedas se afastarem. Nenhuma delas está no centro.

No imaginário popular, existe a ideia de que o Big Bang foi uma explosão. Algo que disparou detritos para todos os lados a partir de um ponto central. 

Na verdade, ele foi só uma expansão extremamente rápida, e qualquer um, de sua perspectiva particular, está no “centro” dessa expansão – pois vê tudo que esta ao redor se afastar.  

Ano-Luz e a dúvida sobre como calcular

 

Ano-luz (l.y., do inglês light-year) é uma unidade de medida usada na Astronomia. Significa a distância que um fóton (uma partícula de luz) percorre durante um ano.

A velocidade da luz é a mais rápida que existe. A capacidade de um fóton se deslocar é de 300.000 quilômetros por segundo. Cada ano-luz corresponde a cerca de 9,5 trilhões de quilômetros, ou seja, 9.500.000.000.000 quilômetros.

Um fóton percorre a distância da Lua ao planeta Terra em cerca de 1 segundo. Apesar de ser o corpo celeste mais perto da Terra, a distância entre a Lua e o nosso planeta é de aproximadamente 384 mil quilômetros.

Por que ano-luz é a unidade astronômica? Simplesmente para evitar a utilização de números gigantescos, afinal no que respeita ao Universo as distâncias são realmente imensas.

Não confunda! Ano-luz não é uma unidade de tempo.

Como Calcular 1 Ano-luz?

Para saber quanto equivale um ano-luz basta multiplicar a velocidade da luz pelo número de segundos que existem num ano. Um ano tem 31.536.000 de segundos.

300.000 km * 31.536.000 s= 9.460.800.000.000 km

Então, se 1 ano-luz equivale a aproximadamente 9,5 trilhões de quilômetros, quanto vale 2 anos-luz?

300.000 km * 31.536.000 s= 9.460.800.000.000 km
9.460.800.000.000 km * 2 km = 18.921.600.000.000 km, ou seja, dezoito trilhões, novecentos e vinte e um bilhões e seiscentos milhões de quilômetros.

Ano-luz: Perguntas e Respostas Rápidas

1) O que é? Uma unidade de medida astronômica.

2) Qual a velocidade da luz? 300.000 quilômetros ou 300.000.000 metros por segundo.

3) Um ano-luz equivale a? 9.460.800.000.000 quilômetros.

A sonda solar da Parker completa a terceira aproximação aproximada do sol

A Parker Solar Probe alcançou seu terceiro periélio, ou aproximação aproximada ao Sol, em 1º de setembro de 2019. Acompanhe on-line a velocidade e a posição atuais da Parker Solar Probe.

Pouco antes das 13h50 EDT de 1º de setembro de 2019, a Parker Solar Probe da NASA concluiu sua terceira aproximação aproximada do Sol, chamada periélio. Na época do periélio, a espaçonave estava a cerca de 24 milhões de quilômetros da superfície do Sol, viajando a mais de 320 km por hora.

Os controladores da missão no Laboratório de Física Aplicada Johns Hopkins, em Laurel, Maryland, receberam um farol “A” verde da nave espacial logo após o periélio, o que significa que todos os sistemas estavam funcionando como projetados e que a espaçonave estava em boas condições de saúde.

Esse terceiro encontro, que ficava aproximadamente à mesma distância do Sol e da velocidade dos dois primeiros, difere pelo fato de os quatro conjuntos de instrumentos da espaçonave permanecerem e coletarem dados por um período maior do que outros periélios.

Para este terceiro encontro solar, a equipe da missão ligou os instrumentos quando a sonda estava a cerca de 0,45 unidades astronômicas do Sol no lado de entrada de sua órbita. (Uma unidade astronômica, ou AU, tem cerca de 93 milhões de milhas, a distância média entre o Sol e a Terra.).

Os instrumentos serão desligados quando o Parker Solar Probe estiver a cerca de 0,5 AU do Sol no lado externo, o que ocorrerá em por volta de 20 de setembro. Para as duas periélias anteriores, os instrumentos começaram a partir de 0,25 UA antes e após a conclusão da abordagem aproximada.

Fonte: Blogs.nasa.gov

A origem de um buraco negro supermassivo no Universo jovem

 

 O buraco negro no centro da galáxia M87. Crédito: Colaboração EHT

Os buracos negros supermassivos têm entre vários milhões e milhares de milhões de vezes a massa do nosso Sol. A Via Láctea hospeda um buraco negro supermassivo com alguns milhões de massas solares. Surpreendentemente, observações astrofísicas mostram que os buracos negros supermassivos já existiam quando o Universo era muito jovem. Por exemplo, encontramos buracos negros com mil milhões de vezes a massa do Sol quando o Universo tinha apenas 6% da sua idade atual, 13,7 mil milhões de anos. Como é que estes buracos negros supermassivos no início do Universo foram formados? 

Uma equipa liderada por um físico teórico da Universidade da Califórnia, em Riverside, apresentou uma explicação: um enorme buraco negro "semente" que o colapso de um halo de matéria escura poderia produzir. 

O halo de matéria escura é o halo de matéria invisível que rodeia uma galáxia ou um enxame de galáxias. Embora a matéria escura nunca tenha sido detetada em laboratórios, os físicos continuam confiantes de que esta matéria misteriosa que constitui 85% da matéria do Universo existe. Se a matéria visível de uma galáxia não estivesse embebida num halo de matéria escura, esta matéria dispersar-se-ia. 

"Os físicos estão intrigados com a razão porque os buracos negros supermassivos no início do Universo, que estão localizados nas regiões centrais de halos de matéria escura, crescem tão massivamente num curto período de tempo," disse Hai-Bo Yu, professor associado de física e astronomia na Universidade da Califórnia, em Riverside, que liderou o estudo publicado na revista The Astrophysical Journal Letters. 

 "É como uma criança de cinco anos que pesa, digamos, 100 quilos. Esta criança surpreender-nos-ia a todos nós, porque sabemos o típico peso de um bebé recém-nascido e quão rápido este bebé pode crescer. No que diz respeito aos buracos negros, os físicos têm expetativas gerais sobre a massa de um buraco negro "semente" e do seu ritmo de crescimento. A presença de buracos negros supermassivos sugere que estas expetativas gerais foram violadas, exigindo novos conhecimentos. E isto é empolgante."

 Um buraco negro "semente" é um buraco negro no seu estágio inicial - semelhante ao estágio de bebé na vida de um ser humano. 

"Podemos pensar em duas razões," acrescentou Yu. "A 'semente' - ou 'bebé' - ou é muito mais massiva ou cresce mais depressa do que pensávamos, ou ambos. A questão que então surge é quais são os mecanismos físicos para produzir um buraco negro 'semente' massivo o suficiente ou para atingir um ritmo de crescimento suficientemente rápido?" 

"Os buracos negros levam tempo para crescerem através da acreção de matéria em redor," disse o coautor Yi-Ming Zhong, investigador pós-doutorado no Instituto Kavli para Física Cosmológica da Universidade de Chicago. "O nosso artigo científico mostra que, se a matéria escura tem auto-interações, então o colapso gravotérmico de um halo pode levar a um buraco negro 'semente' massivo o suficiente. A sua taxa de crescimento seria mais consistente com as expetativas gerais." 

Na astrofísica, um mecanismo popular usado para explicar os buracos negros supermassivos é o colapso de gás pristino em protogaláxias no início do Universo. 

"Este mecanismo, no entanto, não consegue produzir um buraco negro 'semente' massivo o suficiente para acomodar os buracos negros supermassivos observados recentemente - a menos que o buraco negro 'semente' tenha tido um ritmo de crescimento extremamente elevado," disse Yu. "O nosso trabalho fornece uma explicação alternativa: um halo de matéria escura auto-interativa que sofre instabilidade gravotérmica e a sua região central colapsa num buraco negro 'semente'." 

A explicação que Yu e seus colegas propõem funciona da seguinte maneira: 

As partículas de matéria escura primeiro aglomeram-se sob a influência da gravidade e formam um halo de matéria escura. Durante a evolução do halo, operam duas forças concorrentes - a gravidade e a pressão. Enquanto a gravidade puxa as partículas de matéria escura para dentro, a pressão empurra-as para fora. 

Se as partículas de matéria escura não interagem umas com as outras, então à medida que a gravidade as puxa em direção ao halo central, tornam-se mais quentes, isto é, movem-se mais depressa, a pressão aumenta efetivamente e depois "ressaltam". No entanto, no caso da matéria escura auto-interativa, estas interações entre as partículas podem transportar o calor daquelas partículas "mais quentes" para as próximas mais frias. Isto dificulta o "ressalto" das partículas de matéria escura. 

Yu explicou que o halo central, que entraria em colapso num buraco negro, tem momento angular, ou seja, gira. As auto-interações podem induzir viscosidade, ou "fricção", que dissipa o momento angular. Durante o processo de colapso, o halo central, que tem uma massa fixa, encolhe em raio e diminui em rotação devido à viscosidade. À medida que evolui, o halo central eventualmente colapsa num estado singular: um buraco negro "semente". Esta "semente" pode tornar-se mais massiva acretando matéria bariónica - ou visível - circundante, como gás e estrelas. 

"A vantagem do nosso cenário é que a massa do buraco negro 'semente' pode ser alta, pois é produzida pelo colapso de um halo de matéria escura," disse Yu. "Portanto, pode transformar-se num buraco negro supermassivo ao longo de uma escala de tempo relativamente curta." 

Este trabalho é novo, no sentido de que os investigadores identificam a importância dos bariões - partículas atómicas e moleculares comuns - para que esta ideia funcione. 

"Primeiro, mostramos que a presença de bariões, como gás e estrelas, podem acelerar significativamente o início do colapso gravotérmico de um halo e um buraco negro 'semente' pode ser criado a tempo," disse Wei-Xiang Feng, estudante de Yu e coautor do artigo. "Em segundo lugar, mostramos que as auto-interações podem induzir viscosidade que dissipa o momento angular remanescente do halo central. E terceiro, desenvolvemos um método para examinar a condição que desencadeia a instabilidade relativística geral do halo colapsado, o que garante que um buraco negro 'semente' possa formar-se caso a condição seja satisfeita." 

Durante a última década, Yu explorou novas previsões de auto-interações da matéria escura e as suas consequências observacionais. O seu trabalho mostrou que a matéria escura auto-interativa pode fornecer uma boa explicação para o movimento observado de estrelas e do gás nas galáxias. 

"Em muitas galáxias, as estrelas e o gás dominam as suas regiões centrais," disse. "Assim, é natural perguntar como a presença desta matéria bariónica afeta o processo de colapso. Nós mostramos que vai acelerar o início do colapso. Esta característica é exatamente o que precisamos para explicar a origem dos buracos negros supermassivos no início do Universo. As interações entre partículas de matéria escura também levam à viscosidade que pode dissipar o momento angular do halo central e ajudar ainda mais no processo de colapso."

Fonte: Astronomia OnLine

O que acontece fora do Universo?

 

Ao olharmos para o reluzente céu estrelado em uma noite clara, temos apenas uma pequena impressão do que realmente é o gigante universo. Nem mesmo deciframos totalmente os segredos da nossa galáxia, e a questão do que realmente acontece fora do universo também surge. Mas esse “fora” sinistro existe mesmo? Uma estrutura supostamente infinita pode ter começo e fim? Se for o caso, também significa que há um espaço definido além da área onde se localiza nosso universo? Queremos ir em uma busca galáctica por pistas junto com você!

Imagens e conteúdo:

NASA, ESA, ESO, SpaceX, Wikipedia, Shutterstock, …

Telescópio Hubble confirma falta de matéria escura em algumas galáxias

 Pesquisadores conseguiram explicar o movimento das estrelas de duas galáxias vizinhas à Via Láctea com base apenas em suas massas estelares, o que evidencia a falta de matéria escura

Acima, a galáxia NGC 1052-DF2 que, segundo novas evidências, não apresenta matéria escura – considerada a "cola invisível" que mantém as estrelas unidas dentro de uma galáxia (Foto: NASA, ESA, Z. Shen and P. van Dokkum (Yale University), and S. Danieli (Institute for Advanced Study))

Em estudo publicado no periódico científico Astrophysical Journal Letters no último dia 9 de junho, pesquisadores confirmam uma suspeita que intrigava astrônomos desde 2018. À época, imagens captadas pelo telescópio espacial Hubble, da Nasa, levantaram a hipótese de que uma galáxia próxima à Via Láctea — a NGC 1052-DF2 — aparentava ter pouca ou nenhuma matéria escura, considerada a “cola” invisível que mantém as estrelas dentro de uma galáxia. 

Agora, após comparar a distância entre esse corpo celeste e suas vizinhas — como a UDG NGC1052-DF4 —, a equipe “bateu o martelo” e provou que, ao contrário do que se pensava até então, algumas galáxias podem, sim, sobreviver sem matéria escura. 

A descoberta é baseada em imagens obtidas por 40 órbitas do telescópio Hubble e, ao contrário da pesquisa de 2018, não dependeu de “flutuações de brilho da superfície” para medir a distância, o que, segundo os pesquisadores, foi crucial para chegar a dados mais acurados. "Saímos em um limbo com nossas observações iniciais do Hubble desta galáxia em 2018", avalia, em comunicado, Pieter van Dokkum, professor de astronomia e física da Universidade Yale, nos Estados Unidos, e colíder da investigação. 

"A nova medição relatada neste estudo tem implicações cruciais para estimar as propriedades físicas da galáxia, confirmando assim sua falta de matéria escura”, acrescenta Shany Danieli, pesquisadora do NASA Hubble Fellowship Program (NHFP), que também liderou a pesquisa recém-divulgada.

Os dados indicam que, enquanto a galáxia DF2 e sua vizinha DF4 são comparáveis em tamanho à nossa galáxia, suas massas são apenas cerca de 1% a da Via Láctea, o que significa que elas são “ultradifusas”. Segundo o estudo, ainda, a dupla apresenta uma grande população de aglomerados globulares especialmente luminosos. 

Em ambas as galáxias, os pesquisadores foram capazes de explicar o movimento das estrelas com base apenas na massa estelar, sugerindo uma ausência de matéria escura — que, de acordo com o modelo cosmológico padrão, seria o único suporte das galáxias para manter as estrelas unidas. Agora, os pesquisadores planejam investigar quão comuns são esses corpos celestes e como eles são formados.

Fonte: Revista Galileu

Um berçário planetário caótico

 

 Vários rastreadores moleculares ajudaram os cientistas a melhor compreender os gases presentes no disco que rodeia Elias 2-27. Visível nesta animação, os dados do contínuo de poeira a 0,87mm (azul), a emissão de C18O (amarelo), e a emissão de 13CO (vermelho), cada camada vista individualmente e em composição. Crédito: T. Paneque-Carreño, NRAO/AUI/NSF, B. Saxton

A formação planetária ainda é um mistério. Os astrónomos estudam discos protoplanetários há décadas, tentando resolver os detalhes da génese planetária. Graças ao ALMA, uma equipa de cientistas, pela primeira vez, "escavou" fundo nas estruturas espirais do enorme disco protoplanetário de Elias 2-27, uma estrela jovem a 378 anos-luz de distância na direção da constelação de Ofiúco. A equipa de investigação pensa que as instabilidades gravitacionais são a origem das espirais, e não a interação com um planeta ou estrela companheira. Os resultados deste estudo foram publicados na revista The Astrophysical Journal. 

Discos de gás e poeira rodeiam estrelas jovens recém-formadas. São chamados de discos protoplanetários, e os astrónomos esperam que os planetas se desenvolvam aí nos primeiros 10 milhões de anos de vida das estrelas. 

"Exatamente como é que os planetas se formam é uma das principais questões no nosso campo. No entanto, existem alguns mecanismos-chave que pensamos impulsionar o processo," explica Teresa Paneque Carreño, ex-estudante de Astronomia na Universidade do Chile que agora está a fazer o seu doutoramento no ESO em Garching, Alemanha, investigadora principal deste estudo. "Um destes mecanismos são as instabilidades gravitacionais, um processo que ocorre quando o disco é massivo o suficiente para que a sua gravidade se torne relevante na forma como as partículas interagem entre elas." As instabilidades gravitacionais podem fazer com que o disco se fragmente em pequenos aglomerados, que podem tornar-se em planetas gigantes muito rapidamente. 

Elias 2-27 é uma estrela jovem localizada a apenas 378 anos-luz da Terra. A estrela alberga um disco protoplanetário massivo de gás e poeira, um dos elementos chave para a formação planetária. Nesta ilustração gráfica, a poeira é distribuída ao longo de uma morfologia em forma de espiral descoberta pela primeira vez em Elias 2-27 em 2016. Os grãos de poeira maiores são encontrados ao longo dos braços espirais, enquanto os grãos de poeira mais pequenos estão distribuídos ao redor do disco protoplanetário. Também foram detetados durante o estudo fluxos assimétricos de gás, indicando que pode ainda haver material a cair no disco. Os cientistas pensam que Elias 2-27 pode eventualmente evoluir para um sistema planetário, com instabilidades gravitacionais provocando a formação de planetas gigantes. Dado que este processo leva milhões de anos a ocorrer, os cientistas podem apenas observar os estágios iniciais. Crédito: Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF

As características únicas de Elias 2-27 tornaram-na popular entre os cientistas do ALMA por mais de meia década. Uma equipa liderada por Laura Perez da Universidade do Chile e coautora desta nova investigação descobriu, também usando o ALMA, as espirais no disco de Elias 2-27 em 2016. Mas não foram capazes de determinar o que gerou as instabilidades gravitacionais. Foram necessárias outras observações em várias bandas do ALMA e rastreadores de gás para explorar a estrutura das espirais tanto em gás como em poeira. 

"Descobrimos em 2016 que o disco de Elias 2-27 tinha uma estrutura diferente de outros sistemas já estudados. Algo não observado num disco protoplanetário antes: dois braços espirais de grande escala. A origem destas estruturas permaneceu um mistério, por isso precisávamos de mais observações," explica Perez. "E assim, em conjunto com colaboradores, propusemos ao ALMA a exploração simultânea tanto da emissão de gás como da emissão da poeira neste sistema. Este novo estudo tornou-se o foco da tese de mestrado de Teresa na Universidade do Chile." 

Cassandra Hall, professora assistente de Astrofísica Computacional na Universidade de Georgia e coautora da investigadora, acrescentou que a confirmação da assimetria vertical e das perturbações de velocidade - as primeiras perturbações em grande escala ligadas à estrutura espiral num disco protoplanetário - podiam ter implicações significativas para a teoria da formação planetária. "Isto podia ser uma 'arma fumegante' da instabilidade gravitacional, que pode acelerar alguns dos primeiros estágios da formação planetária. Previmos esta assinatura pela primeira vez em 2020 e, do ponto de vista da astrofísica computacional, é excitante estamos certos." 

Paneque-Carreño acrescentou que, embora a nova investigação tenha confirmado algumas teorias, também levantou mais questões. "Embora as instabilidades gravitacionais possam agora ser confirmadas para explicar as estruturas espirais no contínuo de poeira em torno da estrela, há também uma divisão interna, ou material ausente no disco, para o qual não temos uma explicação clara."

 

Usando dados da velocidade do gás, cientistas que observavam Elias 2-27 foram capazes de medir diretamente a massa do disco protoplanetário da jovem estrela e também rastrear as perturbações dinâmicas no sistema estelar. Visível nesta animação, os dados do contínuo de poeira a 0,87mm (azul), juntamente com as a emissão dos gases C18O (amarelo) e 13CO (vermelho). Crédito: T. Paneque-Carreño, NRAO/AUI/NSF, B. Saxton

"As imagens de alta resolução angular obtidas com o ALMA em vários comprimentos de onda foram fundamentais para estudar a morfologia do disco e as propriedades da poeira," explica John Carpenter, cientista do Observatório ALMA e coautor desta investigação. "A localização espacial das partículas de diferentes tamanhos permite-nos entender os processos de crescimento da poeira e inferir a origem da morfologia espiral." 

Além disso, a alta sensibilidade do ALMA permitiu à equipa estudar as perturbações cinemáticas e os processos dinâmicos rastreados pela emissão molecular. Usando duas moléculas como rastreadores (13CO e C18O), descobriram que o disco estava altamente perturbado e rodeado por emissões de gás em grande escala produzidas por material além da extensão do disco principal de poeira e gás. 

"Ficámos surpresos ao encontrar perturbações verticais no gás do disco. Isto não tinha sido observado antes neste tipo de fonte," diz Paneque Carreño. "As perturbações são grandes demais para serem explicadas por uma companheira. A estrutura vertical assimétrica do disco está provavelmente relacionada com a queda contínua de material, mostrando como os locais de formação planetária são caóticos." 

Uma das barreiras para entender a formação planetária era a falta de medições diretas da massa dos discos formadores de planetas, um problema abordado na nova investigação. A alta sensibilidade do ALMA permitiu à equipa estudar mais de perto os processos dinâmicos, a densidade e até mesmo a massa do disco. "As anteriores medições da massa de discos protoplanetários eram indiretas, baseadas apenas na poeira e ou em isotopólogos raros. 

Com este novo estudo, somos agora sensíveis a toda a massa do disco," disse Benedetta Veronesi - estudante da Universidade de Milão e investigadora pós-doutorada na ENS (École Normale Supérieure) de Lyon, autora principal de um segundo artigo. "Este achado é a base para o desenvolvimento de um método para medir a massa do disco que nos permitirá quebrar uma das maiores e mais insistentes barreiras no campo da formação planetária. O conhecimento da massa presente nos discos de formação de planetas permite-nos determinar a quantidade de material disponível para a formação dos sistemas planetários e melhor entender o processo pelo qual se formam." 

Embora a equipa tenha respondido a muitas perguntas críticas sobre o papel da instabilidade gravitacional e da massa do disco na formação planetária, o trabalho ainda não terminou. "O estudo de como os planetas se formam é difícil porque demoram milhões de anos a formar-se. Esta é uma escala de tempo muito curta para estrelas, que vivem milhares de milhões de anos, mas um longo processo para nós," disse Paneque-Carreño.

"O que podemos fazer é observar estrelas jovens, com discos de gás e poeira ao seu redor, e tentar explicar porque é que os discos de material têm o aspeto que têm. É como olhar para a cena de um crime e tentar adivinhar o que aconteceu. A nossa análise observacional, emparelhada com futuras análises aprofundadas de Elias 2-27, permitirá caracterizar exatamente como as instabilidades gravitacionais atuam nos discos formadores de planetas e obter mais informações sobre como os planetas são formados."

Fonte: ccvalg.pt/astronomia

Esses são os 10 buracos negros mais próximos da Terra

 

O conceito deste artista mostra um fluxo de material fluindo em direção a um buraco negro enquanto se rasga e se alimenta de uma estrela azarada. (Crédito: NASA / JPL-Caltech)

Embora seja impossível ver diretamente os buracos negros, existem meios de detectá-los através da forma como eles interagem com o material ao redor deles. As técnicas de detecção permitem vislumbrar um pouco desses objetos e descobrir algumas características peculiares de cada um — e eles estão por toda parte. Só na nossa galáxia, existe a possibilidade de haver alguns milhares deles. 

Uma maneira de encontrar buracos negros é procurar por sistemas binários, nos quais um buraco negro pode roubar material de sua estrela companheira, gerando uma emissão luminosa de raios X bastante distinta. Em 2016, um artigo científico revelou 77 objetos que podem ser buracos negros relativamente perto de nós, detectados através dessa técnica de observação. 

Alguns deles já são conhecidos, mesmo com tanta dificuldade para estudá-los, enquanto outros ainda estão aguardando a comunidade científica decidir se são de fato buracos negros ou alguma outra coisa massiva e misteriosa. Mas já temos algumas características sobre esses objetos invisíveis à medida que os telescópios coletam mais evidências. 

Abaixo, temos uma lista com os 10 buracos negros mais próximos da Terra, sobre os quais os astrônomos já puderam aprender um pouco. A lista cita as estimativas atuais dos astrônomos para as propriedades de cada um dos objetos — estimativas essas que já mudaram algumas vezes e podem variar de novo futuramente, conforme a ciência e a tecnologia seguem avançando para permitir observações cada vez mais precisas.

A0620-00, ou V616 Monocerotis

Apelidado de V616 Mon, este é um sistema estelar binário na constelação de Monoceros, formado por uma estrela do tipo K e um segundo objeto que não pode ser visto, cuja massa é grande demais ser uma estrela de nêutrons — muito provável que seja um buraco negro de massa estelar.  

Este buraco negro a 3.500 anos-luz de distância e com 6,6 massas solares ocasionalmente libera explosões drásticas de raios-X. Foi graças a uma dessas explosões, em 1917, que ele pôde ser descoberto. Durante outra emissão monstruosa em 1975, o buraco negro multiplicou o brilho em mais de 100.000 vezes, tornando-se a fonte de raios-X mais brilhante da época. 

Sua estrela companheira é equivalente a cerca de 40% da massa do nosso Sol, e segue continuamente perdendo massa para o buraco negro. Ele exerce tanta atração que a estrela fica meio achatada, em forma de elipse.

Cygnus X-1

Localizado na constelação de Cisne, a 6.000 anos-luz, este buraco negro foi descoberto em 1964 e é uma das fontes de raio-X mais fortes vistas da Terra. Os cientistas suspeitam que ele era anteriormente uma estrela com 40 vezes a massa do Sol, e entrou em colapso para formar um buraco negro há cerca de 5 milhões de anos.

Ele tem agora 14,8 massas solares e um horizonte de eventos com quase 300 km de diâmetro. Sua estrela companheira é uma estrela variável supergigante azul chamada HDE 226868 que orbita a cerca de 20% da distância da Terra ao Sol, com um vento solar que fornece material para um disco de acreção ao buraco negro.

Cygnus X-1 foi a primeira fonte de raio-X a ser aceita como um candidato a buraco negro, e está entre os objetos astronômicos mais estudados em sua classe.

V404 Cygni

Outro sistema binário que consiste em uma estrela e um buraco negro. Localizado a 7.800 anos-luz de distância na constelação de Cygnus, o buraco negro tem 9 massas solares e sua estrela companheira é uma gigante variável da classe K, 70% mais massiva e seis vezes maior, em diâmetro, que o Sol.

Estudiosos já sugeriram que o componente mais massivo do sistema pode ser uma estrela Q em vez de um buraco negro. Mas, em 2019, cientistas relataram uma oscilação nos jatos gigantes de partículas lançados por ele, e acredita-se que essa oscilação pode ser causada pela distorção do espaço-tempo, o que reforça a hipótese de que seja mesmo um buraco negro.

GRO J0422+32

Este suposto buraco negro é o menor já encontrado entre os que se formaram a partir do colapso de uma estrela. Seu tamanho também está próximo ao limite teórico de massa para uma estrela de nêutrons.

Localizado a 7.800 anos-luz de distância, também é conhecido por ter uma estrela companheira do tipo M, na constelação Perseus, chamada V518 Per. Os cientistas ainda estão decidindo se o objeto mais massivo é realmente um buraco negro ou uma estrela de nêutrons.

Cygnus X-3

Uma das fontes binárias de raios-X mais fortes do céu, o Cygnus X-3 ainda não teve sua massa bem definida pelos cientistas. Por isso, ainda não está decidido se o objeto mais massivo é um buraco negro ou uma estrela de nêutrons. Ele está localizado a pouco mais de 20.000 anos-luz de distância e tem cerca de 2 a 5 massas solares.

A estrela companheira é uma estrela do tipo Wolf-Rayet, que é uma das mais brilhantes da galáxia. Ela provavelmente se tornará um buraco negro após sua "morte".

GRO J1655-40

Este buraco negro viaja pela galáxia com sua estrela companheira uma velocidade incrivelmente alta. Está a 11.000 anos-luz de distância, ou talvez muito mais perto que isso, e tem 7 massas solares.

A estrela companheira é uma evoluída do tipo F, duas vezes mais massiva que o Sol. Os dois objetos orbitam um ao outro uma vez a cada 2,6 dias na constelação de Escorpião. O buraco negro gira 450 vezes por segundo, o que é rápido o suficiente para distorcer o espaço ao seu redor.

Sagittarius A*

Este colosso é o buraco negro supermassivo que fica no centro da Via Láctea, perto da fronteira das constelações de Sagitário e Escorpião. Seu nome pronuncia-se “Sagitário A Estrela” e faz parte de um objeto ainda maior, chamado "Sagittarius A". Está localizado a 25.640 anos-luz de distância e possui mais de 4 milhões de massas solares.

Os cientistas comprovaram sua presença através das observações da estrela S2 que orbita o Sagittarius A*. Com isso, puderam produzir dados sobre o buraco negro supermassivo central da Via Láctea, e concluíram que Sagittarius A* é de fato o local deste buraco negro.

47 Tuc X9

Os cientistas ainda estão discutindo se existe realmente um buraco negro no 47 Tucanae, que é um aglomerado globular (um grupo estelar cujo formato aparente é esférico e o interior é muito denso e rico em estrelas antigas). Mas, se o buraco negro estiver lá, seria um exemplo raro da presença de um objeto desse em um aglomerado globular — algo que os astrônomos pensavam ser impossível. Ele também teria a órbita mais próxima já vista entre um buraco negro e uma estrela.

Localizado a 14.800 anos-luz de distância e com massa desconhecida, o suposto buraco negro orbita sua estrela companheira — uma anã branca — a cada 28 minutos, a uma distância de apenas 2,5 vezes a distância entre a Terra e a Lua.

XTE J1118+480

O XTE J1118 + 480 é um sistema binário de raios X de baixa massa na constelação da Ursa Maior. Um dos objetos provavelmente é um buraco negro, talvez um microquasar. Localizado em algum ponto entre 5.000 a 11.000 anos-luz de distância, conta com mais de 6 massas solares, e sua estrela companheira tem apenas 20% da massa do Sol. 

GS 2000+25

Por fim, temos o sistema GS 2000+25, que está a 8.800 anos-luz de distância, na constelação de Vulpecula. Ele tem 7 massas solares e o buraco negro tem uma estrela companheira tardia do tipo K, com 50% da massa do Sol. A dupla orbita entre si a cada 8,26 horas.

Fonte: Discover Magazin