Dia 21/09: 264.º dia do calendário gregoriano.
História: Em 1974, a Mariner 10 faz o seu segundo voo rasante por Mercúrio.
Em 2003 termina a missão da Galileu, quando a sonda entra na atmosfera de Júpiter e é esmagada pela pressão a baixas altitudes. Observações: Lua Cheia, pelas 01:55.
Dia 22/09: 265.º dia do calendário gregoriano. História: Em 1959, nascia Saul Perlmutter, astrofísico americano que ganhou em 2011 o Prémio Nobel da Física (juntamente com Brian P. Schmidt e Adam Riess) por fornecer evidências da aceleração da expansão do Universo.
Em 2001, numa passagem arriscada, a sonda da NASA Deep Space 1 navega com êxito pelo Cometa Borrelly, dando aos cientistas o melhor olhar de dentro do núcleo denso e gelado de pó e gás (à data).
Em 1993, termina a missão STS-51 do vaivém espacial Discovery.
Em 2011, cientistas do CERN anunciam a sua descoberta de neutrinos quebrando a velocidade da luz (que se sabe agora ter sido um erro devido a falhas nos seus equipamentos). Observações: Termina o verão e começa o outono (para o Hemisfério Norte), pelas 20:21. É quando o Sol atravessa o equador rumando a sul durante a estação. O Sol nasce quase a este e põe-se quase a oeste, muito perto das 12 horas de diferença.
Por coincidência, por volta destes dias, Deneb toma o lugar de Vega como a estrela mais brilhante perto do zénite depois do anoitecer (para observadores a latitudes médias norte).
Dia 23/09: 266.º dia do calendário gregoriano. História: Em 1791, nascia Johann Franz Encke, astrónomo alemão que trabalhou no cálculo de períodos de cometas e asteroides, mediu a distância da Terra ao Sol e fez observações do planeta Saturno.
Em 1819, nascia Hippolyte Fizeau, físico francês conhecido por medir a velocidade da luz numa experiência com o seu nome.
Em 1846, Neptuno é descoberto pelo astrónomo francês Urbain Jean Joseph Le Verrier e pelo astrónomo inglês John Couch Adams; a descoberta é verificada pelo astrónomo alemão Johann Galle.
Em 1999, a NASA anunciava ter perdido o contato com a Mars Climate Orbiter. Observações: Estamos a chegar àquela altura do ano em que a Ursa Maior situa-se baixa e na horizontal a norte-noroeste durante a noite. Quão baixa? Quanto mais para sul estivermos, mais baixa estará. Vista a partir dos 40º N, até as suas estrelas de baixo piscam quase a 10º. Mas a 26º N, toda a Ursa Maior desaparece por trás do horizonte a norte.
Embora os buracos negros e as crianças pequenas não pareçam ter muito em comum, são notavelmente semelhantes num aspeto: ao comer, ambos sujam-se muito, gerando amplas evidências da ocorrência de uma refeição.
Mas ao passo que uma criança pode deixar bagos de arroz ou pingos de iogurte líquido, os buracos negros criam um rescaldo de proporções alucinantes. Quando um buraco negro engole uma estrela, produz o que os astrónomos chamam de "evento de perturbação de marés". A destruição da infeliz estrela é acompanhada por uma explosão de radiação que pode ofuscar a luz combinada de todas as estrelas na galáxia hospedeira do buraco negro durante meses, até anos.
Esta ilustração mostra uma corrente brilhante de material de uma estrela, dilacerada enquanto é devorada por um buraco negro supermassivo. O buraco negro em alimentação é rodeado por um anel de poeira, não muito diferente do prato de uma criança, rodeado por bagos de arroz ou pingos de sopa após uma refeição.
Crédito: NASA/JPL-Caltech
Num artigo publicado na revista The Astrophysical Journal, uma equipa de astrónomos liderada por Sixiang Wen, investigador pós-doutorado do Observatório Steward da Universidade do Arizona, usa os raios-X emitidos por um evento de perturbação de marés conhecido como J2150 para fazer as primeiras medições de massa e rotação do buraco negro. Este buraco negro é de um tipo específico - um buraco negro de massa intermédia - tipo este que durante muito tempo escapou à deteção.
"O facto de termos sido capazes de avistar este buraco negro enquanto devorava uma estrela fornece uma oportunidade notável para observar o que de outra forma seria invisível," disse Ann Zabludoff, professora de astronomia na Universidade do Arizona e coautora do artigo. "Além disso, analisando o surto, fomos capazes de melhor entender esta categoria elusiva de buracos negros, que pode muito bem representar a maioria dos buracos negros no centro das galáxias."
Ao reanalisar dados de raios-X usados para observar o surto de J2150, e ao compará-lo com modelos teóricos sofisticados, os autores mostraram que esta explosão realmente teve origem num encontro entre uma estrela azarada e um buraco negro de massa intermédia. O buraco negro intermédio em questão tem uma massa particularmente baixa - para um buraco negro, isto é - equivalente a cerca de 10.000 massas solares.
"As emissões de raios-X do disco interno formado pelos fragmentos da estrela moribunda possibilitaram inferir a massa e a rotação deste buraco negro e classificá-lo como um buraco negro intermédio," disse Wen.
Já foram observados, nos centros de grandes galáxias hospedando buracos negros supermassivos, dezenas de eventos de perturbação de marés, e um punhado também foi observado nos centros de pequenas galáxias que podem conter buracos negros intermédios. No entanto, os dados anteriores nunca foram detalhados o suficiente para provar que uma única explosão de perturbação de marés tinha sido alimentada por um buraco negro intermédio.
"Graças às observações astronómicas modernas, sabemos que os centros de quase todas as galáxias que são semelhantes ou maiores em tamanho do que a nossa Via Láctea hospedam buracos negros supermassivos centrais," disse o coautor do estudo Nicholas Stone, professor da Universidade Hebraica em Jerusalém. "Este gigantes variam entre 1 milhão a 10 mil milhões de vezes a massa do nosso Sol, e tornam-se fontes poderosas de radiação eletromagnética quando demasiado gás interestelar cai na sua vizinhança."
A massa destes buracos negros está intimamente correlacionada com a massa total das suas galáxias hospedeiras; as maiores galáxias hospedam os maiores buracos negros supermassivos.
"Ainda sabemos muito pouco sobre a existência de buracos negros no centro de galáxias mais pequenas do que a Via Láctea," disse o coautor Peter Jonker da Universidade Radboud e do SRON (Netherlands Institute for Space Research), ambos nos Países Baixos. "Devido às limitações de observação, é um desafio descobrir buracos negros centrais muito mais pequenos do que 1 milhão de massas solares."
Quando uma estrela passa demasiado perto de um buraco negro, as forças gravitacionais criam marés intensas que dilaceram a estrela numa corrente de gás, resultando num fenómeno cataclísmico conhecido como evento de perturbação de marés. São libertadas imensas quantidades de energia, em alguns casos fazendo com que o evento brilhe mais do que a galáxia hospedeira.
Crédito: Centro de Voo Espacial Goddard da NASA/Chris Smith (USRA/GESTAR)
Apesar da sua suposta abundância, as origens dos buracos negros supermassivos permanecem desconhecidas, e Jonker diz que atualmente muitas teorias diferentes competem para as explicar. Os buracos negros de massa intermédia podem ser as sementes a partir das quais os buracos negros supermassivos crescem.
"Portanto, se tivermos uma melhor determinação de quantos buracos negros intermédios de pleno direito existem, isso pode ajudar a determinar quais as teorias de formação dos buracos negros supermassivos que estão corretas," disse.
De acordo com Zabludoff, ainda mais empolgante é a medição da rotação de J2150 que o grupo conseguiu obter. A medição da rotação contém pistas de como os buracos negros crescem e, possivelmente, da física de partículas.
Este buraco negro tem uma rotação rápida, mas não é a rotação mais rápida possível, explicou Zabludoff, levantando a questão de como o buraco negro atinge sequer tal rotação.
"É possível que o buraco negro se tenha formado já assim e não tenha mudado muito desde então, ou que dois buracos negros de massa intermédia se tenham fundido recentemente para formar este," disse. "Nós sabemos que a rotação que medimos exclui cenários onde o buraco negro cresce ao longo de muito tempo devido à ingestão constante de gás ou de muitos 'lanches rápidos' oriundos de direções aleatórias."
Além disso, a medição da rotação permite que os astrofísicos testem hipóteses sobre a natureza da matéria escura, que se pensa constituir a maior parte da matéria do Universo. A matéria escura pode consistir de partículas elementares desconhecidas ainda não vistas em experiências de laboratório. Entre os candidatos estão partículas hipotéticas como bosões ultraleves, explicou Stone.
"Se essas partículas existirem e tiverem um determinado intervalo de massas, impedirão que um buraco negro de massa intermédia tenha uma rotação rápida," disse. "No entanto, o buraco negro de J2150 está a girar depressa. Portanto, a nossa medição da rotação exclui uma classe ampla de teorias de bosões ultraleves, mostrando o valor dos buracos negros como laboratórios extraterrestres para a física de partículas."
No futuro, os autores esperam que novas observações de eventos de perturbação de marés possam permitir que os astrónomos preencham as lacunas na distribuição de massa dos buracos negros.
"Se descobrirmos que a maioria das galáxias anãs contém buracos negros de massa intermédia, então irão dominar o ritmo de perturbações de marés estelares," disse Stone. "Ao ajustar a emissão de raios-X destes surtos a modelos teóricos, podemos realizar um censo da população de buracos negros de massa intermédia no Universo," acrescentou Wen.
No entanto, para tal precisamos de observar mais eventos de perturbação de marés. É por isso que os astrónomos depositam muitas esperanças nos novos telescópios que serão colocados online em breve, tanto na Terra quanto no espaço, incluindo o Observatório Vera C. Rubin, também conhecido como LSST (Legacy Survey of Space and Time), que deverá descobrir milhares de eventos de perturbação de marés por ano.
As galáxias podem receber e trocar matéria com o seu ambiente externo graças aos ventos galácticos criados por explosões estelares. Devido ao instrumento MUSE do VLT (Very Large Telescope) do ESO, uma equipa internacional liderada pelo lado francês do CNRS e pela UCBL (Université Claude Bernard Lyon 1), mapeou pela primeira vez um vento galáctico. Esta observação única, que está detalhada num estudo publicado na Monthly Notices of the Royal Astronomical Society dia 16 de setembro, ajudou a revelar onde parte da matéria perdida do Universo está localizada e a observar a formação de uma nebulosa em torno de uma galáxia.
Observação de uma parte do Universo graças ao MUSE.
Esquerda: demarcação do quasar e da galáxia aqui estudada, Gal1.
Centro: Nebulosa que consiste de magnésio representada com uma escala de tamanho.
Direita: Superimposição da nebulosa e da galáxia Gal1.
Crédito: Johannes Zabl
As galáxias são como ilhas de estrelas no Universo, e possuem matéria comum ou bariónica, que consiste em elementos da tabela periódica, bem como matéria escura, cuja composição permanece desconhecida. Um dos maiores problemas para entender a formação das galáxias é que falta aproximadamente 80% dos bariões que constituem a matéria normal das galáxias. De acordo com os modelos, foram expulsos das galáxias para o espaço intergaláctico pelos ventos galácticos criados por explosões estelares.
A equipa de investigação usou com sucesso o instrumento MUSE para gerar um mapa detalhado do vento galáctico que conduz as trocas entre uma jovem galáxia em formação e uma nebulosa (uma nuvem de gás e poeira interestelar).
A equipa optou por observar a galáxia Gal1 devido à proximidade de um quasar, que serviu de "farol" para os cientistas, guiando-os em direção à área de estudo. Eles também planearam observar uma nebulosa em torno desta galáxia, embora o sucesso desta observação fosse inicialmente incerto, já que a luminosidade da nebulosa era desconhecida.
O perfeito posicionamento da galáxia e do quasar, bem como a descoberta das trocas gasosas pelos ventos galácticos, possibilitaram a construção de um mapa único. Isto permitiu a primeira observação de uma nebulosa em formação que está simultaneamente a emitir e a absorver magnésio - alguns dos bariões ausentes do Universo - com a galáxia Gal1.
Este tipo de nebulosa de matéria normal é conhecido no Universo próximo, mas a sua existência para galáxias jovens em formação era apenas suposta.
Assim, os cientistas descobriram alguns dos bariões ausentes do Universo, confirmando assim que 80-90% da matéria normal está localizada fora das galáxias, uma observação que ajudará a expandir os modelos para a evolução das galáxias.
Será que detetámos energia escura? Cientistas dizem que é uma possibilidade
Impressão de artista do Sol.
Crédito: betmari (flickr.com)
Um novo estudo, liderado por investigadores da Universidade de Cambridge e relatado na revista Physical Review D, sugere que alguns resultados inexplicáveis da experiência XENON1T na Itália podem ter sido produzidos pela energia escura, e não pela matéria escura para a qual a experiência foi projetada.
Os cientistas construíram um modelo físico para ajudar a explicar os resultados, que podem ter tido origem em partículas de energia escura produzidas numa região do Sol com fortes campos magnéticos, embora sejam necessárias futuras experiências para confirmar esta explicação. Os investigadores dizem que o seu estudo pode ser um passo importante para a deteção direta da energia escura.
Tudo o que os nossos olhos podem ver no céu e no nosso mundo quotidiano - desde pequenas luas a enormes galáxias, de formigas a baleias azuis - representa menos de 5% do Universo. O resto é escuro. Cerca de 27% é matéria escura - a força invisível que mantém as galáxias e a teia cósmica juntas - enquanto 68% é energia escura, que faz com que o Universo se expanda a um ritmo acelerado.
"Apesar de ambos os componentes serem invisíveis, sabemos muito mais sobre a matéria escura, já que a sua existência foi sugerida já na década de 1920, enquanto a energia escura só foi descoberta em 1998," disse o Dr. Sunny Vagnozzi do Instituto Kavli para Astrofísica da Universidade de Cambridge, o primeiro autor do artigo. "Foram construídas experiências em grande escala, como a XENON1T, para detetar diretamente a matéria escura, procurando por sinais de matéria escura a 'atingir' a matéria comum, mas a energia escura é ainda mais elusiva."
Para detetar a energia escura, os cientistas geralmente procuram interações gravitacionais: a maneira como a gravidade puxa objetos. E a grandes escalas, o efeito gravitacional da energia escura é repulsivo, afastando as coisas umas das outras e acelerando a expansão do Universo.
Há cerca de um ano, a experiência XENON1T relatou um sinal inesperado, ou excesso, sobre o fundo esperado. "Estes tipos de excessos costumam ser acidentais, mas de vez em quando também podem levar a descobertas fundamentais," disse o Dr. Luca Visinelli, dos Laboratórios Nacionais Frascati, na Itália. "Nós explorámos um modelo no qual este sinal pode ser atribuído à energia escura, em vez da matéria escura que a experiência foi originalmente planeada para detetar."
Na altura, a explicação mais popular para o excesso eram os axiões - partículas hipotéticas extremamente leves - produzidos no Sol. No entanto, esta explicação não resiste às observações, já que a quantidade de axiões que seriam necessários para explicar o sinal XENON1T alteraria drasticamente a evolução de estrelas muito mais massivas do que o Sol, em conflito com o que observamos.
Estamos longe de compreender totalmente o que é a energia escura, mas a maioria dos modelos físicos da energia escura levaria à existência de uma chamada quinta força. Existem quatro forças fundamentais no Universo, e tudo o que não pode ser explicado por uma destas forças é às vezes referido como o resultado de uma quinta força desconhecida.
No entanto, sabemos que a teoria da gravidade de Einstein funciona extremamente bem no Universo local. Portanto, qualquer quinta força associada à energia escura é indesejada e deve estar escondida, ou protegida, quando se trata de escalas pequenas, e só pode operar a escalas maiores onde a teoria de Einstein falha em explicar a aceleração do Universo. Para ocultar a quinta força, muitos modelos da energia escura estão equipados com os chamados mecanismos de proteção, que ocultam dinamicamente a quinta força.
Vagnozzi e coautores construíram um modelo físico, que usava um tipo de mecanismo de triagem conhecido como triagem camaleónica, para mostrar que as partículas de energia escura produzidas nos fortes campos magnéticos do Sol poderiam explicar o excesso da experiência XENON1T.
"A nossa triagem camaleónica interrompe a produção de partículas de energia escura em objetos muito densos, evitando os problemas enfrentados pelos axiões solares," disse Vagnozzi. "Também nos permite separar o que acontece no Universo local muito denso do que acontece a escalas maiores, onde a densidade é extremamente baixa."
Os investigadores usaram o seu modelo para mostrar o que aconteceria no detetor se a energia escura fosse produzida numa região do Sol chamada tacoclina, onde os campos magnéticos são particularmente fortes.
"Foi realmente surpreendente que esse excesso pudesse, em princípio, ter sido provocado pela energia escura em vez de matéria escura," disse Vagnozzi. "Quando as coisas encaixam assim, é realmente especial."
Os seus cálculos sugerem que experiências como a XENON1T, que estão desenhadas para detetar a matéria escura, também podem ser usadas para detetar energia escura. No entanto, o excesso original ainda precisa de ser confirmado de forma convincente. "Primeiro, precisamos de saber que isto não foi realmente produto do acaso," disse Visinelli. "Se a XENON1T realmente viu algo, seria de esperar ver novamente um excesso semelhante em experiências futuras, mas desta vez com um sinal muito mais forte."
Se o excesso for realmente resultado da energia escura, as próximas atualizações da experiência XENON1T, bem como experiências com objetivos semelhantes, como a LUX-Zeplin e PandaX-xT, significam que seria possível detetar diretamente a energia escura na próxima década.
Nesta imagem pelo Telescópio Espacial Hubble, as estrelas brilhantes e pontiagudas estão em primeiro plano, na direção da heroica constelação norte de Perseu e bem dentro da nossa própria Galáxia, a Via Láctea. Em foco nítido está UGC 2885, uma galáxia espiral gigante a cerca de 232 milhões de anos-luz de distância. Com aproximadamente 800.000 anos-luz de diâmetro, em comparação com os cerca de 100.000 anos-luz da nossa Galáxia, tem cerca de 1 bilião de estrelas. Isto é cerca de 10 vezes mais estrelas do que a Via Láctea. Parte de uma investigação para entender como as galáxias podem crescer até estes enormes tamanhos, UGC 2885 também fez parte de "An Interesting Voyage" e do estudo pioneiro da astrónoma Vera Rubin sobre a rotação de galáxias espirais. O seu trabalho foi o primeiro a demonstrar de forma convincente a presença dominante da matéria escura no nosso Universo.
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