DIA 23/05: 143.º DIA DO CALENDÁRIO GREGORIANO
NESTE DIA ACONTECEU...
Em 1958, o satélite Explorer 1 cessa transmissões. HOJE, NO COSMOS:
A Lua está hoje por cima de Vénus.
DIA 24/05: 144.º DIA DO CALENDÁRIO GREGORIANO
NESTE DIA ACONTECEU...
Morre, em 1543, Nicolau Copérnico, famoso astrónomo, autor do livro "Das revoluções dos Mundos Celestes".
Adiou a publicação da sua teoria por uns 30 anos; a primeira obra completa foi imprimida poucas horas antes da sua morte. Foi colocada na sua cama, para que pudesse tê-la a seu lado. Mas nessa altura já a sua mente delirava e não pôde comentar o prefácio anónimo do livro, que dizia aos leitores que o conteúdo do livro podia não ser verdadeiro, ou até mesmo provável. Nunca se soube com certeza se autorizou aquele prefácio, ou se realmente acreditava no seu sistema.
Em 1686, nascia Daniel Gabriel Fahrenheit, físico e engenheiro alemão, famoso por inventar o termómetro de mercúrio e por desenvolver uma escala de temperatura, agora com o seu nome.
Em 1962, projeto Mercury: o astronauta americano Scott Carpenter orbita a Terra três vezes na cápsula espacial Aurora 7. HOJE, NO COSMOS:
Aviste o pequeno planeta Marte por baixo e um pouco para a esquerda da Lua. Marte tem na realidade o dobro do diâmetro da Lua, mas está atualmente 730 vezes mais longe.
DIA 25/05: 145.º DIA DO CALENDÁRIO GREGORIANO
NESTE DIA ACONTECEU...
Em 240 AC, primeira passagem registada do Cometa Halley pelo seu periélio.
Em 1961, o presidente americano John F. Kennedy anuncia perante uma sessão do Congresso o seu objetivo de "colocar um homem na Lua" antes do fim da década.
Em 1966, lançamento do Explorer 32.
Em 1997, a sonda Galileu passa pela lua joviana Calisto a uma distância de apenas 415 km!
Em 2008, o "lander"Phoenix aterra na região Vastitas Borealis de Marte para procurar ambientes favoráveis à água e à vida microbiana.
Em 2012, a nave Dragon torna-se na primeira nave comercial a atracar com a Estação Espacial Internacional. HOJE, NO COSMOS:
Cerca de 14º (punho e meio à distância do braço esticado) para cima e para a esquerda de Vega está Eltanin, o nariz da constelação de Dragão. Mais perto e para cima e para a esquerda de Eltanin está Lozenge, o asterismo composto por três estrelas que representa a cabeça do animal mítico. Dragão aponta sempre o seu nariz para Vega.
A estrela mais ténue da cabeça de Dragão, oposta a Eltanin, é Nu Draconis. É um binário bonito e de brilho igual, adequado para binóculos (separação de 61 segundos de arco, ambas com magnitude 4,9). O par fica a 99 anos-luz de distância. Ambas são quentes do tipo Am, um pouco maiores, mais massivas e mais quentes do que o Sol.
As galáxias "demasiado massivas" do JWST podem ser ainda mais massivas
Os primeiros resultados do Telescópio Espacial James Webb sugerem a existência de galáxias tão antigas e tão massivas que estão em tensão com a nossa compreensão da formação da estrutura do Universo. Foram propostas várias explicações que podem aliviar esta tensão. Mas agora um novo estudo sugere um efeito que nunca antes tinha sido estudado em épocas tão primitivas, indicando que as galáxias podem ser ainda mais massivas.
Esta imagem do enxame galáctico SMACS 0723 e dos seus arredores foi a primeira divulgada pelo Telescópio Espacial James Webb em julho de 2022. As cinco imagens ampliadas têm cada uma cerca de 19.000 anos-luz de diâmetro e mostram galáxias vistas há cerca de 13 mil milhões de anos (não fazem parte do enxame; são galáxias muito mais distantes que sofrem o efeito de lente gravitacional). Uma análise cuidadosa destas galáxias revela que, se não conseguirmos resolver uma galáxia, podemos subestimar gravemente a massa total das suas estrelas.
Crédito: NASA, ESA, CSA, STSCI / Giménez-Arteaga et al. (2023), Peter Laursen (Cosmic Dawn Center)
Se tem acompanhado os primeiros resultados do Telescópio Espacial James Webb, provavelmente já ouviu falar do principal problema das observações das galáxias mais antigas:
São demasiado grandes
Desde alguns dias após a publicação das primeiras imagens, e repetidamente ao longo dos meses seguintes, surgiram novos relatos de galáxias cada vez mais distantes. De forma perturbadora, várias dessas galáxias pareciam ser "demasiado massivas".
Aplicando o modelo atualmente mais aceite da estrutura e evolução do Universo, o chamado modelo ΛCDM, simplesmente não deveriam ter tido tempo para formar tantas estrelas.
Embora o modelo ΛCDM não seja um dogma indestrutível, há muitas razões para "pôr os travões" numa mudança de paradigma: as épocas medidas em que vemos as galáxias podem estar subestimadas.
As suas massas estelares podem estar sobrestimadas. Ou podemos apenas ter tido sorte e, de alguma forma, ter descoberto as galáxias mais massivas nessa altura.
Um olhar mais de perto
Mas agora Clara Giménez Arteaga, estudante de doutoramento no Cosmic Dawn Center, em Copenhaga, propõe um efeito que pode aumentar ainda mais a tensão.
Essencialmente, a massa estelar de uma galáxia é estimada medindo a quantidade de luz emitida pela galáxia e calculando quantas estrelas são necessárias para emitir essa luz. A abordagem habitual é considerar a luz combinada de toda a galáxia.
No entanto, ao analisar mais de perto uma amostra de cinco galáxias, observadas com o James Webb, Giménez Arteaga descobriu que, se a galáxia for considerada não como uma grande mancha de estrelas, mas como uma entidade constituída por vários aglomerados, surge uma imagem diferente.
"Utilizámos o procedimento padrão para calcular as massas estelares nas imagens obtidas pelo James Webb, mas numa base pixel a pixel, em vez de olharmos para toda a galáxia", descreve Giménez Arteaga.
"Em princípio, poder-se-ia esperar que os resultados fossem os mesmos: somando a luz de todos os pixéis e calculando a massa estelar total, em vez de calculando a massa de cada pixel e somando depois todas as massas estelares individuais. Mas não é o caso".
Na realidade, as massas estelares inferidas revelaram-se até dez vezes maiores.
A figura em baixo mostra as cinco galáxias com as suas massas estelares determinadas de ambas as formas. Se as duas abordagens diferentes concordassem, todas as galáxias se situariam ao longo da linha designada por "The same". Mas todas elas estão acima desta linha.
As cinco galáxias colocadas num diagrama que mostra tanto a massa estelar inferida da forma "habitual" (eixo horizontal, azul) como a do método pixel a pixel de Clara Giménez-Arteaga (eixo vertical, vermelho). Em todos os casos, as massas encontradas usando o método pixel a pixel são maiores. Crédito: Giménez-Arteaga et al. (2023), Peter Laursen (Cosmic Dawn Center)
Ofuscadas
Então, qual é a razão para que as massas estelares sejam tão maiores?
Giménez Arteaga explica: "As populações estelares são uma mistura de estrelas pequenas e ténues, por um lado, e de estrelas brilhantes e massivas por outro. Se olharmos apenas para a luz combinada, as estrelas brilhantes tenderão a ofuscar completamente as estrelas ténues, passando despercebidas. A nossa análise mostra que os aglomerados brilhantes de formação estelar podem dominar a luz total, mas a maior parte da massa encontra-se em estrelas mais pequenas".
A massa estelar é uma das principais propriedades usadas para caracterizar uma galáxia e o resultado de Giménez-Arteaga realça a importância de se conseguir resolver as galáxias.
Mas para as mais distantes e ténues, isso nem sempre é possível. O efeito já foi estudado anteriormente, mas apenas em épocas muito posteriores da história do Universo.
O próximo passo é, portanto, procurar assinaturas que não exijam a alta resolução e que estejam correlacionadas com a "verdadeira" massa estelar.
"Outros estudos efetuados em épocas muito posteriores também encontraram esta discrepância. Se conseguirmos determinar quão comum e severo é o efeito em épocas anteriores, e quantificá-lo, estaremos mais perto de inferir massas estelares robustas de galáxias distantes, o que é um dos principais desafios atuais do estudo de galáxias no Universo primitivo", conclui Clara Giménez Arteaga.
O estudo foi publicado na revista The Astrophysical Journal.
Observando o quasar mais luminoso dos últimos 9 mil milhões de anos
Impressão de artista de um quasar.
Crédito: NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva (Spaceengine)
Os investigadores observaram a emissão de raios-X do quasar mais luminoso observado nos últimos 9 mil milhões de anos de história cósmica, conhecido como SMSS J114447.77-430859.3, ou J1144 para abreviar. A nova perspetiva lança luz sobre o funcionamento interno dos quasares e sobre a forma como interagem com o seu ambiente. A investigação foi publicada na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Situado numa galáxia a 9,6 mil milhões de anos-luz de distância da Terra, entre as constelações de Centauro e Hidra, J1144 é extremamente poderoso, brilhando 100 biliões de vezes mais do que o Sol. J1144 está muito mais próximo da Terra do que outras fontes com a mesma luminosidade, o que permite aos astrónomos conhecer melhor o buraco negro que alimenta o quasar e o ambiente em seu redor. O estudo foi liderado pelo Dr. Elias Kammoun, investigador pós-doutorado no IRAP (Research Institute in Astrophysics and Planetology) e por Zsofi Igo, candidato a doutoramento no Instituto Max Planck para Física Extraterrestre.
Os quasares estão entre os objetos mais brilhantes e distantes do Universo conhecido, alimentados por gás que cai num buraco negro supermassivo. Podem ser descritos como núcleos galácticos ativos (NGAs) de luminosidade muito elevada que emitem grandes quantidades de radiação eletromagnética observável nos comprimentos de onda do rádio, infravermelho, visível, ultravioleta e raios-X. J1144 foi inicialmente observado no visível em 2022 pelo SMSS (SkyMapper Southern Survey).
Para este estudo, os investigadores combinaram observações de vários observatórios espaciais: o instrumento eROSITA a bordo do observatório SRG (Spectrum-Roentgen-Gamma), o observatório XMM-Newton da ESA, o NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) da NASA e o observatório Neil Gehrels Swift da NASA.
A equipa utilizou os dados dos quatro observatórios para medir a temperatura dos raios-X emitidos pelo quasar. Descobriram que esta temperatura era de cerca de 350 milhões K, mais de 60.000 vezes a temperatura à superfície do Sol. A equipa descobriu também que a massa do buraco negro no centro do quasar é cerca de 10 mil milhões de vezes superior à massa do Sol, e que o ritmo de crescimento é da ordem de 100 massas solares por ano.
Os raios-X desta fonte variaram numa escala de tempo de alguns dias, o que não é observado normalmente em quasares com buracos negros tão grandes como o que reside em J1144. A escala de tempo típica de variabilidade para um buraco negro desta dimensão seria da ordem de meses ou mesmo anos. As observações também mostraram que, enquanto uma parte do gás é engolida pelo buraco negro, algum gás é ejetado sob a forma de ventos extremamente poderosos, injetando grandes quantidades de energia na galáxia hospedeira.
O Dr. Kammoun, autor principal do artigo, afirma: "Ficámos muito surpreendidos com o facto de nenhum observatório de raios-X anterior ter observado esta fonte, apesar da sua extrema potência".
E acrescenta: "Os quasares semelhantes encontram-se normalmente a distâncias muito maiores, pelo que aparecem muito mais fracos e vemo-los tal como eram quando o Universo tinha apenas 2-3 mil milhões de anos. J1144 é uma fonte muito rara por ser tão luminosa e por estar muito mais perto da Terra (embora ainda a uma distância enorme!), dando-nos um vislumbre único do aspeto de quasares tão poderosos."
"Uma nova campanha de monitorização desta fonte terá início em junho deste ano, o que poderá revelar mais surpresas sobre esta fonte única".
Resolvido um problema antigo sobre a medição da composição química do Universo
Uma investigação levada a cabo por uma equipa científica da Universidade de Heidelberg, do IAC (Instituto de Astrofísica das Canárias) e da UNAM (Universidade Nacional Autónoma do México) permitiu-lhes resolver a discrepância de abundância, um enigma com mais de 80 anos, acerca da composição química do Universo. Os investigadores descobriram que o efeito das variações de temperatura nas grandes nuvens de gás onde as estrelas nascem levou à subestimação da quantidade de elementos pesados no Universo. Os resultados foram publicados na prestigiada revista Nature.
Todas as estrelas nascem, vivem e morrem e, de certa forma, isto rege a existência da vida. Numa fase inicial, toda a matéria do Universo era constituída por hidrogénio e hélio (os dois elementos químicos mais simples), com uma pequena quantidade de lítio. Os restantes elementos, como o carbono e o oxigénio, essenciais para os seres vivos, foram formados posteriormente, através de diferentes processos relacionados com a evolução e com a morte das estrelas. É isto que está por detrás da conhecida frase "somos feitos de poeira das estrelas".
Imagem de NGC 6888, a Nebulosa Crescente, uma nebulosa associada com uma estrela Wolf-Rayet, na qual foram observadas variações significativas de temperatura no gás que contém.
Crédito: Daniel López/IAC
Entre as fases de morte estelar e o nascimento de novas estrelas, a matéria acumula-se em enormes nuvens de gás que são iluminadas pelas estrelas recém-nascidas. As nuvens mais próximas das estrelas são chamadas regiões HII; a Nebulosa de Orionte é a mais conhecida. A luz que estas regiões emitem pode ser observada mesmo a partir das galáxias mais distantes, e são de importância fundamental para traçar a formação estelar e para determinar a composição química do Universo. No entanto, as diferentes formas de estudar as regiões HII levaram a resultados discrepantes nos últimos 80 anos.
A descoberta da estrutura do átomo foi necessária para fazer grandes progressos na descoberta da estrutura e da composição do Universo utilizando a espectroscopia. Esta técnica, que permite analisar a composição química da matéria através da dispersão da luz, dá-nos informações sobre a proporção dos elementos químicos, as suas temperaturas, densidades, velocidades, etc. Este "código de barras" é composto por linhas e cada linha está associada a diferenças de energia que são únicas para um determinado elemento, de acordo com a composição e as condições físicas da fonte de luz.
No entanto, desde 1942, verificou-se que, para o mesmo átomo, as linhas brilhantes produzidas por colisões entre o átomo e o eletrão circundante (linhas excitadas por colisão) produzem abundâncias que são cerca de metade dos valores obtidos a partir de linhas que são produzidas pela captura de eletrões (linhas de recombinação). Assim, a determinação de qual é o valor correto para as abundâncias dos elementos químicos numa nebulosa tem sido um quebra-cabeças para muitos astrónomos durante mais de oito décadas.
Uma nova perspetiva
Durante este longo período de tempo, foram propostas várias hipóteses para explicar a discrepância. Uma das mais notáveis foi sugerida em 1967 por Manuel Peimbert, investigador da UNAM e coautor do presente artigo. De acordo com este astrofísico, o brilho das linhas excitadas por colisão depende fortemente da temperatura. Se esta tiver variações, as abundâncias químicas serão subestimadas. Pelo contrário, as linhas de recombinação não têm este problema, pelo que deverão dar os valores corretos.
Para César Esteban, investigador do IAC e professor na Universidade de La Laguna, coautor do artigo, há um problema adicional: "Uma das principais dificuldades para quantificar a discrepância de abundância é que as linhas de recombinação dos elementos pesados são muito difíceis de observar, uma vez que são 10.000 vezes mais fracas do que as linhas excitadas por colisão produzidas pelo mesmo átomo.
Este desafio motivou a equipa de investigação a utilizar os maiores e mais avançados telescópios do mundo, entre eles o GTC (Gran Telescopio Canarias) no Observatório Roque de los Muchachos, em La Palma. "Após mais de 20 anos de observação e análise detalhada de um grande número de regiões HII, o nosso grupo no IAC obteve um conjunto de dados para a nossa Via Láctea e para outras galáxias de qualidade sem precedentes, o que tornou este resultado possível", explica Jorge García Rojas, outro investigador do IAC e coautor do artigo.
Graças à alta qualidade dos dados, a equipa conseguiu encaixar todas as peças do puzzle, para mostrar que as variações de temperatura estão, efetivamente, presentes, não em toda a nebulosa, mas concentradas nas zonas interiores mais altamente ionizadas. "De facto, descobrimos, para nossa surpresa, que a temperatura calculada a partir das linhas proibidas do azoto [NII] é representativa do valor médio para as zonas exteriores das nebulosas e pode, portanto, ser usada para calcular os valores corretos das abundâncias químicas", explica José Eduardo Méndez Delgado, investigador da Universidade de Heidelberg e primeiro autor do artigo. "A evidência observacional já estava disponível, era apenas necessário olhar para ela com a perspetiva correta", acrescentou.
Utilizando este novo cenário, a equipa de investigação conseguiu mostrar que a grande maioria dos estudos anteriores baseados na análise das linhas brilhantes excitadas por colisão subestimaram as abundâncias dos elementos pesados. "Além disso, as evidências sugerem que este efeito pode ser maior nos objetos menos evoluídos do Universo, como as galáxias distantes e jovens que estamos agora a descobrir com o Telescópio Espacial James Webb", comenta Kathryn Kreckel, investigadora da Universidade de Heidelberg e coautora do artigo.
O estudo propõe também uma série de relações que permitirão aos astrónomos fazer estimativas corretas dos elementos pesados sem a necessidade de observar as linhas de recombinação fracas. "Isto permitir-nos-á corrigir os dados disponíveis e fazer análises satisfatórias de futuras observações, que irão sem dúvida mudar muitas das ideias que tínhamos sobre a composição química do Universo", conclui Méndez Delgado, que terminou a sua tese de doutoramento no IAC em 2022.
(clique na imagem para ver versão maior)
Crédito: Nicole Ottawa e Oliver Meckes / Eye of Science / Science Source Images
Será isto um extraterrestre? Provavelmente não, mas de todos os animais da Terra, o tardígrado pode ser o melhor candidato. Isto porque os tardígrados são conhecidos por serem capazes de passar décadas sem comida ou água, de sobreviver a temperaturas desde perto do zero absoluto até bem acima do ponto de ebulição da água, de sobreviver a pressões desde perto do zero até bem acima da pressão nos fundos oceânicos e de sobreviver à exposição direta a radiações perigosas. A capacidade de sobrevivência de longo alcance destes extremófilos foi testada em 2011 no exterior de um vaivém espacial em órbita. Os tardígrados são tão resistentes, em parte, porque conseguem reparar o seu próprio ADN e reduzir o teor de água do seu corpo a uma pequena percentagem. Alguns destes "ursos-d'água" em miniatura quase se tornaram extraterrestres em 2011, quando foram lançados para a lua marciana Fobos, e novamente em 2021, quando foram lançados para a própria Lua da Terra, mas o primeiro lançamento falhou e a segunda aterragem despenhou-se. Os tardígrados são mais comuns do que os humanos na maior parte da Terra. Aqui, numa micrografia eletrónica colorida, um tardígrado com um milímetro de comprimento rasteja sobre musgo.
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