Um proto-exoplaneta muito estranho…
Surpesa na formação de um exoplaneta
13 de junho de 2013
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Imagens do disco exoplanetário TW Hidra. |
Washington, D.C.— Uma equipe de pesquisadores descobriu indícios de que um exoplaneta pode estar se formando bem longe de sua estrela — a cerca do dobro da distância de Plutão para nosso Sol. O planeta fica em um disco gasoso e poeirento em torno de uma pequena anã vermelha, TW Hidra, a qual tem apenas cerca de 55% da massa do Sol. Esta descoberta aumenta ainda mais a sempre crescente variedade de sistemas planetários na Via Láctea. A pesquisa foi publicada no Astrophysical Journal.*
Este poeirento disco protoplanetário é o mais próximo de nós, a cerca de 176 anos-luz na direção da constelação de Hidra. Os astrônomos usaram observações do Telescópio Espacial Hubble em uma larga faixa de comprimentos de onda, da luz visível até o infravermelho próximo, para modelar as cores e a estrutura do disco de uma forma até então nunca feita. Eles encontraram uma falta de material no disco, ou falha parcial, a cerca de 80 unidades astronômicas (UA – uma UA é a distância do Sol à Terra). Seus modelos indicam que a depressão tem cerca de 20 UAs de largura, um pouquinho mais larga do que o necessário para uma falha causada pela acreção de um planeta e consistente com um planeta com uma massa entre 6 e 28 vezes a da Terra. Esta característica é vista em todos os comprimentos de onda, o que indica que é uma diferença estrutural e não causada por uma composição local. A equipe acredita que é um forte indício de que a formação de um planeta está causando a falha.
“O sistema TW Hidra tem entre 5 e 10 milhões de anos de idade e deve estar na fase final de formação de planetas, antes que seu disco se dissipe”, observou a co-autora Alycia Weinberger da Carnegie, investigadora principal das observações. “É surpreendente encontrar um planeta com apenas 5 a 10% da massa de Júpiter se formando tão distante, já que os planetas deveriam se formar mais rápida e aproximadamente. Em todos os cenários de processos de formação de planetas, é difícil fazer um planeta de pequena massa tão distante de uma estrela de pequena massa”.
A meta dessas observações era compreender não só se haveria a formação de planetas, como também quais condições podem resultar na formação de planetas e quais as substâncias químicas estão disponíveis para a formação de novos planetas. Os modelos criados pela co-autora Hannah Jang-Condell, um antiga pesquisadora da Carnegie, mostram que o disco era mais brilhante do que o esperado, o que indica que grãos de poeira muito pequenos estão sendo alçados bem acima do plano médio. Isto é surpreendente porque as observações com rádio-telescópios havia mostrado anteriormente que a poeira contida no disco tina se conglomerado em pedriscos.
Weinberger projetou que as observações fossem capazes de detectar grandes grãos de água na camada superficial do disco. Esses grãos não foram encontrados, o que provavelmente significa que eles cresceram e se afundaram no plano médio do disco, onde eles podem se agregar em planetas ricos em água.
A formação de planetas distante de uma estrela mãe pequena não se encaixa com os dogmas vigentes de formação de planetas. Sob o cenário mais aceito, os planetas se formam ao longo de dezenas de milhões de anos a partir da lenta acreção de poeira, rochas e gases. Isto acontece com mais facilidade perto da estrela central, onde as escalas de tempos orbitais são curtos. Mesmo em um cenário de instabilidade do disco, no qual os planetas podem colapsar rapidamente do disco, não está bem claro como um tal planeta de pequena massa pode se formar.
O astrofísico da Carnegie Alan Boss, que trabalha com modelos de instabilidade do disco, disse: “Se a massa desse suposto planeta for pequena como parece ser, isso vai ser um quebra-cabeças. A teoria diz que ele não pode existir!”
O principal autor do estudo, John Debes do Instituto de Ciência Espacial com Telescópios e também um antigo pesquisador da Carnegie, observou: “Tipicamente, são necessários pedriscos antes que um planeta possa se formar. Então, se houver um planeta na falha e não houver poeiras maiores do que um grão de areia mais longe, nós conseguimos um belo desafio para os modelos tradicionais de formação de planetas”.
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*Os autores do estudo são John Debes, Hannah Jang-Condell, Alycia Weinberger, Aki Roberge e Glenn Schneider. O apoio para o trabalho foi dado pela NASA através do Instituto de Ciência do Telescópio Espacial, operado pela Associação de Universidades para Pesquisa em Astronomia, INc. Debes, Jang-Condell e Roberge são todos antigos pesquisadores da Carnegie.
Formação de Planetas: uma possível dica
‘Armadilha de Poeira’ em torno de uma estrela distante pode ser a solução para o mistério da formação de planetas
Com base no baú de tesouros das recentes descobertas, os astrônomos agora sabem que os planetas são algo muito comum em nossa galáxia e podem ser comuns em todo o universo. Embora os planetas pareçam se formar prontamente, o real processo de sua formação permanece um mistério e os astrônomos continuam buscando as peças que faltam para este quebra-cabeças cósmico.
 Imagem do ALMA da armadilha de poeira em torno de IRS 48. O objeto em forma de crescente é resultado da acumulação de grãos de poeira maiores nas regiões externas do disco. Isto cria um porto seguro para que os grãos de poeira se aglomerem em objetos cada vez maiores. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) / Nienke van der Marel |
Uma equipe internacional de astrônomos, usando o novo telescópio Atacama Large Millimeter/ submillimeter Array (ALMA) descobriu uma intrigante pista que pode ajudar a explicar como os planetas rochosos são capazes de evoluir em um turbilhonante disco de poeira e gases.
Imageando as regiões externas de um jovem sistema solar conhecido como Oph IRS 48, que fica a 390 anos-luz da Terra aproximadamente na constelação Ofiúco (Ophiuchus – o Serpentário), os astrônomos descobriram uma formação em forma de crescente, conhecida como “armadilha de poeira”. Os pesquisadores especulam que essa característica recém-descoberta é verdadeiramente um casulo protetor onde podem acontecer os primeiros passos para a formação de planetas, asteroides e cometas.
Quando os astrônomos tentaram modelar a evolução dos grãos de poeira em corpos proto-planetários, tais como cascalhos e pedregulhos, eles encontraram um problema. Assim que os grãos de poeira se aglomeravam acima de um certo tamanho, eles tendiam a se auto-destruir, ou pela colisão com outros aglomerados, ou por serem atraídos pela estrela-mãe. Para conseguirem vencer esse irritante limite de tamanho, os astrônomos teorizaram que redemoinhos rodopiantes que se formassem no disco, poderiam criar as armadilhas de poeira, regiões que permitiriam que as partículas de poeira se aglomerassem, preparando eventualmente o palco para a formação de objetos cada vez maiores.
“Existe um importante obstáculo na longa cadeia de eventos que vai de pequenos grãos de poeira até objetos do tamanho de planetas”, conta Til Birnstiel, um pesquisador do Centro de Astrofísica Harrvard-Smithsonian em Cambridge, Massachusetts e co-autor do artigo publicado na Science. “Nos modelos de computador da formação de planetas, os grãos de poeira têm que crescer de objetos menores que um mícron até objetos com dez vezes as massa da Terra em poucos milhões de anos. Porém, assim que as partículas ficam suficientemente grandes, elas ganham velocidade e ou colidem entre si, o que as manda de volta à primeira casa, ou lentamente derivam para dentro, o que acaba com qualquer crescimento ulterior”.
Para salvar os grãos de poeira desse destino, os astrônomos propuseram que um vórtex, essencialmente uma corcova no disco, produziria uma área de alta pressão e protegeria os aglomerados de poeira em crescimento.
Entretanto, a criação de uma armadilha de poeira requer a mão amiga de um objeto muito grande, tal como um planeta gigante gasoso, ou uma estrela companheira. Na medida em que esse objeto secundário atravessa o disco, ele cria uma trilha limpa em torno da estrela e produz os vórtices e rodamoinhos essenciais em sua esteira.
Estudos anteriores de Oph IRS 48 tinham revelado um anel muito uniforme de monóxido de carbono e pequenos grãos de poeira em torno da estrela, sem qualquer vestígio de uma teórica armadilha de poeira. Entretanto, eles também detectaram uma grande falha entre as porções interna e externa do disco, o que seria um provável rastro de um planeta muito massivo, na ordem de 10 massas de Júpiter, ou uma estrela companheira. Um tal objeto poderia produzir as condições necessárias para uma armadilha de poeira.
 Impressão artística da estrutura proposta para o disco de Oph IRS 48. As manchas amarronzadas representam os grãos de poeira de diversos tamanhos. Os maiores grãos detectados pelo ALMA ficam concentrados na armadilha de poeira na parte de baixo da imagem. Em azul, a distribuição do gás de monóxido de carbono. A falha no disco é representada com o corpo que se propõe esteja varrendo a área e criando as condições necessárias para a formação da armadilha de poeira. Crédito: Nienke van der Marel |
Usando o ALMA, os pesquisadores conseguiram observar simultaneamente o gás e os grãos de poeira muito maiores, revelando algo que outros telescópios não podiam: uma protuberância na parte externa do disco.
“No início o formato da poeira nas imagens foi uma completa surpresa para nós”, diz Nienke van der Marel, um estudante de doutorado no Observatório Leiden na Holanda e principal autor do artigo. “No lugar de um anel que esperávamos ver, encontramos um formato, bem claro, de uma castanha de cajú. Nós tivemos que nos convencer de que a característica era real, mas a força do sinal e a precisão das observações do ALMA não deixaram qualquer dúvida acerca da estrutura”.
Embora as observações do ALMA só tenham revelado a estrutura externa do disco, que fica a mais de 50 vezes a distância da Terra ao sol, o princípio ainda seria o mesmo mais perto da estrela onde se formariam os planetas rochosos. “Esta estrutura que vemos com o ALMA poderia ser reduzida em escala para representar o que pode estar acontecendo no sistema solar interior, onde os planetas mais parecidos com a Terra iriam se formar”, diz Birnstiel. “No caso destas observações, entretanto, podemos estar vendo algo análogo à formação do Cinturão de Kuiper ou da Nuvem de Oort Cloud, regiões de nosso Sistema Solar onde se acredita que os cometas se originam”.
Estas observações foram realizadas com apenas uma parte das 66 antenas que o ALMA deve vir a ter. Quando o sistema completo estiver em funcionamento no fim deste ano, o ALMA terá a visão mais acurada de qualquer observatório astronômico e será uma importante ferramenta para a compreensão do processo de formação de planetas.
O ALMA é uma instalação astronômica internacional, uma parceria entre a Europa, a America do Norte e a Ásia Oriental, em cooperação com a República do Chile. A construção e a operação do ALMA são lideradas pelo Observatório Europeu do Sul (ESO), pelo National Radio Astronomy Observatory (NRAO) dos EUA e pelo Observatório Astronômico do Japão.
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Novo fenômeno observado em um Magnetar
Uma estrela de nêutrons é o núcleo esmagado de uma estrela massiva que extinguiu seu combustível, colapsou sob seu próprio peso e explodiu como uma supernova. Uma estrela de nêutrons pode girar tão rápido quanto 43.000 rotações por minuto e exibir um campo magnético um trilhão de vezes mais forte do que o da Terra. A matéria de uma estrela de nêutrons é tão densa que uma colher de chá dessa matéria pesaria cerca de um bilhão de toneladas na Terra.
Crédito: Centro de Voo Espacial Goddard da NASA
›Imagem ampliada
Esta estrela de nêutrons, 1E 2259+586, fica a cerca de 10.000 anos-luz da Terra, na direção da constelação Cassiopeia. Ela é uma das cercas de duas dúzias de estrelas de nêutrons chamadas magnetares, que têm poderosos campos magnéticos e ocasionalmente produzem explosões ou pulsos de alta energia.
As observações dos pulsos de Raios-X da 1E 2259+586, de julho de 2011 até meados de abril de 2012, indicavam que a rotação do magnetar estava diminuindo gradualmente, desde uma vez a cada sete segundos, ou seja: cerca de oito revoluções por minuto. Em 28 de abril de 2012, os dados mostraram que a taxa de rotação caiu abruptamente em 2,2 milionésimos de segundo e que o magnetar estava freando sua rotação mais rapidamente.
Crédito: ESA/XMM-Newton/M. Sasaki et al.
› Imagem ampliada
O astrônomos batizaram o evento de “anti-glitch”, segundo o co-autor Neil Gehrels, principal investigador da missão Swift no Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, Maryland. “Ele afetou o magnetar de maneira exatamente oposta a qualquer outro glitch claramente identificado em qualquer outra estrela de nêutrons já visto”.
Esta descoberta tem importantes implicações para a compreensão das extremas condições físicas presentes dentro das estrelas de nêutrons, onde a matéria é comprimida até densidades várias vezes maiores do que em um núcleo atômico. Nenhum laboratório na Terra consegue duplicar essas condições.
Um relatório das descobertas será publicado na edição de 30 de maio da Nature.
Crédito: Centro de Voo Espacial Goddard da NASA
› Imagem ampliada
A estrutura interna das estrelas de nêutrons é um quebra-cabeças há muito tempo. A teoria corrente mantém que uma estrela de nêutrons tem uma crosta feita de elétrons e íons; um interior que contém extravagâncias que incluem um superfluido de nêutrons, que é um bizarro estado da matéria sem fricção; e uma superfície que acelera correntes de partículas de alta energia através do intenso campo magnético da estrela.
As partículas das correntes drenam a energia da crosta. A crosta perde rotação, porém o fluido no interior resiste a essa frenagem. Esta tensão fratura a crosta. Quando isso acontece, ocorre um a glitch. Acontece uma emissão de raios-X e a estrela ganha um impulso na rotação de seu interior que está girando mais rápido.
Um processo que leve a uma súbita frenagem na rotação constituí um novo desafio teórico.
Em 21 de abril de 2012, apenas uma semana antes do Swift observar o anti-glitch, a 1E 2259+586 produziu uma emissão breve porém intensa de raios-X, detectada pelo Monitor de Raios-X a bordo do Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi da NASA. Os cientistas pensam que esta erupção de luz de alta energia de 36 milissegundos provavelmente assinalou as mudanças que causaram a frenagem do magnetar.
“O que é realmente digno de nota neste evento é a combinação da frenagem abrupta do magnetar, a emissão de raios-X e o fato de que agora observamos a estrela girando cada vez mais devagar”, diz o principal autor, Robert Archibald, estudante de pós-graduação na McGill.
O Centro Goddard gerencia o Swift, lançado em novembro de 2004. O telescópio é operado em colaboração com a Universidade do Estado da Pennsylvania em University Park, o Laboratório Nacional de Los Alamos no Novo México e a Orbital Sciences Corp. em Dulles, Virgínia. Os colaboradores internacionais são o Reino Unido e a Itália e a missão conta com contribuições da Alemanha e do Japão.
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Fonte: NASA’s Swift Reveals New Phenomenon in a Neutron Star
O “Planeta de Einstein”
Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics
Novo processo de procura por planetas faz sua primeira descoberta
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  IMAGEM: Concepção artística do “Planeta de Einstein “, formalmente conhecido como Kepler-76b
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Detectar exoplanetas é um grande desafio, uma vez que eles são pequenos, tênues e próximos de estrelas. As duas técnicas mais prolíficas para descobrir exoplanetas são a velocidade radial (procurar por estrelas oscilantes) e trânsitos (procurar por estrelas cujo brilho fica, de vez em quando, atenuado). Uma equipe da Universidade de Tel Aviv e o Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian (Center for Astrophysics = CfA) acaba de descobrir um exoplaneta usando um novo método que se baseia na Teoria da Relatividade Restrita de Einstein.
“Nós procuramos por efeitos muito sutis. Precisávamos de medições de alta qualidade do brilho estelar, com uma precisão de poucas partes por milhão” disse o membro da equipe David Latham do CfA.
“Isso só foi possível por conta dos refinados dados que a NASA vem coletando com a sonda Kepler”, acrescenta o autor principal Simchon Faigler da Universidade de Tel Aviv, Israel.
Muito embora a Kepler tenha sido projetada para descobrir planetas em trânsito, este planeta não foi identificado por meio do processo de trânsito. Em lugar disto, ele foi descoberto com o emprego de uma técnica inicialmente proposta por Avi Loeb do CfA e seu coelga Scott Gaudi (agora na Universidade do Estado de Ohio) em 2003. (Coincidentemente, eles desenvolveram sua teoria enquanto visitavam o Instituto de Estudos Avançados em Princeton, onde Einstein trabalhou).
O novo processo procura por três pequenos efeitos que ocorrem simultaneamente quando um planeta orbita uma estrela. O efeito de “farol relativístico” de Einstein que faz que a estrela brilhe mais quando se move em nossa direção (como o sinal luminoso de um farol), puxada pelo planeta e se atenue quando se move para longe. Essa luminosidade maior resulta do acúmulo de energia dos fótons e do fato de ficar focalizada na direção do movimento da estrela devido a efeitos relativísiticos.
“Esta é a primeira vez que este aspecto da Teoria da Relatividade de Einstein foi usado para descobrir um planeta”, diz o co-autor Tsevi Mazeh da Universidade de Tel Aviv.
A equipe também procurou indícios de que a estrela se deformasse por conta das marés gravitacionais do planeta em órbita. A estrela pareceria mais brilhante quando observada ao longo do eixo maior do “ovoide”, por conta da maior área de superfície exposta, e mais tênue quando vista “de ponta”. O terceiro pequeno efeito é devido à luz estelar refletida pelo próprio planeta.
Uma vez identificado o novo planeta, isto foi confirmado por Latham, usando as observações de velocidade radial obtidas pelo espectrógrafo TRES do Observatório Whipple no Arizona e por Lev Tal-Or (Universidade de Tel Aviv), usando o espectrógrafo SOPHIE no Observatório de Haute-Provence na França. Uma olhada mais cuidadosa nos dados do Kepler também mostrou o planeta em trânsito diante de sua estrela, uma confirmação adicional.
O “Planeta de Einstein” – formalmente conhecido como Kepler-76b, é um “Júpiter quente” que orbita sua estrela a cada 1,5 dias. Seu diâmetro é cerca de 25% maior que o de Júpiter e sua massa e duas vezes maior. Ele orbita uma estrela tipo F, localizada a cerca de 2.000 anos-luz da Terra na constelação de Cygnus (Cisne).
O planeta está em rotação sincronizada com sua estrela, mostrando sempre a mesma face para ela, do mesmo jeito que a Lua com a Terra. Por causa disso, Kepler-76b assa a uma temperatura de cerca de 2.000°C.
Curiosamente, a equipe encontrou fortes indícios de que o planeta tenha ventos de “corrente de jato” extremamente rápidos que transportam o calor por toda sua superfície. Por conta disto, o ponto mais quente de Kepler-76b não fica exatamente no “meio dia” (o ponto mais próximo da estrela), mas em uma posição a cerca de 20.000 km. Este efeito só tinha sido observado antes em HD 189733b e somente na faixa do infravermelho do Telescópio Espacial Spitzer. Esta foi a primeira vez que observações na faixa da luz visível mostram indícios de correntes de jato em um exoplaneta.
Embora o novo processo não seja capaz de encontrar planetas do tamanho da Terra com a tecnologia atual, permite aos astrônomos uma oportunidade ímpar para novas descobertas. Diferentemente das buscas por velocidade radial, ele não precisa de espectros de alta precisão. Diferentemente do processo de trânsitos, não precisa de um alinhamento preciso entre estrela e planeta quando vistos da Terra.
“Cada técnica de caça aos planetas tem suas virtudes e seus defeitos. E cada nova técnica que acrescentamos ao arsenal, nos permite sondar por planetas em situações diferentes”, diz Avi Loeb do CfA.
O Kepler-76b foi identificado pelo algoritmo BEER, acrônimo de [relativistic] BEaming, Ellipsoidal, and Reflection/emission modulations (modulações de farol relativístico, elipsoidais e de reflexão/emissão), desenvolvido pelo Professor Tsevi Mazeh e seu estudante Simchon Faigler na Universidade de Tel Aviv, Israel.
Telescópio Hubble encontra “lixo” planetário em estrelas mortas
O Hubble descobre estrelas mortas “poluídas” com escombros de planetas
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As estrelas, conhecidas como anãs brancas — pequenos e tênues remanescentes de estrelas que já foram como nosso Sol — residem a 150 anos-luz de distância no Aglomerado das Híades na constelação de Taurus (Touro). O aglomerado é relativamente jovem, com apenas 625 milhões de anos.
Os astrônomos acreditam que todas as estrelas se formaram em aglomerados. No entanto, a busca por planetas nesses aglomerados se provou infrutífera — dos cerca de 800 exoplanetas conhecidos, apenas 4 orbitam estrelas de um aglomerado. Essa escassez pode ser devida à natureza dos aglomerados estelares, jovens e ativos, produzindo clarões estelares e outras erupções que tornam difícil estudá-los em detalhes.
Um recente estudo, liderado por Jay Farihi da Universidade de Cambridge, voltou seus olhos para estrelas “aposentadas” em aglomerados para procurar por indícios de formação de planetas [1].
As observações espectroscópicas do Hubble identificaram silício nas atmosferas de duas anãs brancas e o silício é um dos principais ingredientes do material rochoso que forma a Terra e outros planetas rochosos do Sistema Solar. Esse silício pode ter vindo de asteroides que foram estraçalhados pela gravidade da anã branca quando passaram perto demais das estrelas. Os escombros rochosos provavelmente formaram um anel em torno das estrelas mortas e esse anel, por sua vez, atraiu o material para dentro.
Os escombros que foram detectados girando em torno das anãs brancas sugerem que planetas semelhantes á Terra se formaram quando essas estrelas nasceram. Depois que as estrelas colapsaram em anãs brancas, eventuais planetas do tipo gigante gasoso que tenham sobrevivido, podem ter atraído pela gravidade quaisquer sobras de cinturões de asteroides até órbitas bem próximas das estrelas [2].
“Encontramos os indícios químicos dos blocos de construção de planetas rochosos”, diz Farihi. “Quando essas estrelas nasceram, formaram planetas e há uma boa chance de que ainda retenham alguns deles. Os rastros de escombros rochosos que estamos vendo são um indício disto — eles são pelo menos tão rochosos como os mais primitivos corpos terrestres de nosso Sistema Solar”.
Além de encontrar silício nas atmosferas das estrelas das Híades, o Hubble também detectou baixos níveis de carbono. Isto é um outro sinal da natureza rochosa dos escombros, já que os astrônomos sabem que os níveis de carbono devem ser muito baixos em material rochoso semelhante ao da Terra. A descoberta dessa tênue assinatura química precisou do poder de resolução do Espectrógrafo de Origens Cósmicas (Cosmic Origins Spectrograph = COS) do Hubble, porque as “digitais” do carbono só podem ser detectadas em luz ultravioleta que não pode ser observada por telescópios com base em terra.
“Uma coisa que esta técnica de detecção de poluição em anãs brancas nos dá e que nenhuma outra técnica de detecção de planetas pode dar, é a química de planetas sólidos”, continua Farihi. “Com base na proporção silício-carbono em nosso estudo, por exemplo, nós realmente podemos afirmar que esse material é basicamente similar ao da Terra”.
Este novo estudo sugere que asteróides com menos de 160 km de diâmetro [3] foram rompidos pela forte força de marés das anãs brancas, antes de eventualmente caírem sobre as estrelas mortas [4].
A equipe planeja analisar mais anãs brancas com a mesma técnica, não só para identificar a composição das rochas, como também dos corpos que as geraram. “A beleza desta técnica é que, seja o que for que o Universo esteja fazendo, seremos capazes de medir isto”, afirma Farihi. “Nós temos usado o Sistema Solar como uma espécie de mapa, mas não sabemos o que o resto do Universo faz. Esperamos que, com o Hubble e seu poderoso COS em ultravioleta e nos futuros telescópios com base em terra de 30 e 40 metros, possamos contar mais sobre essa saga”.
Notas
1] As duas estrelas anãs brancas “poluídas” das Híades fazem parte de uma pesquisa por escombros planetários em torno de mais de 100 anãs brancas, liderada por Boris Gänsicke da Universidade de Warwick, Reino Unido. Usando modelos computacionais das atmosferas de anãs brancas, Detlev Koester da Universidade de Kiel na Alemanha está determinando as abundâncias de vários elementos que podem ser rastreados até planetas nos dados do COS.
[2] A observação de indícios de asteroides aponta a possibilidade da existência de planetas do tamanho da Terra no mesmo sistema. Os asteroides são os blocos de construção dos planetas maiores. Os processos de formação de planetas é de baixa eficiência e gera muito mais vezes corpos pequenos do que corpos grandes — no entanto, uma vez que os embriões rochosos do tamanho de asteroides se formem, certamente haverá a formação de planetas.
[3] A equipe estimou o tamanho dos asteroides cadentes, medindo a quantidade de poeira sendo engolida pelas estrelas — cerca de 10 milhões de gramas por segundo, o que equivale ao fluxo de um rio pequeno. E então compararam os dados com as medições de material cadente em outras anãs brancas.
[4] O estudo das Híades proporciona um vislumbre sobre o que vai acontecer com nosso Sistema Solar quando o Sol se extinguir, daqui a uns cinco bilhões de anos.
Notas para editores
O Telescópio Espacial Hubble é um projeto de cooperação internacional entre a ESA e a NASA.
[1] A equipe internacional de astrônomos neste estudo compreende J. Farihi (Universidade de Cambridge, Reino Unido), B. T. Gänsicke (Universidade de Warwick, Reino Unido), D. Koester (Universidade de Kiel, Alemanha).
[2] Este novo estudo será publicado em Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Links
- Imagens do Hubble: http://www.spacetelescope.org/images/archive/category/spacecraft/
- Artigo da pesquisa:
- http://www.spacetelescope.org/static/archives/releases/science_papers/heic1309.pdf
O nascimento de um Buraco Negro
(Traduzido de: Birth of a Black Hole)
Texto original de Marcus Woo
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Uma imagem gerada por computação gráfica das distorções da luz criadas por um buraco negro. Para mais informações: HTTP://WWW2.IAP.FR/USERS/RIAZUELO/BH/APOD.PHP |
Um novo tipo de clarão cósmico pode revelar algo nunca antes visto: o nascimento de um buraco negro.
Quando uma estrela massiva exaure seu combustível, ela colapsa sob sua própria gravidade e gera um buraco negro, um objeto tão denso que nem a luz pode escapar de suas garras gravitacionais. De acordo com uma nova análise feita por um astrofísico do Instituto de Tecnologia da Califórnia (California Institute of Technology = Caltech), logo antes do buraco negro se formar, a estrela agonizante pode gerar um clarão de luz característico que permitirá aos astrônomos testemunhar o nascimento de um novo buraco negro pela primeira vez.
Tony Piro, um doutor da Caltech, descreve essa assinatura luminosa em um artigo, publicado na edição de 1º de maio de Astrophysical Journal Letters. Embora algumas estrelas agonizantes que se tornam buracos negros, explodam como jorros de raios gama – um dos fenômenos de maior energia no universo – esses casos são raros e requerem circunstâncias muito particulares, Como explica Piro: “Não cremos que a maioria dos buracos negros vulgares sejam criados desta maneira”. Na maioria dos casos, segundo uma das hipóteses, uma estrela que morre produz um buraco negro, sem criar uma explosão ou um clarão: a estrela pareceria apenas desaparecer dos céus — um evento batizado de “unnova” (“não-nova”). “Não se vê um clarão”, ele explica. “Você vê um desparecimento”.
No entanto – propõe Piro hipoteticamente – pode não ser este o caso. “Talvez elas não sejam tão maçantes como pensamos”.
De acordo com uma teoria bem estabelecida, quando uma estrela massiva morre, seu núcleo colapsa sob seu próprio peso. Na medida em que o colapso prossegue, os prótons e elétrons que compõem o núcleo se fundem em produzem nêutrons. Por alguns segundos — antes do colapso final em um buraco negro —o núcleo se torna um objeto extremamente denso chamado estrela de nêutrons, algo com a densidade que o Sol teria se fosse espremido em uma esfera com um raio de cerca de 10 km. Esse colapso também cria neutrinos que são partículas que transpassam quase toda a matéria quase na velocidade da luz. Esses neutrinos emitidos pelo núcleo, levam embora um monte de energia — algo em torno de um décimo da massa da estrela-mãe (lembrando que massa e energia são equivalentes: E = mc²).
De acordo com um artigo pouco conhecido, escrito em 1980 por Dmitry Nadezhin do Instituto Alikhanov de Física Teórica e Experimental, na Rússia, esta rápida perda de massa significa que a força gravitacional do núcleo da estrela moribunda cai abruptamente. E, quando isto acontece, as camadas gasosas exteriores –– principalmente hidrogênio — que ainda circundam o núcleo, são lançadas para fora, gerando uma onda de choque que trespassa essas camadas externas a cerca de 1.000 km/s.
Empregando simulações em computador, dois astrônomos da UC em Santa Cruz, Elizabeth Lovegrove e Stan Woosley, descobriram recentemente que, quando a onda de choque golpeia a superfície externa das camadas gasosas, ela aquece o gás na superfície, produzindo um lampejo que vai brilhar por cerca de um ano — um sinal potencialmente promissor do nascimento de um buraco negro. Embora cerca de um milhão de vezes mais brilhante do que o sol, esse brilho seria relativamente tênue em comparação com outras estrelas. “Seria difícil de ver, mesmo em galáxias que estejam relativamente perto de nós”, diz Piro.
Porém agora Piro diz que descobriu um sinal mais promissor. Em seu novo estudo, ele examina mais detalhadamente o que poderia acontecer quando a onda de choque atingisse a superfície da estrela e ele calcula que o impacto causaria um clarão de 10 a 100 vezes mais luminoso do que o previsto por Lovegrove e Woosley. “Esse clarão vai ser muito luminoso e nos dá a melhor chance de realmente observar a ocorrência desse fenômeno”, explica Piro. “E é isso que queremos procurar”.
Um clarão desses seria ainda tênue comparado com a explosão de uma supernova, por exemplo, mas seria luminoso o bastante para ser detectável em galáxias próximas, diz ele. O clarão, que brilharia por 3 a 10 dias antes de abrandar, seria muito claro nos comprimentos de onda da luz visível — e seria ainda mais luminoso nos comprimentos de onda do ultravioleta.
Piro estima que os astrônomos deveriam ser capazes de ver um evento desses a cada ano, em média. Pesquisas que vigiam os céus em busca de clarões de luz tais como os das supernovas — pesquisas assim como a Palomar Transient Factory (PTF), liderada pelo Caltech — são adequados para a descoberta desses eventos sem par, argumenta ele. A intermediate Palomar Transient Factory (iPTF), um aperfeiçoamento da PTF e que começou sua busca em fevereiro, pode ser capaz de achar um par desses eventos por ano.
Nenhuma pesquisa observou um clarão de buraco negro até agora, prossegue Piro, porém isso não exclui sua existência. “Eventualmente poderemos começar a nos preocupar, se não encontrarmos essas coisas”. Mas, por enquanto, diz ele, suas expectativas são perfeitamente lógicas.
Com a análise de Piro nas mãos, os astrônomos devem ser capazes de projetar e ajustar outras pesquisas adicionais, de forma a maximizar suas chances de observar o nascimento de um buraco negro no futuro próximo. Em 2015, a próxima geração da PTF, chamada de Zwicky Transient Facility (ZTF), deve começar a funcionar; ela será ainda mais sensível, o que aumentará várias vezes as chances de descobrir esses clarões. “O Caltech, dessa forma, tem uma posição privilegiada para procurar por eventos transientes como estes”, diz Piro.
Dentro da próxima década, o Large Synoptic Survey Telescope (LSST) vai começar uma extensa busca por todo o céu noturno. “Se o LSST não encontrar regularmente esse tipo de evento, então isso quer dizer que há alguma coisa errada com o quadro, ou que a formação de buracos negros é muito mais rara do que se pensava”, diz ele.
O artigo na Astrophysical Journal Letters é intitulado “Taking the ‘un’ out of unnovae.” Esta pesquisa foi financiada pela National Science Foundation, NASA, e pela Sherman Fairchild Foundation.
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Via EurekAlert.
Uma galáxia queimando tudo
Um tipo raro de galáxia é encontrado, queimando furiosamente o combustível gerador de estrelas
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 IMAGEM: Este pontinho vermelho (ampliado no destaque) é a galáxia mais eficiente na formação de estrela já observada.
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Os astrônomos descobriram uma galáxia que está convertendo o gás em estrelas com uma eficiência de quase 100%, uma fase raramente vista da evolução das galáxias, a mais extrema observada até hoje. A descoberta é oriunda do interferômetro IRAM no Plateau de Bure nos Alpes Franceses (IRAM = Institut de radioastronomie millimétrique), do satélite WISE da NASA (Wide-field Infrared Survey Explorer) e do Telescópio Espacial Hubble da NASA.
“As galáxias queimam o gás como o motor de um carro queima a gasolina. A maior parte das galáxias tem motores razoavelmente ineficientes, o que significa que elas formam estrelas a partir de seus “tanques de combustível” muito abaixo da taxa teórica máxima”, explica Jim Geach of da Universidade McGill, principal autor de um estudo a ser publicado em Astrophysical Journal Letters.
“Já esta galáxia é como um carro esporte totalmente ajustado, que converte o gás em estrelas na taxa mais alta que se crê possível”, prossegue ele.
A galáxia, chamada SDSSJ1506+54, saltou às vistas dos pesquisadores quando eles examinaram is dados oriundos da varredura total do céu em infravermelho do WISE. A luz infravermelha borbota da galáxia, equivalendo a mais de mil bilhões de vezes a energia de nosso Sol.
“Como o WISE varre todo o céu, ele pode detectar galáxias raras como esta que se destaca das demais”, declarou Ned Wright da UCLA, o principal investigador do WISE.
As observações em luz visível do Hubble revelaram que a galáxia é extremamente compacta e a maior parte da luz que emana dela o faz de uma região de poucas centenas de anos-luz de extensão.
“Esta galáxia está formando estrelas a uma taxa centenas de vezes mais rápida do que nossa Via Láctea, porém a vista acurada do Hubble revelou que a maior parte da luz das estrelas da galáxia está sendo emitida por uma região com uns poucos porcento do diâmetro da Via Láctea. Isto é a formação de estrelas em seu ritmo mais extremo”, disse Geach.
A equipe então usou o Interferômetro IRAM no Plateau de Bure para medir a quantidade de gás na galáxia. O telescópio com base em Terra detectou luz na faixa do milímetro, evidenciando o monóxido de carbono, um indicador da presença do gás hidrogênio, o combustível das estrelas. Combinando a taxa de formação de estrelas a partir dos dados do WISE e a massa do gás medida pelo IRAM, os cientistas tiraram uma medida da eficiência da formação de estrelas.
Os resultados revelaram que a eficiência na formação de estrelas dessa galáxia está próxima do máximo teórico, chamado de Limite de Eddington. Nas regiões das galáxias onde estão se formando novas estrelas, partes das nuvens de gás está colapsando devido à gravidade. Quando o gás fica denso o suficiente para espremer os átomos e começar a fusão nuclear, nasce uma estrela. Ao mesmo tempo, os ventos e a radiação das estrelas que acabaram de se formar, podem impedir a formação de novas estrelas, exercendo pressão sobre o gás circunvizinho, abortando o colapso.
O Limite de Eddington é o ponto no qual a força da gravidade que comprime o gás e balanceada pela pressão para o exterior feita pelas estrelas. Acima do Limite de Eddington, as nuvens de gás são dispersadas, o que cessa a formação das estrelas.
“Podemos ver algum gás fluindo para fora desta galáxia a milhões de quilômetros por hora e esse gás pode estar sendo soprado para fora pela poderosa radiação das estrelas recém-formadas”, argumenta Ryan Hickox, um astrofísico do Dartmouth College, Hanover, N.H. e co-autor do estudo.
Por que a SDSSJ1506+54 tão singular? Os astrônomos acreditam que flagraram a galáxia em uma fase de curta duração de sua evolução, possivelmente desencadeada pela fusão de duas galáxias em uma. A formação de estrelas é tão feroz que em poucas dezenas de milhões de anos – um piscar de olhos em termos da vida de uma galáxia – o gás será consumido e a galáxia irá amadurecer em uma maciça galáxia elíptica.
Os cientistas também se valeram de dados do Sloan Digital Sky Survey, do Observatório W.M. Keck no Mauna Kea, Hawaii, e do Observatório MMT no Mount Hopkins, Arizona.
Acesse o artigo original: http://iopscience.iop.org/2041-8205/767/1/L17
Matéria escura! (Será mesmo?…) [2]
Mais uma vez os meios de comunicação começaram a alardear a descoberta de indícios da confirmação da existência da matéria escura. A primeira foi com base em indícios colhidos pelo Telescópio Espacial Fermi da NASA.
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Espectrômetro Magnético Alfa. |
Agora são os resultados preliminares do Espectrômetro Magnético Alfa, um experimento de alto coturno com esse instrumento a bordo da Estação Espacial Internacional. Segundo esses resultados preliminares, foram detectados mais posítrons do que o que seria de se esperar nos “raios cósmicos” (na verdade, não são “raios” – são partículas de altíssima energia que atingem a Terra vindas das profundezas do espaço).
Segundo o press-release do Departamento de Energia dos EUA (o link acima, do EurekAlert):
Esse primeiro resultado relacionado à física vindo do AMS é baseado em 18 meses de operação, durante os quais o AMS mediu 6.800.000 elétrons de raios cósmicos, na faixa de energia de meio bilhão a um trilhão de elétron-Volts, e mais de 400.000 posítrons, o maior número de partículas energéticas de antimatéria jamais diretamente medido no espaço. A importância dessa medição é que ela eventualmente pode indicar a “arma fumegante” [“smoking gun”, no original – equivalente à expressão “a prova do crime” em português] de que certas partículas de matéria escura existem e que as partículas de matéria escura e antipartículas estão se aniquilando entre si no espaço.
Embora os dados não mostrem uma “arma fumegante” até agora, essa primeira medição de alta precisão (~1% de erro) do espectro possui características interessantes, não observadas até agora, que dados futuros podem ajudar a esclarecer. Com os dados adicionais, nos anos vindouros, o AMS tem o potencial de trazer à luz a matéria escura.
O hype (para variar só um pouco…) foi endossado pelo CERN (um dos órgãos envolvidos no experimento AMS), em cujo press-release consta:
Um excesso de antimatéria dentro do fluxo de raios cósmicos foi observado pela primeira vez a cerca de duas décadas. A origem desse excesso, entretanto, permanece inexplicada. Uma das possibilidades, predita pela teoria da supersimetria, é que os posítrons sejam gerados quando duas partículas de matéria escura colidam e se aniquilem. Supondo uma distribuição isotrópica de partículas de matéria escura, essa teoria teria previsto as observações feitas pelo AMS. No entanto, as medições feitas pelo AMS não podem, ainda, excluir a explicação alternativa de que os posítrons tenham origem em pulsares distribuídos em torno do plano da galáxia.
Não sem razão, Peter Woit, em seu blog Not Even Wrong, chama essa notícia de “O hype da semana”.
Os braços das galáxias
Novidades acerca da formação e da duração dos braços das galáxias
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As galáxias em espiral são bastante fotogênicas e nossa própria galáxia, a Via Láctea, é uma galáxia em espiral. Nosso Sol vive em um dos braços desta galáxia (mais exatamente no Braço de Órion), portanto a questão sobre como os braços das galáxias se formam e o quanto duram, é bastante relevante para nós. Infelizmente, os processos de formação desses braços e suas vidas cobrem escalas de tempo literalmente astronômicas (desculpem o trocadilho) e toda a história da raça humana é uma unidade pequena demais para medir isto.
Por muito tempo, os astrônomos e astrofísicos vêm debatendo se esse tipo de estrutura de braços espirais é algo estável, ou se, cessado o motivo que os criou, eles tendem a desaparecer e as galáxias espirais se tornarem simplesmente elípticas.
Como “fazer o tempo correr” rápido o suficiente para que pudéssemos observar esse processo? Uma equipe de pesquisadores, a astrofísica Elena D’Onghia da Universidade de Winsconsin em Madison e seus colegas Mark Vogelsberger e Lars Hernquist do Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian criou um modelo de computador para simular os movimentos de 100 milhões de “partículas estelares”, enquanto a gravidade e outras forças da astrofísica as vão esculpindo no formato de uma galáxia.
D’Onghia declara: “Pela primeira vez somos capazes de demonstrar que os braços espirais estelares não são uma coisa passageira, como se pensou por muitos anos”. E Vogelsberger acrescenta: “Os braços espirais são auto-perpetuantes, persistentes e surpreendentemente longevos”.
Até agora, os astrofísicos debatiam sobre duas teorias predominantes. Uma declarava que os braços se formam e se desmancham ao longo do tempo. A outra, mais aceita, era que o material que forma os braços – estrelas, gás e poeira – é afetado pelos diferentes campos gravitacionais e “engarrafa”, como o trânsito em uma grande cidade, e mantém o formato por longos períodos.
Os novos resultados recaem em um ponto intermediário entre as duas teorias e sugerem que os braços realmente se formam como resultado da influência de nuvens moleculares gigantes – as regiões conhecidas como “berçários de estrelas”, presentes em quase todas as galáxias conhecidas. Quando introduzidas na simulação, essas nuvens atuam como “elemento perturbador” e têm a capacidade de não só criar esses braços, como também de sustentar indefinidamente sua forma.
D’Onghia explica :”Descobrimos que [essas perturbações] vão criando os braços espirais. Pensava-se que, quando essas perturbações fossem removidas, os braços se desfariam, mas pudemos ver que, uma vez formados, os braços se auto-perpetuam, até mesmo quando as perturbações são retiradas. Ou seja, uma vez que os braços se formam sua própria gravidade os mantém, até mesmo quando as nuvens que os criaram desaparecem”.
O modelo usado foi o de um disco galático isolado, aqueles que não são influenciados por uma outra galáxia próxima ou outro objeto. Alguns estudos recentes exploraram a possibilidade da formação dos braços galáticos a partir da influência gravitacional de um vizinho próximo (tal como uma galáxia-anã, por exemplo) sobre o disco da galáxia.
De acordo com Vogelsberger and Hernquist, as novas simulações podem ser empregadas para re-interpretar os dados de observações, obtidos tanto a partir de nuvens estelares de alta densidade, como a partir de “buracos” induzidos pela gravidade no espaço, como os mecanismos que conduzem à formação dos característicos braços das galáxias espirais.
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Fonte: EurekAlert – 02/04/13. Puzzle of how spiral galaxies set their arms comes into focus (Universidade de Winsconsin em Madison) e New insights on how spiral galaxies get their arms (Harvard-Smithsinian Center for Astrophysics).
E o universo ficou mais velho… e diferente
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Telescópio do Polo Sul. Imagem da WikiMedia Commons. |
Quando eu publiquei o post O universo antigo produzia mais estrelas do que se pensava, eu tive que escolher entre vários press-releases sobre o mesmo assunto. Eu traduzi o da Universidade de Chicago, mas havia também os da National Science Foundation, “Telescópios Financiados pela NSF no Polo Sul e Chile descobrem bursts de formação de estrelas no universo primitivo”, da Fundação Kavli, “Testemunhando starbursts em galáxias jovens”, da Universidade do Arizona, “[O Telescópio] ALMA expõe fábricas de estrelas escondidas no universo jovem”, do National Radio Astronomy Observatory, “[O Telescópio] ALMA descobre “monstruosas” galáxias starburst no universo jovem”, da Carnegie Institution, “Descobertas galáxias antigas e extremamente ativas”, e outros dois com o mesmo título: “[O Telescópio] ALMA reescreve a história do baby boom estelar do Universo”, um da Universidade McGill e outro do European South Observatory.
É claro que todo este fuzuê sobre a descoberta tinha um motivo bem claro: os cálculos dos astrofísicos sobre a linha-do-tempo da formação de estrelas, galáxias e do próprio universo continham algum erro.
Imediatamente me ocorreu entrar em contato com o scibling Ethan Siegel do Starts With a Bang, mas diversas outras coisas (combinadas com meu raro talento em procrastinar) foram “deixando-para-depois” e, quando finalmente eu acessei o blog dele, me deparei com o post “O que todos deveriam saber sobre o universo, na véspera [da divulgação dos dados] do [Telescópio Espacial] Planck”. Bem… se Ethan esperava alguma novidade importante dos dados do Planck, eu também poderia…
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Imagem do Fundo Cósmico de Micro-ondas obtida pelo Satélite Planck. |
Agora, esta figura já é conhecida por todos e as agências de notícias já comentaram que o Universo é, pelo menos, 80 milhões de anos mais velho do que se calculava. Mas, como eu esperava, Ethan chama a atenção para diversas outras novidades em seu post “Do que é feito todo o Universo, graças ao Planck”. E eu vou tomar a liberdade de kibar desavergonhadamente o post dele. Espero que me perdoem se eu não reproduzir algumas das ilustrações do post do Ethan porque elas são demasiado técnicas. Por mais que eu ame a física quântica e a astrofísica, quando começam a argumentar “se o hamiltoniano é hermitiano”, eu me sinto como o cachorrinho que caiu do caminhão de mudanças…
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Comparação da Resolução das imagens Cobe, WMAP e Planck. Crédito: NASA Jet Propulsion Laboratory, CalTech. |
A primeira coisa que Ethan enfatiza é a qualidade da imagem fornecida pelo Planck. Como diz ele, na década de 1990 o satélite Cosmic Background Explorer (COBE ou Explorador do Fundo Cósmico) nos deu uma primeira imagem difusa do Fundo Cósmico de Micro-ondas (Cosmic Microwave Background, ou simplesmente CMB). Se você está pensando naquele eco do Big Bang descoberto quase que por acaso por Penzias e Wilson em 1965, está correto! A primeira imagem disto foi obtida na década de 1990 pelo satélite Cobe, com uma resolução de imagem de cerca de 7 graus, e a sonda Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) da NASA obteve, em 2006, após muita filtragem dos ruídos das emissões “atuais”, uma imagem bem mais nítida do CMB, com uma resolução de cerca de meio grau. Agora, também após um exaustivo processo de filtragem do ruído, o Planck chegou ao limite de resolução possível; Ethan enfatiza que o problema não é o da sensibilidade dos instrumentos do Planck, mas da própria natureza do universo!
A segunda coisa que ele realça é que o universo não só é composto de mais matéria do que se pensava, como também está se expandindo mais devagar do que se calculava. O Parâmetro de Hubble medido pelo Planck é tão menor do que aquele que se usava que, se fosse ele a única diferença encontrada, significaria que o universo seria um bilhão de anos mais velho do que se pensava! (Só que não…) As quantidades de matéria normal e escura são bem maiores do que se acreditava, sobrando uma fatia menor para a energia escura. Em lugar de 73% de energia escura, o Planck nos diz que é algo na faixa de 68 a 69%; a matéria escura deve ficar entre 26 a 26,5% e a matéria bariônica (ou “normal”, da qual somos feitos nós e as estrelas) não é mais só 4,6% do universo: o número subiu para 4,9%. Ah!… Sim… E, em tanto quanto o Planck tem a nos dizer, não há uma “curvatura” no universo: ele é “plano”.
Em outras palavras, existe um pouco mais de matéria normal, uma quantidade significativamente maior de matéria escura e uma quantidade significativamente menor de energia escura do que pensávamos! De forma que, enquanto a taxa de expansão menor nos diz que o universo é mais velho do que acreditávamos, o aumento de matéria (e diminuição da energia escura) nos diz que o universo é mais jovem do que seria de outra forma!
Um universo que fosse composto por 100% de matéria normal + matéria escura, teria apenas uns 10 bilhões de anos, porém o nosso parece ser dividido em cerca de 31,5% de matéria-total e 68,5% de energia escura. De forma que, quando ajustamos nossos atuais dados, chegamos a um universo com 13,81 bilhões de anos, ou seja: 80 milhões de anos mais velho do que nossa melhor estimativa anterior.
Outra coisa que se procurou entre os dados do Planck foi a “assinatura” de ondas gravitacionais primevas, o que corroboraria certos modelos da inflação do universo e descartaria outros. Os dados de polarização ainda estão sendo analisados, mas, por enquanto, nada definitivo emergiu.
Finalmente, os dados confirmam algo muito esquisito, já notado anteriormente: existe um alinhamento das anomalias locais do CMB com o eixo de nossa galáxia, algo que os astrofísicos chamam jocosamente de “eixo do mal”.
Crédito da imagem: ESA e a Colaboração Planck (essa eu não achei o original e kibei direto do blog do Ethan)
