Algumas estrelas encontraram a fonte da juventude
Vampirismo e colisões rejuvenescem estrelas
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Esta ilustração mostra as duas maneiras pelas quais as extraviadas azuis – ou estrelas “rejuvenescidas” – se formam em aglomerados globulares Acima, o processo de colisão; abaixo, o processo de “vampirismo”. |
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As estrelas em aglomerados globulares¹ são em geral extremamente velhas, com idades de até 12 a 13 bilhões de anos. No entanto, uma pequena parte delas parece ser significativamente mais jovem do que a média da população e, já que elas parecem ter sido deixadas para trás pelas estrelas que seguiram o curso normal de evolução, foram batizadas de extraviadas azuis (blue stragglers ²). As extraviadas azuis parecem regredir da “idade avançada” para uma nova e brilhante “juventude”, ganhando uma extensão da vida nesse processo. Uma equipe de astrônomos usou o Hubble para estudar as extraviadas azuis existentes em Messier 30, que se formou a 13 bilhões de anos e foi descoberto em 1764 por Charles Messier.
Localizado a cerca de 28 000 anos luz da Terra, este aglomerado globular — um enxame de várias centenas de milhares de estrelas — cobre um espaço de 90 anos luz.
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Essa imagem de campo largo do céu no entorno do aglomerado globular Messier 30 foi criada a partir de fotografias da Digitized Sky Survey 2. |
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Embora as extraviadas azuis sejam conhecidas desde o início da década de 1950, o processo de sua formação ainda é um mistério não resolvido pela astrofísica. “É a mesma coisa que ver algumas crianças nas fotografias de um asilo de idosos. É natural que nos perguntemos o que elas estão fazendo lá”, diz Francesco Ferraro da Universidade de Bolonha, Itália, autor principal de um estudo que será publicado esta semana na Nature ³. Os pesquisadores vem estudando essas estrelas por muito anos e sabiam que as extraviadas azuis eram, na verdade, velhas. Pensava-se que elas tivessem surgido em um sistema binário próximo 4. Em um par como esse, a estrela de menor massa atua como um “vampiro”, chupando o hidrogênio fresco de sua companheira de maior massa. A nova fonte de combustível permite que a estrela menor se aqueça, tornando-se mais azul e mais quente — se comportando como uma estrela em fase inicial de evolução.
O novo estudo mostra que, ao contrário, algumas dessas extraviadas azuis foram rejuvenescidas por uma espécie de “plástica”, uma cortesia das colisões cósmicas. Esses encontros entre estrelas são quase que colisões de frente nas quais as estrelas realmente se fundem, misturando seu combustível nuclear e realimentando o fogo da fusão nuclear. Estrelas fundidas e sistemas binários podem ambos ter o dobro da massa típica de estrelas individuais no aglomerado.
“Nossas observações demonstram que as extraviadas azuis formadas por colisões tem propriedades ligeiramente diferentes daquelas formadas por vampirismo. Isso é um indício direto de que ambos os processos de formação são válidos e que ambos ocorrem simultaneamente nesse aglomerado”, declara o membro da equipe Giacomo Beccari da ESA.
Usando dados da atualmente aposentada Wide Field Planetary Camera 2 (WFPC2) a bordo do Hubble, os astrônomos descobriram que essas estrelas “extraviadas” ficam muito mais concentradas na direção do centro do aglomerado do que as estrelas comuns.
“Isso indica que as extraviadas azuis tem maior massa do que a média das estrelas neste aglomerado”, diz Ferraro. “Estrelas com massas maiores tendem a afundarem para o meio do aglomerado, do jeito que uma bola de bilhar afundaria em um balde de mel”.
As regiões centrais dos aglomerados globulares de alta densidade são regiões apinhadas onde as interações entre as estrelas são praticamente inevitáveis. Os pesquisadores conjeturam que, há um ou dois bilhões de anos atrás,
Messier 30 passou por um grande “colapso do núcleo” que começou a jogar estrelas na direção do centro do algomerado, levando a um rápido aumento da densidade de estrelas. Esse evento aumento significativamente o número de colisões entre estrelas e favoreceu a formação de uma das famílias de extraviadas azuis. Por outro lado, o aumento do aperto de espaço estelar, devido ao colapso do núcleo, também perturbou os sistemas binários, encorajando o fenômeno do vampirismo e, assim, formando a outra família de extraviadas azuis. “Quase dez por cento dos aglomerados globulares da galáxia passaram por colapso do núcleo, mas esta é a primeira vez que vemos o efeito do colapso do núcleo impresso em uma população de estrelas, diz Barbara Lanzoni, da Universidade de Bolonha.
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Essa imagem brilhante de Messier 30 (M 30) foi tirada pela Advanced |
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“As duas diferentes populações de extraviadas azuis descobertas em Messier 30 são as relíquias do colapso do núcleo que ocorreu a dois bilhões de anos atrás. Em um contexto mais amplo, nossa descoberta é a prova direta do impacto da dinâmica dos aglomerados estelares na evolução das estrelas.Agora, temos que verificar se outros aglomerados globulares apresentam esses dois tipos de população de extraviadas azuis”, conclui Ferraro.
Notas:
[1] Aglomerados globulares são densas aglomerações de várias centenas de milhares de estrelas. Presentes entere os primeiros habitantes de nossa Via Láctea, eles se formaram no vasto halo de nossa galáxia antes que este assumisse a forma achatada de uma espiral. A criação de estrelas nos aglomerados globulares cessou quase que inteiramente há 13 bilhões de anos, de forma que os astrônomos so poderiam esperar encontrar estrelas velhas neles e os astrônomos usam os aglomerados globulares como referência para estimar a idade do universo.
[2] Em 1953, o astrônomo Allan Sandage descobriu uma intrigante nova população de estrelas que parecia quebrar as regras da evolução das estrelas nos aglomerados globulares. Sandage
detectou estrelas jovens quentes e azuis no aglomerado globular Messier 3 e, subsequentemente, em outros aglomerados globulares. Ele as batizou de extraviadas azuia porque parecia que elas tinham sido deixadas para trás pelas demais estrelas azuis no aglomerado que, fazia tempo, tinham evoluido para o estágio de gigante vermelha.
[3] Esta pesquisa foi apresentada no artigo que será publicado na edição de 24 de dezembro de 2009 da Nature, “Two distinct sequences of blue straggler stars in the globular cluster M30”, por F. R. Ferraro et al.
[4] Em1964 os astrônomos Fred Hoyle e W.H. McCrea sugeriram, de forma independente, que as extraviadas azuis eram o resultado da mútua captura entre duas estrelas que passavam a formar um binário próximo.
Crédito das Imagens: NASA, ESA e Francesco Ferraro (Universidade de Bolonha)
Um leopardo sem as manchas, ainda é um leopardo. O Sol também.
[ Livremente traduzido de: Solar Cycle Driven by More than Sunspots ]
O Sol também bombardeia a Terra com jatos de ventos de alta velocidade
Concepção artística do Vento Solar atingindo a Terra. |
17 de setembro de 2009
Contrariando a opinião reinante, uma nova pesquisa descobriu que o número de manchas solares não é um indicador confiável para o impacto da atividade solar sobre a Terra no decurso do ciclo solar de 11 anos. O estudo, conduzido pelos cientistas do Centro Nacional de Pesquisas Atmosféricas (National Center for Atmospheric Research = NCAR) e da Universidade de Michigan, descobriu que a Terra foi bombardeada, no ano passado, por altos níveis de energia solar, em uma época em que o Sol atravessava uma fase incomumente calma e as manchas solares tinham virtualmente desaparecido.
Sarah Gibson, do Observatório de Grande Altitude (High Altitude Observatory) do NCAR, principal autora do estudo, diz:
— O Sol continua nos surpreender. O vento solar pode atingir a Terra como uma mangueira de incêndio, mesmo quando praticamente não há manchas solares.
O estudo, em conjunto com cientistas da NOAA e NASA, é publicado hoje em Journal of Geophysical Research e foi financiado pela NASA e pela Fundação Nacional de Ciências (NSF), patrocinadora do NCAR.
Rich Behnke, diretor de programa na Divisão de Ciências Atmosféricas da NSF, declara:
— É de vital importância que compreendamos que um Sol “calmo” não é tão calmo assim. Essas correntes de vento de alta velocidade podem afetar muitos de nossos sistemas de comunicação e navegação. E elas podem chegar a qualquer hora, em qualquer parte do ciclo solar.
Os cientista têm usado por séculos as manchas solares – áreas de campos magnéticos concentrados que aparecem como manchas escuras na superfície do Sol – para monitorar o ciclo solar de aproximados 11 anos. No máximo de atividade solar, o número de manchas solares atinge um pico. Durante esse período, ocorrem diariamente intensas erupções solares e tempestades geomagnéticas frequentemente atingem a Terra, pondo fora de ação satélites e prejudicando as redes de comunicações.
Gibson e seus colegas se concentraram, entretanto, em outro processo pelo qual o Sol descarrega energia. A equipe analisou as correntes de alta velocidade no vento solar que espalham campos magnéticos turbulentos através de nosso sistema solar.
Quando essas correntes sopram perto da Terra, intensificam a energia do cinturão de radiação externo de nosso planeta. Isso pode gerar sérias condições adversas para satélites em órbita da Terra e afetar os sistemas globais de comunicações, assim como ameaçar os astronautas a bordo da Estação Espacial Internacional. As Auroras iluminam os céus noturnos repetidamente nas altas latitudes, na medida em que as correntes passam, causando correntes elétricas da faixa do mega-amperes a poucas centenas de quilômetros acima da superfície terrestre. Toda essa energia aquece e expande a atmosfera superior. Essa expansão empurra o ar mais denso para cima, travando os satélites e fazendo-os cair a altitudes menores.
Os cientistas até então acreditavam que essas correntes praticamente desapareciam quando o ciclo solar atingia um mínimo. Porém, quando a equipe do estudo comparou as medições realizadas no corrente mínimo solar. efetuadas em 2008, com as medições feitas durante o último mínimo solar em 1996, descobriu que a Terra, em 2008, continuou a reverberar com o efeito das correntes. Muito embora o corrente mínimo solar apresente menos manchas solares do que qualquer outro mínimo nos últimos 75 anos, o efeito do Sol sobre o cinturão externo de radiação da Terra, medido pelos fluxos de elétrons, foi três vezes maior no ano passado do que em 1996.
Gibson declarou que as observações deste ano mostram que os ventos finalmente abrandaram, quase dois anos depois que as manchas solares atingiram os níveis do mínimo do ciclo passado.
Os autores ressalvam que são necessários mais estudos para compreender os impactos dessas correntes de alta velocidade sobre o planeta. O estudo levanta questionamentos sobre como as correntes poderiam ter afetado a Terra no passado, quando o Sol passou por períodos extensos de poucas manchas solares, tais como o período conhecido como o “Mínimo de Maunder” que durou de cerca de 1645 a 1715.
Segundo Gibson:
— O fato de que a Terra pode continuar a reverberar com a energia solar, tem implicações para os sistemas de satélites e outros sistemas tecnológicos sensíveis. Isto deve manter os cientistas ocupados em reunir todas as peças do quebra-cabeças.
Atingindo a Terra com correntes de energia
Neste novo estudo, os cientistas analisaram informações colhidas a partir de uma rede de instrumentos com base em Terra e no espaço, durante dois projetos cientíificos internacionais: o Whole Sun Month (Mês Solar Integral) no fim do verão (do Hemisfério Norte) de 1996 e o Whole Heliosphere Interval (Intervalo Integral da Heliosfera) no iníicio da primavera (Norte) de 2008. O ciclo solar estava em um estado de mínimo em ambos os períodos de estudo, com poucas manchas solares em 1996 e menos ainda em 2008.
A equipe descobriu que correntes de alta velocidade de partículas carregadas – fortes, longas e recorrentes – atingiram a Terra em 2008. Em contraste, a Terra recebeu correntes mais fracas e esporádicas em 1996. O resultado foi que o planeta foi mais afetado pelo Sol em 2008 do que em 1996, como comprovam as medições de variáveis tais como o fluxo de elétrons no cinturão externo de radiação, a velocidade do vento solar nas vizinhanças da Terra e o comportamento periódico das Auroras (Boreal e Austral) em resposta às repetidas correntes de alta velocidade.
A preponderância das correntes de alta velocidade durante este mínimo solar parece estar relacionada com a atual estrutura do Sol. Enquanto as manchas solares se tornavam menos comuns ao longo dos últimos anos, grandes buracos coronais flutuavam na superfície do Sol, próximos a seu Equador. Os jatos de alta velocidade que emergem desses buracos egolfaram a Terra durante 55% do período dos estudos, em lugar dos 31% do período de estudos em 1996. Um único jato de partículas carregadas pode durar até entre 7 e 10 dias. Em seus picos, o impacto acumulado dos jatos durante um ano pode injetar tanta energia no ambiente terrestre quanto erupções maciças na superfície do Sol em um ano de máximo no ciclo solar, afirma a co-autora
Janet Kozyra da Universidade de Michigan.
As correntes golpeiam a Terra periodicamentey, jorrando em plena força como uma mangueira de incêndio, enquanto o Sol gira. Quando os campos magnéticos nos ventos solares apontam em uma direção oposta à das linhas do campo da magnetosfera terrestre, o efeito é mais forte. A força e a velocidade dos campos magnéticos nas correntes de alta velocidade também podem afetar a resposta do planeta.
Os autores especulam que o alto número de buracos coronais de baixa latitude, durante o corrente mínimo solar, podem estar relacionados com um enfraquecimento do campo magnético total do Sol. Em 2008, o Sol apresentou buracos coronais polares menores do que em 1996, porém as correntes de alta velocidade que saem dos buracos coronais polares não vêm na direção da Terra.
Kozyra acrescenta:
— A interação Sol-Terra é complexa e ainda não descobrimos todas as consequências dos incomuns ventos solares do corrente ciclo sobre o ambiente terrestre. A intensidade da atividade magnética na Terra, durante este mínimo solar extremamente calmo, surpreendeu a todos. As novas observações do ano passado estão modificando nossa compreensão sobre como intervalos de quietude solar afetam a Terra e como e por que isso pode mudar de ciclo para ciclo.
As fases de um exoplaneta
06/08/09
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Exoplaneta orbitando próximo a seu sol. |
O novo telecópio Kepler da NASA, projetado para procurar exoplanetas, detectou a atmosfera de um gigante gasoso já conhecido, o que demonstra as extraordinárias capacidades científicas desse telescópio. A descoberta será publicada na edição de sexta-feira, 7 de agosto, da revista Science.
A descoberta se baseia em uns poucos 10 dias de dados coletados antes do início oficial das operações científicas. Essas observações demonstram a alta precisão do telescópio, pois foi feita antes mesmo que o software de análise de dados e a calibragem estivessem prontos.
Jon Morse, Diretor de Missões Científicas da Divisão de Astrofísica da NASA, declarou: “Na qualidade de primeira missão da NASA direcionada aos exoplanetas, o Kepler fez uma estréia espetacular. A detecção da atmosfera desse planeta com somente os 10 primeiros dias de dados é somente um aperitivo do que vai acontecer. A caça aos exoplanetas começou!”
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Distribuição das massas e tamanho das órbitas dos exoplanetas descobertos. Clique aqui para imagem ampliada. |
Os membros da equipe do Kepler dizem que esses novos dados indicam que a missão é realmente capaz de descobrir exoplanetas semelhantes à Terra, se eles existirem. O Kepler vai levar os próximos três anos e meio procurando por planetas pequenos como a Terra, inclusive aqueles que orbitem em uma zona quente o suficiente para haver água. Isso será feito procurando por quedas periódicas no brilho das estrelas que ocorrem quando os planetas que a orbitam “transitam”, ou seja, cruzam a frente das estrelas.
William Borucki, líder da equipe de pesquisas e principal autor do artigo, declarou: “Quando as curvas de luz de dezenas de milhares de estrelas foram mostradas para a equipe científica do Kepler, todos ficaram estarrecidos; ninguém tinha jamais visto antes medições tão minuciosamente detalhadas das variações da luz de tantos tipos diferentes de estrelas”.
As observações foram coletadas de um planeta chamado HAT-P-7, conhecido por transitar por uma estrela localizada a cerca de 1.000 anos-luz da Terra. Esse planeta orbita sua estrela em apenas 2,2 dias e está 26 vezes mais próximo do que a Terra de seu sol. Sua órbita, combinada com uma massa algo maior do que a de Júpiter, coloca esse planeta na classe dos “Júpiteres quentes”. Ele fica tão perto de sua estrela que ele fica tão quente quanto uma resistência de uma torradeira de pão.
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Comparação entre as curvas de luz obtidas a partir de observações da superfície da Terra e do espaço para o exoplaneta HAT P7b. |
As medições feitas pelo Kepler mostram o trânsito do exoplaneta HAT-P-7. Essas novas medições são tão precisas que elas mostram uma suave elevação e posterior queda da luz no meio do trânsito, causadas pela mudança de fases do planeta, similares às da nossa Lua. Além dessas elevação e queda, a curva de luz mostra uma pequena queda brusca, correspondente à “ocultação” que é quando o planeta passa por trás da estrela, bem no meio de cada trânsito.
Os novos dados obtidos pelo Kepler podem ser usados para estudar esse Júpiter-quente em detalhes jamais vistos. A profundidade da ocultação e o formato e amplitude da curva de luz mostram que o planeta tem uma atmosfera com uma temperatura diurna de cerca de 2.400 ºC. Pouco deste calor é levado ao frio lado noturno. O tempo de ocultação, comparado ao período total do trânsito, mostra que o planeta descreve uma órbita quase circular. A detecção da luz desse planeta confirma as previsões dos pesquisadores e dos modelos teóricos de que a emissão seria detectável pelo Kepler.
E essa descoberta também demonstra que o Kepler tem a precisão necessária para descobrir planetas do tamanho da Terra. A variação de brilho observada é apenas uma vez e meia a esperada para o trânsito de um planeta do tamanho da Terra. Mesmo sendo essa a medição de mais alta precisão jamais obtida por uma observação dessa estrela, o Kepler ficará ainda mais preciso depois que for completado o desenvolvimento do software de análise de dados.
David Koch, vice-chefe dos pesquisadores do Centro de Pesquisas Ames da NASA, em Moffet Field, Califórnia, diz: “Esses resultados preliminares mostram que o sistema de detecção do Kepler está funcionanado bem na marca. Isto é um bom augúrio para as possibilidades do Kepler detectar planetas do tamanho da Terra”.
O Kepler é uma missão NASA Discovery. O Centro Ames é responsável pelo desenvolvimento do sistema em Terra, pela operação da missão e pela análise dos dados científicos. O Laboratório de Propulsão a Jato da NASA, em Passadena, Califórnia, gerencia o desenvolvimento da missão. A Ball Aerospace and Technologies Corporation, de Boulder, Colorado, é responsável pelo desenvolvimento do sistema de voo do Kepler e pelo apoio às operações da missão.
Buraco negro “tamanho médio”
1 de julho de 2009
Os astrônomos que estudavam os dados colhidos pelo Observatório Espacial XMM-Newton de Raios-X, vindos de uma galáxia distante, toparam com algo há muito tempo procurado: um buraco negro com uma massa superior a 500 massas solares, um “elo perdido” entre os buracos negros de massa estelar – menos maciços – e o buracos negros super-maciços que costumam ficar nos centros das galáxias. Em outras palavras, um buraco negro de “tamanho médio”.
A descoberta que será publicada amanhã na Nature, foi feita por uma equipe internacional de pesquisadores que trabalham os dados do XMM-Newton, liderada por Sean Farrell do Centre d’Etude Spatiale des Rayonnements, agora na Universidade de Leicester.
Os astrônomos já conheciam os buracos negros de massa estelar (de cerca de três a cerca de vinte vezes a massa do Sol) e os super-maciços (de vários milhões a vários bilhões de vezes a massa do Sol). O enorme intervalo entre os dois extremos sugeria aos astrônomos a existência de um terceiro tipo de buracos negros, com massas de cem a várias centenas de vezes a do Sol. Porém, até agora, os cientistas não tinham conseguido descobrir um buraco negro que se enquadrasse nessas especificações.
A equipe de Farrell estava analisando dados em arquivo obtidos pelo XMMNewton, à procura de estrelas de nêutrons e anãs brancas, quando esbarrou em um objeto estranhamente peculiar, observado em 23 de novembro de 2004.
Esse objeto, chamado HLX-1 (Hyper-Luminous X-ray source 1 = Fonte de Raios-X Hiper-Luminosa), fica na periferia da galáxia ESO 243-49, a aproximadamente 290 milhões de anos-luz da Terra. Caso realmente localizado nessa galáxia distante, o HLX-1 seria altamente luminoso na faixa dos raios-X, com uma luminosidade de pico de 260 milhões de vezes a luminosidade do Sol.
Ao analisar a luz vinda do HLX-1, a equipe descobriu que a assinatura em raios-X era inconsistente com qualquer outro objeto que não fosse um buraco negro que está se alimentando da matéria próxima. A luminosidade medida era fraca demais para que o objeto estivesse dentro de nossa própria galáxia, e a ausência de emissões em luz visível e de rádio-frequência da posição do HLX-1, somada à assinatura em raios-X observada, indica que é pouco provável que seja uma galáxia ao fundo.
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Isso tudo quer dizar que a fonte de emissão dos raios-X deve estar dentro da ESO 243-49. Sua localização é muito distante do centro galático para que seja um buraco negro super-maciço e ele é muito brilhante para ser um buraco negro de massa estelar que esteja se alimentando no ritmo mais frenético.
Para se assegurar de que essa coisa era mesmo um único objeto astronômico e não um aglomerado de fontes mais tênues que brilhavam intensamente em conjunto, a equipe usou novamente o XMM-Newton para observá-lo em 28 de novembro de 2008.
Comparando os dados das duas observações, descobriu-se que a assinatura em raios-X variava significativamente no tempo, o que levou à conclusão de que se tratava de um único objeto. E a única explicação possível para sua intensa luminosidade é que se tratava mesmo de um buraco negro maior do que 500 massas solares – nenhuma outra explicação física cabia nos dados das obsevações.
Todos os outros candidatos a buracos negros de massa intermediária descobertos até agora, poderiam ser explicados por outras teorias, porém este resistiu à peneira por sem mais brilhante do que todos os candidatos anteriores em mais de 10 vezes. A equipe tinha encontrado a melhor detecção de buracos negros de massa intermediária até hoje.
Embora seja já sabido que buracos negros de massas estelares sejam os remanescentes de estrelas enormes, não se sabe ao certo como se formam os buracos negros super-maciços. Uma das possibilidades é que eles sejam gerados pela fusão de buracos negros de massa intermediária, mas, para se provar essa teoria, era necessário provar, antes de mais nada, a existência de buracos negros de massa intermediária. Daí a importância da descoberta.
A equipe planeja agora fazer novas observações do HLX-1 nas faixas de raios-X, ultravioleta, luz visível, infravermelho e rádio-frequência no futuro próximo, a fim de compreender melhor esse objeto sem par e o ambiente que o circunda.
O acelerador de partículas da Via Láctea
25 de junho de 2009
[ Traduzido daqui: Milky Way’s super-efficient particle accelerators caught in the act ]
Graças a um inédito “estudo balístico” que combina dados do Telescópio Muito Grande (Very Large Telescope) do Observatório Europeu do Sul (ESO) e do Telescópio Espacial de Raios-X Chandra da NASA, os astrônomos conseguiram solucionar um mistério antigo dos aceleradores de partículas da Via Láctea. Eles mostram, em um artigo publicado hoje em Science Express, que os raios cósmicos de nossa galáxia são acelerados de maneira muito eficiente pelos remanescentes de estrelas que explodiram.
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ESO PR Photo 23a/09 |
Durante os voos das astronaves Apollo os astronautas relataram terem observado estranhos clarões de luz, visíveis até quando estavam de olhos fechados. Desde então aprendemos que a causa disso são os raios cósmicos — partículas extremamente energéticas vindas de fora do sistema solar e que atingem a Terra, e que estão constantemente bombardeando sua atmosfera. Quando elas chegam a atingir a Terra, ainda têm energia suficiente para causar defeitos em componentes eletrônicos.
Os raios cósmicos galáticos vêm de fontes dentro de nossa galáxia, a Via Láctea, e consistem principalmente de prótons que se movem quase à velocidade da luz, o “limite máximo de velocidade” do Universo. Esses prótons foram acelerados a energias que excedem, e muito, as energias que mesmo o Grande Colisor de Hadrons (LHC) do CERN será capaz de atingir.
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ESO PR Video 23a/09 |
“Já se pensava há algum tempo que os super-aceleradores que produziam esses raios cósmicos na Via Láctea fossem as regiões circundantes às estrelas que explodiram, porém nossas observações revelam a ‘arma fumegante’ que prova isso”, diz Eveline Helder do Instituto Astronômico da Universidade de Utrecht na Holanda, a primeira autora do novo estudo.
“Pode-se dizer mesmo que nós agora confirmamos o calibre da arma usada para acelerar os raios cósmicos a suas tremendas energias”, acrescenta o colaborador Jacco Vink, também do Instituto Astronômico de Utrecht.
Pela primeira vez Helder, Vink e seus colegas conseguiram efetuar uma medição que resolve o persistente dilema sobre se as explosões de estrelas produzem ou não um número de partículas aceleradas que explique a quantidade de raios cósmicos que atingem a atmosfera da Terra. O estudo da equipe indica que elas realmente o fazem e nos diz diretamente quanta energia é tirada do gás impactado na explosão estelar e usado para acelerar partículas.
“Quando uma estrela explode no que chamamos de supernova, uma grande parte da energia da explosão é usada para acelerar algumas partículas a energias extremamente altas”, diz Helder. “A energia que é usada para acelerar partículas fica às expensas do aquecimento do gás que, portanto, fica muito mais frio do que a teoria prediz”.
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ESO PR Photo 23c/09 |
Os pesquisadores procuraram nos remanescentes de uma estrela que explodiu no ano 185, tal como registrado por astrônomos chineses. Os remanescentes, chamados de RCW 86, ficam localizados a cerca de 8200 anos-luz na direção da constelação de Circinus (o Compasso). Este é provavelmente o mais antigo registro de uma explosão de uma estrela.
Usando o VLT, a equipe mediu a temperatura do gás logo atrás da onda de choque criada pela explosão estelar. Eles também mediram a velocidade da onda de choque, usando imagens obtidas pelo Chandra, no intervalo de três anos, e descobriram que ela se movia a uma velocidade entre 10 e 30 milhões de km/h, entre 1
e 3% da velocidade da luz.
A temperatura medida do gás se revelou de 30 milhões de graus Celsius, o que é bem quente em comparação aos padrões cotidianos, mas muito menos do que o esperado, dada a velocidade medida para a onda de choque. Isto deveria ter aquecido o gás até, ao menos, meio bilhão de graus.
“A energia que falta é o que impulsiona os raios cósmicos”, conclui Vink.
Mais informações
Esta pequisa foi apresentada em um artigo a ser publicado na Science: Measuring the cosmic ray acceleration efficiency
of a supernova remnant, por E. A. Helder et al.
A equipe é composta por E.A. Helder, J. Vink e F. Verbunt
(Instituto Astronômico da Universidade de Utrecht, Holanda),
C.G. Bassa e J.A.M. Bleeker (Instituto Holandês de Pesquisas Espaciais), A. Bamba (Departamento de Astrofísica de Altas Energias ISAS/JAXA, Kanagawa, Japão), S. Funk (Instituto Kavli de Astrofísica de Partículas e Cosmologia, Stanford, EUA), P. Ghavamian
(Instituto de Ciências do Telescópio Espacial, Baltimore, EUA), K. J. van der
Heyden (Universidade de Cape Town, África do Sul), e R. Yamazaki
(Departamento de Ciência Física, Universidade de Hiroshima, Japão).
Galáxias atingem a “maioridade”
Galáxias chegam à “maioridade” em bolhas cósmicas
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A “maioridade” de galáxias e buracos negros foi identificada, graças aos novos dados do Observatório de Raios-X Chandra da NASA e outros telescópios. Esta descoberta ajuda a compreender a verdadeira natureza das gigantescas bolhas de gás observadas em torno de galáxias muito jovens.
Cerca de uma década atrás, os astrônomos descobriram imensos reservatórios de hidrogênio – que eles batizaram de “bolhas” – ao explorarem jovens galáxias distantes. As bolhas brilham luminosas no espectro visível, porém a fonte da imensa energia necessária para esse brilho e a natureza desses objetos não estavam claras.
Uma longa observação do Chandra identificou, pela primeira vez, a fonte dessa energia. Os dados de raios-X mostram que uma fonte significativa de energia dentro dessas estruturas colossais vem de buracos negros super-maciços que ficam parcialmente obscurecidos por densas camadas de poeira e gás. A pirotecnia da formação de estrelas também parece desempenhar um importante papel – dizem o Telescópio Espacial Spitzer e observações feitas do solo.
“Por dez anos os segredos das bolhas ficou escondido das vistas, mas agora descobrimos sua fonte de energia”, declarou James Geach da Universidade Durham University do Reino Unido que chefiou o estudo. “Agora podemos concluir algumas importantes discussões acerca do papel que elas desempenham na construção original das galáxias e buracos negros”.
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Acredita-se que as galáxias se formam quando o gás flui para dentro sob a ação da gravidade e resfria pela emissão de radiação. Esse processo deveria terminar quando o gás fosse aquecido pela radiação e escapasse das galáxias e seus buracos negros. As bolhas poderiam ser um sinal desse primeiro estágio, ou do segundo.
Com base nos novos dados e em argumentos teóricos, Geach e seus colegas mostram que o aquecimento do gás pelos buracos negros super-maciços e as emissões das estrelas em formação, em lugar de resfriar o gás, mais provavelmente energiza as bolhas. Isso implica em que as bolhas representam um estágio onde as galáxias e os buracos negros estão apenas começando a desligar seu rápido crescimento por causa desses processos de aquecimento. Este é um estágio crucial da evolução de galáxias e buracos negros – conhecido como “feedback” – e um que os astrônomos faz tempo tentam compreender.
“Nós estamos vendo sinais de que as galáxias e buracos negros dentro dessas bolhas que estão atingindo a maioridade e agora estão empurrando o gás para fora para impedir um futuro crescimento”, diz o co-autor Bret Lehmer, também de Durham. “As galáxias maciças têm que passar por um estágio assim, ou elas formariam estrelas demais e acabariam ficando ridiculamente grandes nos dias atuais”.
O Chandra e uma coleção de outros telescópios, inclusive o Spitzer, observaram 29
bolhas em um grande campo nos céus, batizado de “SSA22.” Essas bolhas, que medem centenas de milhares de anos-luz, são vistas como eram quando o Universo tinha apenas cerca de dois bilhões de anos, ou seja: aproximadamente 15% de sua idade atual.
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Em cinco dessas bolhas, os dados do Chandra revelaram a assinatura de buracos negros super-maciços em desenvolvimento – uma fonte puntual que brilha fortemente na faixa dos raios-X. Acredita-se que existam esses buracos negros gigantes nos centros da maioria das galáxias, inclusive a nossa. Outras três bolhas nesse campo mostram prováveis indícios desses buracos negros. Com base em outras observações, inclusive do Spitzer, a equipe de pesquisadores foi capaz de estabelecer que várias dessas galáxias também são dominadas por notáveis níveis de formação de estrelas.
De acordo com os cálculos, a radiação e os poderosos fluxos vindos desses buracos negros e estrelas em formação são suficientemente energéticos para causar o brilho do gás de hidrogênio nas bolhas onde residem. Nos casos onde as assinaturas desses buracos negros não foram detectadas, as bolhas são, em geral, menos luminosas. Os autores mostram que buracos negros com energia suficiente para “iluminar” essas bolhas ainda seriam muito fracos para serem detectados, dada a extensão das observações feitas pelo Chandra.
Além de explicar a fonte de energia dessas bolhas, esses resultados ajudam a explicar seu futuro. Dentro do cenário de aquecimento, o gás nessas bolhas não se resfriaria para formar estrelas e iria se somar ao gás aquecido que se encontra nos espaços intergaláticos. A própria SSA22 pode evoluir para um maciço aglomerado galático.
Segundo Geach: “No início, as bolhas devem ter alimentado suas galáxias, mas o que vemos agora parecem mais ser sobras. Isso quer dizer que teremos que procurar ainda mais atrás no tempo para flagrar as galáxias e buracos negros no ato de formarem bolhas”.
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Esses resultados serão publicados na edição de 10 de julho da Astrophysical Journal. O Centro de Voo Espacial Marshall da NASA, em Huntsville, Alabama, gerencia o programa Chandra para a Diretoria de Missões Científicas da NASA em Washington.
O Smithsonian Astrophysical Observatory controla as operações científicas e de voo do Chandra desde Cambridge, Massachusets.
Magnetar!
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| IIlustração de um magnetar |
[Traduzido daqui: Giant eruption reveals ‘dead’ star]
16 de junho de 2009
Uma enorme erupção chegou à Terra, após uma viagem de milhares de anos através do espaço. Ao estudar essa explosão com os observatórios espaciais XMM-Newton e Integral da Agência Espacial Européia (ESA), os astrônomos descobriram uma estrela “morta” de um tipo raro: os magnetares.
O jato de raios-X emitidos pela explosão chegaram à Terra em 22 de agosto de 2008 e acionaram um sensor automático do satélite Swift da NASA. Apenas doze horas depois, o XMM-Newton “zerou” no alvo e começou a coletar a radiação, o que permitiu o mais detalhado estudo espectral do decaimento da radiação da explosão de uma estrela que se transformou em um magnetar.
A emissão de raios-X durou por mais de quatro meses, durante os quais centenas de jorros menores foram medidos. Nanda Rea da Universidade de Amsterdam, que liderou a equipe de pesquisa, explica: “Os magnetares nos permitem estudar condições extremas da matéria que não podem ser reproduzidas na Terra”.
Os magnetares são os objetos mais intensamente magnetizados do universo. Seus campos magnéticos são cerca de 10 bilhões de vezes mais fortes do que o da Terra. Se um magnetar surgisse magicamente à meia distância da Terra para a Lua, seu campo magnético apagaria os dados de todos os cartões de crédito na face da Terra.
Estima-se que este magnetar em particular, conhecido como SGR 0501+4516, fique a cerca de 15.000 anos-luz de distância, e ele era desconhecido até que suas emissões o denunciaram. Uma explosão ocorre quando a configuração instável do campo magnético impele para fora a crosta do magnetar, permitindo que a matéria se espalhe pelo espaço em uma erupção vulcânica exótica. Essa matéria interage com o campo magnético que pode, ele próprio, mudar sua configuração, o que libera ainda mais energia. E é aqui que entra em cena o Integral.
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| Observação do Integral |
Apenas cinco dias após a grande erupção, o Integral detectou raios-X altamente energéticos que vinham da explosão, em uma faixa de energia além daquela visível pelo XMMNewton. Foi a primeira vez que uma emissão transitória de raios-X foi detectada durante a explosão. Ela desapareceu em 10 dias e, provavelmente, foi gerada com a mudança da configuração magnética.
Explosões de magnetares podem atingir a Terra com a mesma energia de uma erupção solar, muito embora eles estejam longe de nós, enquanto o Sol está bem próximo. Existem duas teorias sobre como se formam os magnetares. Uma diz que são os pequenos núcleos remanescentes da explosiva morte de uma estrela altamente magnética. No entanto, essas estrelas altamente magnéticas são muito raras – apenas umas poucas são conhecidas em nossa galáxia. A outra supõe que, durante a morte de uma estrela comum, seu pequeno núcleo é acelerado, criando um dínamo que reforça seu campo magnético, o que a tranforma em um magnetar.
Atualmente a maior parte dos astrônomos está a favor da primeira hipótese, mas ainda não há uma prova conclusiva. “Se pudéssemos apenas encontrar um magnetar em um aglomerado de estrelas altamente magnéticas, isso seria a prova”, argumenta Rea.
Até agora, somente 15 magnetares ao todo são conhecidos em nossa galáxia. O SGR 0501+4516 é o primeiro novo repetidor de raios-Gama suaves, um dos dois tipos conhecidos de magnetares, descoberto após um ano de buscas. De forma que os astrônomos continuam a procurar por outros mais, esperando pela próxima erupção gigante. No que toca ao recém-descoberto SGR 0501+4516, a equipe terá a oportunidade de voltar e observá-lo novamente no ano que vem com o XMM-Newton. Agora que eles sabem para onde olhar, esperam detectar o objeto em um estado mais pacífico – em lugar de uma explosão – de forma a poderem estudar a calmaria que se segue à tempestade.
Artigo publicado:
“The first outburst of the new magnetar candidate SGR 0501+4516” por N.Rea, G.L. Israel, R. Turolla, P. Esposito, S. Mereghetti, D. Gotz, S. Zane, A. Tiengo, K. Hurley, M. Feroci, M. Still, V. Yershov, C. Winkler, R. Perna, F. Bernardini, P. Ubertini, L. Stella, S. Campana, M. van der Klis, P.M. Woods, publicado ontem na versão online de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Mapeando os raios cósmicos
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| Standard Radiation Environment Monitor (SREM) |
Missões recém-lançadas estendem a capacidade da ESA para o mapeamento da radiação no espaço
3 de junho de 2009
Enquanto os observatórios Herschel e Planck se dirigem para suas órbitas finais a 1,5 milhões de quilômetros da Terra, cada uma das naves leva um pequeno, porém importante, passageiro a bordo – um dispositivo do tamanho de uma caixa de sapatos, o mais recente de uma família de monitores que pegam carona nas missões da ESA para mapear as variações nas radiações em diferentes regiões do espaço.
O instrumento é conhecido como Standard Radiation Environment Monitor
(SREM) (Monitor Padrão de Radiação Ambiente) e foi projetado para detectar partículas altamente carregadas expelidas pelo Sol, as que envolvem a Terra nos cinturões de radiação, ou as que têm origem no espaço interestelar – conhecidas como “raios cósmicos”. O principal propósito do SREM é identificar os perigos de radiação que ameacem suas espaçonaves hospedeiras, porém também fornecem um quadro detalhado da radiação ambiente no espaço.
Herschel e Planck estão transportando seus SREMs para o distante Segundo Ponto Lagrangiano (L2), um ponto no espaço onde as gravidades do Sol e da Terra combinadas mantém a espaçonave orbitando o Sol na mesma velocidade da Terra. Esses monitores vão se juntar a outros SREMs que já estão em funcionamento em várias outras órbitas:
- em órbita baixa na Terra, o mini-satélite Proba-1
- em órbita média na Terra o satélite de teste GIOVE-B, lançado para testar o sistema de navegação do Galileu
- no observatório de raios gama INTEGRAL cuja órbita altamente excêntrica o leva a um máximo de 153.000 km de distância da Terra
- e a bordo da missão de encontro com cometa Rosetta, no espaço profundo além de Marte.
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| Dados de unidades SREM após o lançamento (acima: Herschel, abaixo: Planck) |
“Pela primeira vez fomos capazes de observar os mesmos eventos gerados por partículas energéticas vindas do Sol de diferentes posições no Sistema Solar ao mesmo tempo, usando basicamente o mesmo instrumento”, disse Petteri Nieminen da seção de Efeitos e Ambientes Espaciais da ESA. “Isso é uma coisa sem precedentes”.
O campo magnético da Terra a protege das radiações interplanetárias, mas essa proteção diminui com a distância. O SREM na menor altitude, a bordo do Proba-1, orbita basicamente dentro dessa “magnetosfera”, embora sua trajetória passe através de uma zona de incidência de partículas altamente energéticas conhecida como Anomalia do Atlântico Sul.
Os SREMs em órbitas mais altas passam totalmente da magnetosfera, atravessando as faixas de partículas radiativas aprisionadas conhecidas como Cinturões de Van Allen, enquanto que ps SREMs a bordo da Rosetta, e agora do Herschel e do Planck colhem amostras da radiação longe da órbita terrestre no espaço interplanetário.
Os dispositivos podem ser encarados como os equivalentes em satélites aos dosímetros de radiação usados pelos astronautas em órbita. Altos níveis de radiação podem estragar os dispositivos eletrônicos de espaçonaves, assim como materiais cruciais a bordo, tais como lentes de sensores e células solares. Porém, seu efeito no corpo humano sem proteção seria ainda pior.
“A radiação será uma questão crucial quando chegarmos ao planejamento de futuras missões tripuladas de exploração da superfície lunar e de Marte”, explica Nieminen. “A exposição aos prótons e elétrons da mais alta energia detetados pelos SREM poderia causar sérios casos de envenenamento por radiação em astronautas desprotegidos”.
O projeto do SREM incorpora diodos que geram um campo elétrico mensurável quando entram em contato com partículas energéticas carregadas. Colocados atrás de entradas cônicas, esses diodos são sensíveis à direção, assim como à carga e energia das partículas incidentes.
Um lote de unidades SREM foi contruído em 2000 pela firma suíça Oerlikon Space (então conhecida como Contraves) que trabalhou em conjunto com o Instituto Paul Scherrer, da Suíça, sob contrato com a ESA.
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| Herschel e Planck |
O projeto foi desenvolvido a partir de um antigo Monitor de Radiação Ambiente (Radiation Environment Monitor = REM) empregado no satélite STRV 1B do Reino Unido e na Estação Espacial Mir durante a década de 1990. O primeiro SREM foi para o espaço a bordo do satélite STRV-1c, mas seu funcionamento foi abruptamente abreviado por uma falha na espaçonava. Com mais seis unidades agora no espaço, continuam disponíveis três outras SREMs para futuras oportunidades.
Os resultados dos SREM em operação até esta data estão servindo para realimentar os projetos de futuras espaçonaves. A órbita da GIOVE-B, por exemplo, a conduz através do extremamente radiativo Cinturão Exterior de Van Allen e suas descobertas auxiliaram a calcular a blindagem necessária para os satélites da série Galileo que a seguiram.
“Os modelos anteriores com que vinhamos trabalhando, se baseavam em dados da NASA dos anos 1960-70”, diz Nieminen . “Porém, com um instrumento europeu nós fomos capazes de realmente quantificar a radiação e, com efeito, constatamos algumas divergências entre os velhos modelos e o que observamos por nós próprios”.
Os mais recentes SREMs vão sondar as condições de radiação prevalentes em L2, provavelmente dados valiosos para as várias novas missões nessa década previstas para essa área, inclusive a missão GAIA da ESA e o Telescópio Espacial James Webb, uma missão conjunta ESA-NASA.
Futuras missões provavelmente portarão seus próprios detectores de radiação: a seção de Ambientes e Efeitos Espaciais da ESA está planejando o desenvolvimento da próxima geração de unidades que serão muito mais compactas do que os 2,5 kg do SREM e terão uma performance melhor.
Os atuais SREMs demonstraram ter realmente uma sensibilidade muito alta, recorda-se Nieminen: “Em 27 de dezembro de 2004, a unidade a bordo da missão INTEGRAL conseguiu detectar um clarão em raios-X vindo de uma estrela de nêutrons, ao mesmo tempo que o satélite hospedeiro, coisa que ele jamais foi projetado para fazer”.
“O universo assombrado por fantasmas” (eu acho que alguém já usou esse título…)
Esta é uma imagem composta de uma pequena região do Campo Profundo Norte do Chandra. Em azul aparece uma imagem profunda do Observatório Chandra de Raios-X e, em vermelho, uma imagem do Multi-Element Radio Linked
Interferometer Network (MERLIN), um conjunto de rádio-telescópios com base na GrãBretanha. Outra imagem do Sloan Digital Sky Survey
(SDSS) aparece em branco, amarelo e laranja.
O objeto difuso em azul próximo do centro da imagem parece ser um “fantasma” cósmico gerado por uma enorme erupção de um buraco negro super-maciço em uma galáxia distante. Esse fantasma em Raios-X, também conhecido como HDF 130, é o remanescente de poderosas ondas de rádio, emitidas por partículas que se afastavam do buraco negro quase à velocidade da luz, ondas essas que já morreram. Quando os elétrons irradiam sua energia, produzem raios-X pela interação com o onipresente mar de fótons remanescentes do Big Bang – a radiação cósmica de fundo. As colisões entre esses elétrons e os fótons do fundo podem transferir energia suficiente aos fótons para enviá-los para a faixa de energia dos raios-X. O formato de charuto do HDF 130 e seu comprimento de cerca de 2,2 milhões de anos-luz são consistentes com as propriedades dos jatos de rádio.
O HDF 130 está a mais de 10 bilhões de anos-luz de distância e existiu a uns 3 bilhões de anos depois do Big Bang, quando as galáxias e os buracos negros estavam se formando em um ritmo acelerado. Perto do centro desse fantasma em raios-X fica uma fonte de rádio puntual que indica a presença de um buraco negro super-maciço em crescimento. Essa fonte corresponde à localização de uma galáxia elíptica maciça visível em imagens ópticas muito profundas (não exibidas aqui). O objeto vermelho nas vizinhanças, na imagem do SDSS, logo acima e à direita da fonte de rádio, é outra galáxia – não relacionada com o caso – que fica mais próxima da Terra.
Créditos: X-ray: NASA/CXC/IoA/A. Fabian et al.; Optical: SDSS; Radio: STFC/JBO/MERLIN
Bisbilhotando um buraco negro
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Buraco negro super-maciço
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XMM-Newton leva os astrônomos até a borda de um buraco negro
27 de maio de 2009
Usando os novos dados coletados pelo observatório espacial da ESA XMM-Newton, os astrônomos conseguiram chegar mais perto do que nunca de um buraco negro super-maciço que fica lá no fundo do centro de uma galáxia ativa distante.
A galáxia – conhecida como 1H0707-495 – foi observada durante quatro órbitas de 48 horas cada do XMM-Newton
em torno da Terra, a partir de janeiro de 2008. Pensava-se que o buraco negro em seu centro estivesse parcialmente obscurecido por nuvens intermediárias de gás e poeira, mas essas observações atuais revelaram as mais distantes profundezas da galáxia.
“Agora podemos começar a mapear a região imediatamente em volta do buraco negro”, comentou Andrew Fabian, da Universidade e Cambridge, que chefiou as observações e análises.
Quando a matéria despenca para dentro de um buraco negro super-macicço, são produzidos raios X. Os raios X iluminam e são refletidos pela matéria antes de sua eventual acreção. Os átomos de ferro no fluxo gravam as características linhas de ferro na luz refletida. Essas linhas de ferro são distorcidas de várias formas características: elas são afetadas pela velocidade dos átomos de ferro em órbitas, pela energia necessária para que os raios X escapem do campo gravitacional do buraco negro, e pela rotação do buraco negro. Todas essas características mostram aos astrônomos que eles estão rastreando matéria em um raio igual ao dobro do raio do próprio buraco negro.
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O XMM-Newton
detectou duas características de brilho da emissão de ferro nos raios X refletidos que nunca antes tinham sido vistos juntas em uma galáxia ativa. Essas características de brilho são conhecidas como as linhas L e K do ferro e só podem ser tão brilhantes se houver uma grande abundância de ferro. Ver ambas nessa galáxia sugere que seu núcleo é muito mais rico em ferro do que o resto da galáxia.
A emissão direta de raios X varia em brilho com o tempo.
Durante a observação, a linha L do ferro estava brilhante o suficiente para que sua variação fosse acompanhada.
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| O XMM-Newton |
Uma meticulosa análise estatística dos dados revelou uma defasagem de 30 segundos entre as mudanças na luz em raios X observada diretamente e a vista a partir da reflexão pelo disco. Esse retardo no eco permitiu a medição do tamanho da região refletiva, o que leva a uma massa estimada entre 3 a 5 milhões de massas solares para o buraco negro.
As observações das linhas de ferro também revelaram que o buraco negro está girando muito rapidamente e engolindo matéria de modo tão rapido que chega ao limite de sua capacidade teórica de absorver matéria, devorando o equivalente a duas Terras por hora.
A equipe continua a rastrear a galáxia usando sua nova técnica. Ainda há muita coisa para estudar. Longe de ser um processo contínuo, como a água escorrendo por um dreno, um buraco negro é um comilão desastrado. “A acreção é um processo muito tumultuado por causa dos campos magnéticos envolvidos”, explica Fabian.
A nova técnica permitirá aos astrônomos mapear o processo em toda sua gloriosa complexidade, levando-os a regiões jamais vistas na própria borda deste e de outros buracos negro super-macicços.
O artigo “The detection of Broad Iron K and L line emission in the Narrow-Line
Seyfert 1 Galaxy 1H0707-495 using XMM-Newton”, de A. Fabian et al. será publicado amanhã na Nature.
