Novo tipo de estrela “nova”: “kilonova”
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GRB 130603B. 13 de junho de 2013. Crédito: HubbleSite, NASA. |
Os indícios residem na detecção de um novo tipo de explosão estelar, batizado de “kilonova”, que resulta da energia liberada quando um par de objetos compactos se espatifam mutuamente. O Hubble observou, no último mês, a cada vez menos brilhante bola de fogo que se seguiu a uma curta erupção de raios gama (gamma ray burst = GRB) em uma galáxia a quase 4 bilhões de anos-luz da Terra. Era previsto que o fenômeno de uma kilonova acompanhasse uma GRB de curta duração, mas isto ainda não tinha sido visto.
“Esta observação finalmente resolve o mistério da origem das erupções de raios gama de curta duração”, afirmou Nial Tanvir da Universidade de Leicester no Reino Unido. Tanvir liderou uma equipe de pesquisadores que usaram o Hubble para estudar a recente GRB de curta duração. “Vários astrônomos, inclusive nosso grupo, já tinham apresentado muitos indícios de que as erupções de raios gama de longa duração (aqueles que duram mais que dois segundos) são produzidos pelo colapso de estrelas extremamente massivas. Mas só tínhamos fracos indícios circunstanciais de que as erupções curtas fossem produzidas pela fusão de objetos compactos. Este resultado parece dar a prova definitiva que apoia este cenário”.
Os resultados da equipe estão publicados na edição especial online de hoje da Nature.
Uma kilonova é cerca de 1.000 vezes mais brilhante do que uma nova, que é causada pela erupção de uma anã branca. A auto-detonação de uma estrela massiva, uma supernova, pode ser até 100 mais brilhante do que uma kilonova. As erupções de raios gama são misteriosos flashes de intensa radiação de alta energia que aparecem de direções aleatórias no espaço. Erupções de curta duração duram no máximo alguns segundos, no entanto, algumas vezes, produzem tênues rastros luminosos em luz visível e infravermelha que persiste por várias horas e mesmo dias. Esses rastros luminosos ajudaram aos astrônomos a estabelecer que as GRBs vêm de galáxias distantes.
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Concepção artística da fusão de duas estrelas de nêutrons. Crédito: HubbleSite NASA. |
Os astrofísicos predisseram que as GRBs de curta duração seriam criados quando um par de estrelas de nêutrons super-densas em um sistema binário espiralassem até colidir. Enquanto este evento está acontecendo, o sistema emite radiação gravitacional que cria pequenas ondas na tessitura do espaço-tempo. A energia dissipada pelas ondas faz com que as duas estrelas se aproximem ainda mais. Nos milissegundos finais, antes da explosão, as duas estrelas se fundem em uma espiral mortal que expele material altamente radioativo. Esse material se aquece e se expande, emitindo um jato de luz.
Em um recente artigo científico Jennifer Barnes e Daniel Kasen da Universidade da California em Berkeley e do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley apresentaram novos cálculos predizendo como as kilonovas deveriam parecer. Eles predisseram que o mesmo plasma quente que produz a radiação, também bloquearia a luz visível, fazendo com que o jorro de energia da kilonova exsudasse na forma de infravermelho próximo por vários dias.
Uma inesperada oportunidade para testar este modelo apareceu em 3 de junho, quando o Telescópio Espacial Swift da NASA captou a erupção de raios gama extremamente brilhante, catalogada como GRB 130603B. Embora o clarão inicial de raios gama tenha durado apenas um décimo de segundo, ele era aproximadamente 100 bilhões de vezes mais brilhante que o subsequente flash da kilonova.
Desde 12-13 de junho, o Hubble varreu o local da erupção inicial, localizando um tênue objeto avermelhado. Uma análise independente dos dados de outra equipe de pesquisas confirmou a detecção. As observações subsequentes do Hubble em 3 de julho revelaram que a fonte tinha se apagado, comprovando assim que o brilho em infravermelho era de uma explosão causada pela fusão de dois objetos.
Para imagens e mais informações sobre a kilonova, visite:
http://hubblesite.org/news/2013/29
Para mais informações sobre o Telescópio Espacial Hubble, visite:
Gotículas líquidas dão pistas sobre comportamentos quânticos
Traduzido de: Liquid Droplets Reveal Clues To Quantum Behavior
Uma experiência que pode revelar os detalhes de pequena escala do universo.
Charles Q. Choi é um escritor de ciências freelance da Cidade de Nova York, que já escreveu para o The New York Times, Scientific American, Wired, Science, Nature e várias outras publicações.
Galáxias apagadas
Quando as galáxias desligam
A prospecção COSMOS do Hubble resolve o mistério das galáxias “exauridas”
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Algumas galáxias chegam a um ponto de suas vidas onde a formação de estrelas acaba e elas se tornam “exauridas”. Galáxias exauridas no passado distante parecem ser bem menores do que as galáxias exauridas no universo atual. Isto sempre intrigou os astrônomos – como podem essas galáxias crescer se elas não estão mais formando estrelas? Agora uma equipe de astrônomos usou um grande conjunto de dados de observações do Hubble para dar uma resposta surpreendentemente simples para este enigma cósmico que resistiu tanto tempo.
Até hoje se pensava que essas pequenas galáxias mortas cresciam e se tornavam as galáxias exauridas maiores que vemos em nossas proximidades.
Como essas galáxias não estão mais formando novas estrelas, se pensava que elas cresciam mediante colisões e fusões com outras pequenas galáxias exauridas, de umas cinco a dez vezes menos massivas do que elas. Entretanto, para que essas fusões acontecessem, deveria haver várias dessas galáxias menores por aí para servir de alimento para a população exaurida – só que não vemos isso.
Até recentemente, não era possível explorar um número suficiente de galáxias exauridas, porém agora uma equipe de astrônomos usou os dados de observações da Hubble COSMOS survey para identificar e contar essas galáxias “apagadas” ao longo dos últimos oito bilhões da história cósmica.
“O aparente inchaço de galáxias exauridas tem sido um dos maiores mistérios acerca da evolução das galáxias por muitos anos”, diz Marcella Carollo do ETH Zurique, Suíça, uma dos principais autores de um novo artigo que explora essas galáxias. “Nenhuma coleção de imagens era grande o suficiente para nos permitir estudar o enorme número dessas galáxias de uma mesma maneira – até a COSMOS do Hubble”, acrescenta do co-autor Nick Scoville da Caltech, EUA.
A equipe usou o grande conjunto de imagens da COSMOS [1], em conjunto com observações adicionais do Telescópio Canadá-França-Hawaii e do Telescópio Subaru, ambos no Hawaii, EUA, para bisbilhotar quando o universo tinha menos de metade de sua idade atual. Estas observações mapearam uma área nos céus nove vezes o tamanho de uma Lua cheia.
As galáxias exauridas vistas nesses tempos são pequenas e compactas – e, surpreendentemente, parecem continuar assim. Em lugar de se exaurirem e crescerem através de fusões ao longo do tempo, essas pequenas galáxias, em sua maioria, normalmente mantém o tamanho que alcançaram quando sua formação de estrelas foi desligada [2]. Então, por que vemos essas galáxias aparentemente crescendo ao longo do tempo?
“Descobrimos que um grande número de galáxias maiores apenas desligou mais tarde, juntando-se a suas irmãs exauridas e dando a falsa impressão de uma galáxia individual crescendo ao longo do tempo”, diz o co-autor Simon Lilly, também do ETH Zurique. “É algo como afirmar que o aumento do tamanho médio dos apartamentos em uma cidade não é devido à adição de novos cômodos aos edifícios velhos, mas sim à construção de novos apartamentos maiores”, acrescenta o co-autor Alvio Renzini do Observatório de Padua do INAF da Itália.
Isso nos diz um bocado sobre como as galáxias evoluíram nos últimos oito bilhões de anos da história do universo. Já se sabia que as galáxias com formação ativa de estrelas eram menores no universo primordial, o que explica porque as galáxias eram menores quando se exauriram naqueles tempos.
“A COSMOS nos deu simplesmente o melhor conjunto de observações para este tipo de trabalho – ela nos permite estudar um grande número de galáxias exatamente da mesma maneira, o que não era possível antes”, acrescenta o co-autor Peter Capak, também do Caltech. “Nosso estudo oferece uma explicação surpreendentemente simples e óbvia para esse enigma. E sempre que vemos simplicidade na natureza em meio a uma aparente complexidade, isso é muito gratificante”, conclui Carollo.
Notas
[1] Ao realizar a prospecção COSMOS, o Hubble fotografou 575 quadros do universo que se sobrepõem ligeiramente, com a Advanced Camera for Surveys (ACS) nele embarcada. Isto levou quase 1000 horas de observação e foi o maior projeto conduzido com o Hubble. Esta prospecção se provou de um valor incomensurável; ela ajudou a mapear a matéria escura em 3D, a compreender melhor o efeito de lentes gravitacionais, e a caracterizar a expansão do universo.
[2] Ainda existe a possibilidade de crescimento através de fusões para esta população, mas não de sua maior parte, como se pensava antes.
[3] O Telescópio Espacial Hubble é uma cooperação internacional entre ESA e NASA.
[4] A pesquisa foi apresentada em um artigo intitulado “Newly-quenched galaxies as the cause for the apparent evolution in average size of the population”, a ser publicado em The Astrophysical Journal.
[5] A equipe internacional de astrônomos deste estudo consiste de C. M. Carollo (ETH Zurique), T. J. Bschorr (ETH Zurique), A. Renzini (Observatório de Padova, Itália), S. J. Lilly (ETH Zurique), P. Capak (Centro de Ciência Spitzer, CalTech, EUA), A. Cibinel (ETH Zurique), O. Ilbert (Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, França), M. Onodera (ETH Zurique), N. Scoville (CalTech, EUA), E. Cameron (ETH Zurique), B. Mobasher (Universidade da California, EUA), D. Sanders (Universidade do Hawaii, EUA), Y. Taniguchi (Universidade Ehime, Japão).
Outras informações
Crédito da imagem: NASA, ESA, M. Carollo (ETH Zurich)
Links
Artigo da pesquisa: http://www.spacetelescope.org/static/archives/releases/science_papers/heic1313a.pdf
Prospecção COSMOS: http://cosmos.astro.caltech.edu/
Imagens do Hubble: http://www.spacetelescope.org/images/archive/category/spacecraft/
Os Cinturões de Van Allen são aceleradores de partículas
NASA’s Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md.
Os cientistas descobriram um enorme acelerador de partículas no coração de uma das regiões mais inóspitas do espaço próximo da Terra, uma região povoada por partículas carregadas e super-energéticas, chamadas de Cinturões (de Radiação) de Van Allen. Os cientistas sabiam que algo no espaço acelerava as partículas dentro dos cinturões de radiação acima de 99% da velocidade da luz, mas eles não sabiam o que esse “algo” era. Novos resultados das Sondas Van Allen da NASA mostram que a energia aceleradora vem de dentro dos próprios cinturões. As partículas em seu interior parecem levar um chute de energia, o que as acelera cada vez mais, de forma muito parecida a empurrões perfeitamente sincronizados em um balanço em movimento.
A descoberta de que as partículas são aceleradas por uma fonte local de energia é comparável à descoberta de que os furacões nascem de uma fonte de energia local, tal como uma região de águas oceânicas aquecidas. No caso dos cinturões, a fonte é uma região de intensas ondas eletromagnéticas que tira energia de outras partículas localizadas na mesma região. Conhecer a localização da acleração irá ajudar os cientistas a melhorar as previsões do tempo espacial, porque mudanças nos cinturões de radiação podem trazer riscos para os satélites em órbita próxima da Terra. Os resultados foram publicados hoje na Science.
De forma a que os cientistas pudessem compreender melhor o que se passa dentro dos cinturões, as Sondas Van Allen foram projetadas para voar direto por dentro dessa área turbulenta do espaço. Quando missão foi lançada em agosto de 2012, ela tinha como objetivos principais compreender como as partículas dentro dos cinturões eram aceleradas até essas energias ultra-altas e como essas partículas, algumas vezes, logravam escapar. Ao estabelecer que essa aceleração ultra-intensa vem desses “chutes” locais de energia – e não de um processo mais generalizado – os cientistas conseguiram responder definitivamente a uma dessas importantes questões pela primeira vez.
“Este é um dos resultados mais esperados e entusiasmantes das Sondas Van Allen”, declara David Sibeck, cientista do projeto das Sondas Van Allen no Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, Maryland. “É o principal motivo pelo qual a missão foi lançada”.
Os cinturões de radiação foram descobertos com o lançamento dos primeiros satélites americanos que chegaram com sucesso ao espaço, Explorer I e III. Rapidamente se percebeu que os cinturões eram um dos ambientes mais perigosos que uma espaçonave poderia enfrentar. A maior parte das órbitas de satélites é escolhida para se encolher por baixo dos cinturões de radiação, ou para circular por fora deles, ou ainda, como no caso dos satélites do GPS, operar entre os dois cinturões. Quando os cinturões oscilam, por causa do “mau tempo” espacial, eles podem abranger essas espaçonaves, expondo-as a perigosas radiações. De fato, a maior parte dos defeitos permanentes nas espaçonaves foi causada pela radiação. Com um aviso suficiente, a tecnologia pode ser protegida das piores consequências, mas este aviso só pode ser emitido se realmente conhecermos a dinâmica do que acontece dentro dos misteriosos cinturões.
“Até a década de 1990, nós pensávamos que os cinturões de Van Allen eram bem-comportados e mudavam lentamente”, esclarece Geoff Reeves, o primeiro autor do artigo e pesquisador dos cinturões de radiação no Laboratório Nacional de Los Alamos, Novo México. “A cada nova medição realizada, entretanto, percebemos o quão rápido e de maneira imprevisível os cinturões mudavam. Eles basicamente jamais estão em equilíbrio, mas em um estado de contínua mudança”.
De fato, os cientistas perceberam que os cinturões nem sequer mudam de maneira consistente em resposta ao que parecem ser estímulos similares. Algumas tempestades solares faziam os cinturões se intensificarem; outras os tornavam esgotados; e algumas pareciam nem ter qualquer efeito. Tais efeitos disparatados a eventos aparentemente similares sugeriam que esta região era muito mais misteriosa do que se pensava. Para compreender – e, eventualmente, ser capaz de predizer – quais tempestades solares intensificariam os cinturões de radiação, os cientistas precisavam saber de onde vinha a energia que acelerava as partículas.
As Sondas gêmeas Van Allen foram projetadas para distinguir duas possibilidades genéricas sobre os processos que aceleravam as partículas a tais impressionantes velocidades: aceleração radial ou aceleração local. No caso da aceleração radial, as partículas são transportadas perpendicularmente aos campos magnéticos que envolvem a Terra, das áreas de menor intensidade magnética, longes da Terra, até áreas de intensa força magnética, próximas da Terra. As leis da física ditam que as velocidades das partículas neste cenário aumentará com a intensificação dos campos magnéticos. Assim, as velocidades das partículas deveriam aumentar ao se aproximarem da Terra, de forma muito parecida com a que uma pedra que rola morro abaixo aumenta de velocidade simplesmente devido à gravidade. No caso da aceleração local, a teoria afirma que as partículas recebam energia de uma fonte local, de forma mais parecida com a qual as águas aquecidas dos oceanos alimentam furacões acima delas.
Para poder distinguir entre essas duas possibilidades, as Sondas Van Allen consistem de duas espaçonaves. Com dois conjuntos de observações, os cientistas podem medir as partículas e as fontes de energia em duas regiões do espaço simultaneamente, o que é crucial para distinguir entre causas locais e as que têm origem remota. Igualmente, cada espaçonave é equipada com sensores para medir a energia e a posição das partículas e determinar o ângulo de ataque – ou seja, o ângulo do movimento com respeito aos campos magnéticos da Terra. Tudo isso iria variar de maneiras diferentes, dependendo das forças que agem sobre elas, o que auxiliou os cientistas a distinguir entre as teorias.
Equipados com esses dados, Reeves e sua equipe observaram uma rápida elevação da energia de elétrons de alta energia em 9 de outubro de 2012. Se a aceleração desses elétrons estivesse ocorrendo por causa do transporte radial, os efeitos medidos começariam longe da Terra e se movendo para dentro, devido ao próprio formato e a própria intensidade desses campos envoltórios. Em tal cenário, as partículas que se movessem através dos campos magnéticos pulariam naturalmente de um par o seguinte, em cascata, arrebanhando energia durante o caminho – similar ao cenário da pedra que rola morro abaixo.
No entanto as observações não mostraram uma intensidade que se formasse mais afastada da Terra e gradualmente se movesse para dentro. Em lugar disto, elas mostraram um aumento de energia que começava bem no meio dos cinturões de radiação e gradualmente se espalhava tanto para dentro, como para fora, o que implicava em uma fonte de aceleração local.
“Neste caso em particular, toda aceleração ocorreu em um período de cerca de 12 hors”, relata Reeves. “Com as medições anteriores, um satélite só seria capaz de voar através de um tal evento uma vez e não teria a chance de testemunhar as mudanças realmente acontecendo. Com as Sondas Van Allen tínhamos dois satélites e, assim, pudemos observar como as coisas se modificam e onde essas mudanças começam”.
Os cientistas acreditam que estes novos resultados levarão a melhores previsões sobre a complexa cadeia de eventos que intensificam os cinturões de radiação a níveis que podem danificar satélites. Muito embora o trabalho demonstre que a energia local vem de ondas eletromagnéticas que percorrem os cinturões, não se sabe exatamente quais dessas ondas podem ser a causa. Durante o conjunto de observações descrito no artigo, as Sondas Van Allen observaram um tipo específico de onda, chamadas ondas corais, ao mesmo tempo que as partículas eram aceleradas, porém serão necessários mais estudos até que se estabeleça uma relação de causa e efeito.
“Este artigo ajuda a diferenciar entre duas soluções genéricas”, ressalva Sibeck. “Ele demonstra que a aceleração pode ocorrer localmente. Agora, os cientistas que estudam ondas e campos magnéticos vão se debruçar sobre o problema e descobrir que tipo de onda forneceu o empuxo”.
Felizmente, esta tarefa também será auxiliada pelas Sondas Van Allen Probes, que também são cuidadosamente projetadas para medir e distinguir entre os diversos tipos de ondas eletromagnéticas.
“Quando os cientistas projetaram a missão e os instrumentos das sondas, eles contemplaram as dúvidas científicas e disseram: ‘Esta é uma grande oportunidade para fazer algumas descobertas fundamentais sobre como as partículas são aceleradas’ “, disse Nicola J. Fox, cientista associado do projeto no Laboratório de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins em Laurel, Maryland. “Com cinco conjuntos idênticos de instrumentos a bordo de cada espaçonave – cada um com um amplo espectro de detecção de ondas e partículas – nós temos a melhor plataforma já criada para poder compreender melhor esta região crítica do espaço acima da Terra”.
O Laboratório de Física Aplicada construiu e opera as Sondas gêmeas Van Allen para a Diretoria de Missões Científicas da NASA. As Sondas Van Allen são a segunda missão do programa Living With a Star NASA, gerenciado pelo Centro Goddard, para explorar os aspectos do sistema Sol-Terra que afetam diretamente a vida e a sociedade.
Para mais informações sobre as sondas Van Allen (em inglês), visite:
A fotossíntese vista do espaço
NASA’s Earth Science News Team
Cientistas da NASA estabeleceram uma nova maneira de utilizar satélites para medir o que acontece dentro das plantas a nível celular
Plantas crescem e prosperam através da fotossíntese, um processo que converte a luz do Sol em energia. Durante a fotossíntese, as plants emitem o que se chama de fluorescência – uma luz invisível a olho nu, porém detectável pelos satélites que orbitam a centenas de quilômetros acima da Terra. Os cientistas da NASA conseguiram estabelecer um processo para transformar esses dados dos satélites em mapas globais do fenômeno sutil com um detalhe sem precedentes.
Crédito: NASA’s Goddard Space Flight Center
Plantas saudáveis usam a energia da luz do Sol para realizar a fotossíntese e re-emitem parte dessa luz na forma de um brilho tênue porém mensurável. Em essência, uma abundante fluorescência indica uma ativa fotossíntese e uma planta saudável, enquanto que pouca ou nenhuma fluorescência indica que a planta está estressada ou morrendo. Mapas desse fenômeno dão aos cientistas um vislumbre direto da saúde das plantas.
Os novos mapas – produzidos por Joanna Joiner do Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, Maryland, e seus colegas – anunciam um aumento de 16 vezes na resolução espacial e de 3 vezes na resolução temporal maiores do que os mapas de prova-de-conceito apresentados em 2011, obtidos de outro instrumento de satélite. Melhores medições globais podem ser úteis para fazendeiros interessados em indícios antecipados de estresse sobre colheitas e para ecologistas que procuram compreender melhor os processos globais da vegetação e dos ciclos de carbono.
“Pela primeira vez, somos capazes de mapear em escala global as mudanças da fluorescência no espaço de um único mês”, diz Joiner. “Isto nos permite usar a fluorescência para observar, por exemplo, a variação da duração da estação do crescimento”.
A dinâmica da vegetação, inclusive a migração em direção ao Norte durante a primavera no Hemisfério Norte, já é observada indiretamente por dados de satélites usados para medir a “verdejância” da luz refletida pela superfície da Terra. As medições da fluorescência complementam aquelas medições, fornecendo informações imediatas sobre a produtividade das plantas. Por exemplo, os pesquisadores observaram plantas que começavam a caducar, antes que suas folhas mudassem de cor. Da mesma forma, foram capazes de detectar o crescimento antecipado das plantas durante a primavera quente de 2012.
Esses mapas se tornaram possíveis devido ao desenvolvimento de uma nova maneira de identificar o tênue sinal de fluorescência coletado pelo Instrumento nº 2 de Monitoramento de Ozônio Global (Global Ozone Monitoring Instrument 2 = GOME-2) no Metop-A, um satélite meteorológico Europeu. A aquisição da medição é complicada pela mistura dos sinais de fluorescência com o da luz solar refletida pela superfície e pela camada de nuvens da Terra, e pela absorção da luz solar pelos gases da atmosfera.
Para identificar a fluorescência, Joiner e seus colegas tiraram vantagem do fato de que cada um desses sinais tem sua própria e inconfundível assinatura espectral, tal como uma impressão digital – o que permite distinguir os da fluorescência dos da superfície da Terra ou da atmosfera. Basta encontrar a “digital” da fluorescência e os cientistas serão capazes de expurgar os dados dos demais tipos de luminescência.
O expurgo das influências atmosféricas foi uma das complexidades ausentes da pesquisa pioneira de 2011, quando Joiner e seus colegas produziram os primeiros mapas globais que comprovaram o conceito da medição global da fluorescência das plantas do espaço. Esse primeiro estudo se apoiou em dados obtidos por um espectrômetro a bordo do Satélite de Observação de Gases de Efeito-estufa (Greenhouse Gases Observing Satellite =GOSAT), um satélite japonês. Os pesquisadores analisaram uma seção incomumente escura da parte infravermelha do espectro solar, onde há pouca luz de fundo, o que torna possível distinguir o fraco sinal da fluorescência.
A despeito das complexidades, o novo processo permite medições mais frequentes, capazes de produzir mapas com maior resolução. As observações anteriores com o GOSAT dependiam da média dos dados de áreas de 200 km² a cada mês. Agora, com o GOME-2, os cientistas tiram a média dos dados de áreas com apenas 50 km² a cada 10 dias. O estudo foi publicado online para revisão em abril em Atmospheric Measurement Techniques.
“As amostragens mais precisas e frequentes são valiosas, permitindo nos concentrarmos nas regiões com os sinais de fluorescência mais fortes”, explica Joiner. “Nossos dados indicam que as áreas agrícolas do meio-oeste dos Estados Unidos são das terras mais produtivas do mundo. E agora também podemos fazer a correlação entre nossos dados de medição de fluorescência por satélites e as observações das torres de medição de dióxido de carbono absorvido pelas plantas”.
A pesquisa também pavimenta o caminho para estudos de fluorescência com base em medições de futuras observações atmosféricas ou específicas de fluorescência. Tais observações podem vir do Observatório Orbital de Carbono n° 2 da NASA (Orbiting Carbon Observatory-2), uma missão destinada a medir dióxido de carbono, cuja previsão de lançamento é para julho de 2014, e a missão da Agência Espacial Européia, Exploradora de Fluorescência, que pode ser lançada a partir de 2015 até o final da década.
As neves de um proto-sistema solar
National Radio Astronomy Observatory
A neve cai em torno de um recém nascido sistema solar
Região de gelos dá uma ajuda para a formação de cometas e planetas
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Os astrônomos, com o auxílio do novo telescópio ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) obtiveram a primeiríssima imagem de uma linha de neve em um sistema solar em gestação. Acredita-se que esta “acidente geográfico” tenha um papel essencial na formação e na composição química dos planetas em torno de uma estrela jovem.
Na Terrra, a neve tipicamente se forma em grandes altitudes, onde as temperaturas baixas transformam a umidade atmosférica em neve. De modo muito parecido, acredita-se que as linhas de neve se formem em torno de jovens estrelas nas regiões mais distantes e frias dos discos de onde se formam os sistemas planetários. Dependendo da distância para a estrela, entretanto, outras moléculas mais exóticas podem se congelar e se transformar em neve.
A água, nossa velha conhecida, congela primeiro e, depois e em círculos concêntricos, se congelam outros gases abundantes, tais como, dióxido de carbono (CO2), metano (CH4) e monóxido de carbono (CO), formando uma camada de gelo em torno de grãos de poeira, os quais são os tijolos dos quais são formados os planetas e cometas.
O ALMA encontrou uma nunca antes vista linha de neve de CO em torno de TW Hydrae, uma estrela jovem a 175 anos-luz da Terra. Os astrônomos acreditam que este sistema solar em gestação tenha muitas das características iguais a nosso Sistema Solar quando este tinha alguns poucos milhões de anos de idade. Os resultados foram publicados na Science Express.
“O ALMA nos deu a primeira imagem real de uma linha de neve em torno de uma estrela jovem, o que é extremamente interessante por causa do que isto nos diz sobre o período bem no início de nosso Sistema Solar”, diz Chunhua “Charlie” Qi, um pesquisador do Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian em Cambridge, Massachusets, que liderou a equipe internacional de pesquisadores com Karin Oberg, uma pesquisadora das Universidades de Harvard e da Virgínia em Charlottesville.
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“Agora podemos ver os detalhes, antes ocultos, dos gélidos rincões exteriores de outro sistema solar, um que tem muito em comum como o nosso quando este tinha menos de 10 milhões de anos de idade”, diz Qi.
Linhas de neve, até agora, só tinham sido detectadas por suas assinaturas espectrais; nunca alguém tinha obtido uma imagem direta, de forma que suas localização e extensão precisas não podiam ser determinadas.
Isto acontecia porque as linhas de neve se formam exclusivamente no relativamente estreito plano central de um disco proto-planetário. Acima e abaixo desta região, a radiação da estrela mantém os gases aquecidos, impedindo a formação de gelo. Somente com o efeito isolante da concentração de poeira e gases no plano central do disco, as temperaturas podem cair o suficiente para que o CO e outros gases se resfriem e congelem.
Normalmente, este invólucro externo de gases aquecidos impediria os astrônomos de bisbilhotar o interior do disco onde o gás teria congelado. “Seria a mesma coisa que tentar achar uma pequena faixa ensolarada escondida por um denso nevoeiro”, compara Oberg.
Os astrônomos foram capazes de atravessar o nevoeiro intermediário de CO porque foram procurar por outra molécula diferente, conhecida como diazenylium (N2H+). Esta frágil molécula é facilmente destruída na presença do gás CO, de forma que só poderia aparecer em quantidades detectáveis em regiões onde o CO tivesse congelado, sendo portanto um “marcador” para o gelo de CO.
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O diazenylium brilha intensamente na faixa milimétrica do espectro, que pode ser detectada pelo radiotelescópios como o ALMA aqui na Terra.
A sensibilidade e resolução sem par do ALMA permitiu aos astrônomos rastrear a presença e a distribuição do diazenylium e eles descobriram uma linha demarcatória a aproximadamente 30 unidades astronômicas (UA) de TW Hydrae (Uma UA é a dsitância da Terra ao Sol).
“Usando esta te´cnica, fomos capazes de criar, com efeito, um negativo fotográfico da neve de CO no disco em torno de TW Hydrae”, diz Oberg. “Com isso, pudemos ver a linha de neve precisamente onda asa teorias prediziam que ela deveria estar – na borda interna do anel de diazenylium”.
Os astrônomos acreditam que as linhas de neve cumpram um papel vital na formação de um sistema solar. Eles ajudam os grãos de poeira a suplantar sua tendência natural de colidir e se auto-destruir, dando aos grãos um revestimento externo mais grudento. Elas também aumentam a quantidade de sólidos e podem acelerar dramaticamente o processo de formação de planetas. Uma vez que podem existir várias linhas de neve, cada uma pode ser ligada à formação de tipos específicos de planetas.
Em torno de uma estrela como o Sol, a linha de neve de água corresponderia à órbita de Júpiter e a linha de neve de CO corresponderia à órbita de Netuno. A transição do CO para gelo também poderia marcar o ponto inicial onde os pequenos corpos gelados, tais como cometas e planetas anões como Plutão, se formariam.
Oberg também ressalta que a linha de neve de CO é particularmente interessante, uma vez que o gelo de CO é necessário para a formação de metanol, o qual é um “tijolo” para a construção de moléculas orgânicas mais complexas, as quais são essenciais para a vida. Os cometas e asteroides poderiam então fazer a entrega dessas moléculas para os recém-formados planetas do tipo da Terra, semeando-os com os ingredientes para a vida.
Estas observações foram realizadas com apenas uma parte do sistema do ALMA que, quando ficar pronto, terá 66 antenas. Os pesquisadores esperam que futuras observações com o sistema completo irão revelar outras linhas de neve e fornecerão novas visualizações dos processos de formação e evolução dos planetas.
O ALMA, uma instalação astronômica internacional, é uma parceria da Europa, América do Norte e Ásia Oriental, em cooperação com a República do Chile. A construção e operação do ALMA é feita em nome da Europa pelo Observatório Europeu do Sul, em nome da América do Norte pelo National Radio Astronomy Observatory (NRAO) e em nome da Ásia Oriental pelo Observatório Nacional Astronômico do Japão (NAOJ).
Nota do tradutor:
Diversos press-releases foram publicados no sistema EurekAlert sobre este assunto. Eu escolhi o primeiro que apareceu.
Estrelas de gerações diferentes andam por caminhos diferentes
O TELESCÓPIO HUBBLE DA NASA MOSTRA UMA LIGAÇÃO ENTRE AS IDADES DAS ESTRELAS E SUAS ÓRBITAS
Original escrito por:
J.D. Harrington, Quartel-General da NASA, Washington
Donna Weaver / Ray Villard do Instituto de Ciências do Telescópio Espacial, Baltimore, Maryland
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Aglomerado globular 47 Tucanae |
Astrônomos empregando o Telescópio Espacial Hubble da NASA conseguiram, pela primeira vez, estabelecer uma ligação entre duas populações distintas de um velho aglomerado globular e suas diferentes dinâmicas orbitais, o que fornece uma boa prova de que as estrelas não nasceram na mesma data.
A análise do aglomerado globular 47 Tucanae mostra que as duas populações são separadas por menos de 100 milhões de anos. O glomerado fica aproximadamente a 16.700 anos-luz de distância na direção da constelação do Tucano, visível nos céus do Sul.
Os pesquisadores, liderados por Harvey Richer da Universidade da Colúmbia Britânica em Vancouver, combinaram observações recentes do Hubble com oito anos de dados dos arquivos do telescópio para estabelecer os movimentos das estrelas neste aglomerado.
Estudos espectroscópicos anteriores revelaram que muitos aglomerados globulares contêm estrelas de composições químicas variadas, o que sugere vários episódios de nascimento de estrelas. Esta análise dos dados do Hubble, entretanto, vai um passo adiante, adicionando os movimentos orbitais das estrelas à análise.
“Quando se analisa os movimentos das estrelas, quanto mais longo for o período de observações, mais precisamente se pode medir seus movimentos”, explica Richer. “Estes dados são tão bons que relamente podemos ver, pela primeira vez, os movimentos individuais das estrelas dentro do aglomerado. Os dados fornecem indícios detalhados que nos permitem compreender com as várias populações de estrelas se formaram no aglomerado”.
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Evolução das populações estelares de 47 Tuc |
Os aglomerados globulares da Via Láctea são as relíquias sobreviventes da época da formação de nossa galáxia. Eles oferecem um vislumbre do início da história de nossa galáxia. O aglomerado 47 Tucanae tem 10,5 bilhões de anos de idade e é um dos mais brilhantes dentre os mais de 150 aglomerados globulares dela. O aglomerado mede cerca de 120 anos-luz de diâmetro.
Richer e sua equipe usaram a Câmera Avançada para Pesquisas do Hubble em 2010 para observar o aglomerado. Eles combinaram estas observações com 754 imagens do arquivo para medir com precisão as mudanças de posição de mais de 30.000 estrelas. De posse destes dados, eles puderam discernir a rapidez do movimento das estrelas. E a equipe também mediu as luminosidades das estrelas, assim como suas temperaturas.
Esta arqueologia estelar identificou as duas populações distintas de estrelas. A primeira é composta por estrelas mais avermelhadas que são mais velhas, com menor riqueza de elementos químicos e descrevem órbitas aleatórias mais circulares. A segunda população é composta de estrelas mais azuladas que são mais jovens, com maior riqueza de elementos químicos e descrevem órbitas mais elípticas.
“A geração avermelhada, que é deficiente em elementos mais pesados, reflete os movimentos iniciais que formaram o aglomerado”, diz Richer. “Essas estrela retiveram a memória de sua movimentação inicial”.
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Aglomerado 47 Tucanae – Hubble |
Depois que as estrelas mais massivas dessa população completaram seu ciclo de evolução, expeliram gases enriquecidos com elementos mais pesados de volta ao aglomerado. Estes gases vieram a colidir com outros gases e formaram uma segunda geração, de composição química mais rica, de estrelas concentradas na direção do centro do aglomerado. Lentamente, ao longo do tempo, estas estrela começaram a se mover para fora, o que as colocou em órbitas mais radiais.
Esta não é a primeira descoberta do Hubble que revela várias gerações de estrelas em aglomerados globulares. In 2007, os pesquisadores do Hubble descobriram três gerações de estrelas no aglomerado globular massivo NGC 2808. A equipe de Richer porém conseguiu ligar diferentes dinâmicas estelares às populações diferentes, pela primeira vez. A descoberta de múltiplas gerações estelares em aglomerados globulares tem profundas implicações para a cosmologia. Os astrônomos precisam resolver os futuros enigmas dessas múltiplas gerações, a fim de compreender melhor como as estrelas de formaram nas galáxias distantes no início da existência do universo.
Os resultados da equipe foram publicados na edição de 1 de julho de The Astrophysical Journal Letters.
A “pedra filosofal” cósmica
Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics
O ouro da Terra veio da colisão de estrelas mortas
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  IMAGEM: Esta concepção artística retrata a colisão de duas estrelas de nêutrons. Novas observações confirmam que essas colisões produzem erupções curtas de raios gama. Essas colisões também produzem os raros elementos mais pesados, inclusive o ouro. Clique aqui para mais informações. |
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Nós damos valor ao ouro por várias razões: sua beleza, sua utilidade como joia e sua raridade. Uma das razões para o ouro ser raro na Terra, é que ele é raro por todo o universo. Diferentemente de elementos como carbono ou ferro, ele não pode ser criado dentro de uma estrela. Em lugar disto, o ouro tem que nascer de um evento mais cataclísmico – tal como o que ocorreu no mês passado, do tipo conhecido como uma curta erupção de raios gama (gamma-ray burst, ou GRB). .
As observações desta GRB dão indícios de que ela resultou da colisão de duas estrelas de nêutrons – os núcleos mortos de estrelas que já explodiram como supernovas. Além disso, um brilho singelo que persistiu por dias no local da GRB, provavelmente significa a criação de quantidades substanciais de elementos pesados – inclusive ouro.
“Estimamos que a quantidade de ouro produzido e ejetado durante a fusão dessas duas estrelas de nêutrons possa ser da magnitude de 10 massas lunares – um bocado de grana!” diz o principal autor Edo Berger do Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian (CfA).
Berger apresentou sua descoberta hoje em uma conferência imprensa no CfA em Cambridge, Massachusetts.
Uma erupção de raios gama é um clarão de luz de alta energia (raios gama) vindos de uma explosão extremamente energética. A maior parte delas é encontrada no universo distante. Berger e seus colegas estudaram a GRB 130603B, a qual, a uma distância de meros 3.9 bilhões de anos-luz da Terra, é uma das mais próximas erupções vistas até hoje.
As erupções de raios gama vêm em dois tipos – longas e curtas – dependendo do quanto durar o clarão de raios gama. A GRB 130603B, detectada pelo satélite Swift da NASA em 3 de junho, durou menos de dois décimos de segundo.
Embora os raios gama tenham desaparecido rapidamente, a GRB 130603B também exibiu um brilho evanescente, dominado por luz infravermelha. Sua luminosidade e seu comportamento não se enquadravam em uma típica ‘luminescência”, fenômeno criado quando um jato de partículas de alta velocidade colide com o ambiente em torno.
Ao invés disso, o brilho se comportou como se proviesse de raros elementos radioativos. O material rico em nêutrons ejetado pelas estrelas de nêutrons que colidem, pode gerar tais elementos, os quais, em seguida, sofrem o decaimento radioativo, emitindo um brilho dominado por luz infravermelha – exatamente o que a equipe observou.
“Estivemos procurando por um indício forte para fazer a ligação entre uma curta erupção de raios gama com uma colisão entre estrelas de nêutrons. O brilho radioativo da GRB 130603B pode ser este indício”, explica Wen-fai Fong, um estudante de pós-graduação do CfA e co-autor do artigo.
A equipe calcula que cerca de um centésimo de uma massa solar foi ejetado pela erupção de raios gama, parte da qual era ouro. Combinando a estimativa da quantidade de ouro produzida em uma única e curta erupção de raios gama com o número de tais explosões que devem ter ocorrido ao longo da vida do universo, todo o ouro que existe hoje deve ter saído de erupções da raios gama. .
“Parafraseando Carl Sagan, todos nós somos poeira de estrelas e nossas jóias são a poeira de estrelas que colidiram”, diz Berger.
O sistema em rede quebrou?… Sem problemas: quebre mais um pouco.
Traduzido de: If A Network Is Broken, Break It More
Pequenos ajustes podem melhoram o estado de todo um sistema.
Sophie Bushwick é uma escritora de ciências freelance da cidade de Nova York. Seus trabalhos foram publicados em diversos meios impressos e online.
Como começam as tempestades solares
NASA/Goddard Space Flight Center
Observando o coração das tempestades solares
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Duas espaçonaves de NASA forneceram o filme mais abrangente jamais obtido sobre um misterioso processo, bem no coração de todas as explosões solares: a reconexão magnética. Uma reconexão magnética ocorre quando linhas do campo magnético se juntam, se rompem e trocam de par, pulando para novas posições e liberando um pulso de energia magnética. Este processo reside no coração das gigantes explosões do sol, tais como erupções solares e ejeções de massa coronal, as quais podem lançar radiação e partículas por todo o sistema solar.
Os cientistas querem entender melhor este processo, de maneira que possam emitir alertas antecipados sobre essas tempestades solares que podem afetar os satélites próximos da Terra e interferir com as comunicações via rádio. Uma das razões para que seja tão difícil estudar a reconexão magnética é que ela não pode ser observada diretamente, uma vez que os campos magnéticos são invisíveis. Assim sendo, os cientistas usam uma combinação de modelos de computador e umas poucas amostras de observações de eventos de reconexão magnética para tentar entender o que está acontecendo.
“A comunidade ainda está tentando compreender como a reconexão magnética causa as tempestades solares”, explica Yang Su, um cientista solar da Universidade de Graz na Áustria. “Temos vários indícios, mas o quadro ainda não está completo”.
Agora Su conseguiu juntar uma nova peça de indício visual. Ao buscar entre as observações feitas pelo SDO (acrônimo de “Solar Dynamics Observatory” = “Observatório Solar Dinâmico”) da NASA, Su viu algo particularmente difícil de obter dos dados: imagens diretas da reconexão magnética quando ela estava acontecendo no Sol. Su e seus colegas relataram esses resultados na ediçao de 14 de julho da Nature Physics. Embora algumas intrigantes imagens da reconexão já tenham sido vistas, este artigo mostra o primeiro conjunto abrangente de dados que podem ser usados para restringir e aperfeiçoar os modelos deste processo fundamentas do Sol.
As linhas dos campos magnéticos, elas próprias, são mesmo invisíveis, no entanto elas naturalmente forçam partículas carregadas – o material chamado de plasma do qual é constituído o Sol – a percorrer sua extensão. Os telescópios espaciais podem ver esse material que aparece como linhas brilhantes que fazem arcos e laços através da atmosfera do Sol, e, desta forma, mapear a presença das linhas de campo magnético. Examinando uma série de imagens, Su viu dois pacotes de linhas de campo se moverem, um na direção do outro, se encontrarem brevemente, formando algo com a aparência de um “X”, e se separarem com um conjunto de linhas e as partículas por ele portadas se lançando ao espaço, enquanto o outro conjunto mergulhava de volta para o Sol.
“Frequentemente é difícil dizer o que realmente está acontecendo em três dimensões, a partir dessas imagens, já que elas são bidimensionais”, explica Gordon Holman, um cientista solar no Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, Maryland., também autor do artigo. “Mas, se você olhar por tempo suficiente e comparar com dados de outros instrumentos, pode apresentar uma ideia bastante boa sobre o que está acontecendo”.
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Para confirmar o que eles estavam vendo, os cientistas se valeram de uma outra espaçonave da NASA, o Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager (Imageador Espectroscópico Solar de Alta Energia “Reuven Ramathy”), conhecido por RHESSI. O RHESSI coleta espectrogramas, um tipo de dado que pode mostrar onde um material excepcionalmente quente está, a qualquer dado momento no Sol. O RHESSI exibia bolsões quentes de material solar se formando acima e e abaixo do ponto de reconexão, uma assinatura reconhecida deste evento. Combinando os dados do SDO e do RHESSI, os cientistas foram capazes de descrever o processo do que estavam observando, confirmando por ampla margem os modelos e teorias anteriores, e revelando novos aspectos tridimensionais do processo.
Abaixo da superfície do Sol, o material carregado, o plasma, está fluindo. Laços magnéticos emergem desta fluxo e estabelecem áreas de polos magnéticos positivos, ao lado de outros negativos. Os laços se arqueiam por sobre o Sol, de um polo a outro. Na medida em que o material do Sol continua a fluir sob a superfície, os polos positivo e negativo escorregam, passando uns pelos outros – mal comparando, da forma que as placas tectônicas da Terra deslizam umas pelas outras – só que, no Sol, é claro que o material é gases aquecidos, não rochas sólidas. Isto faz com que os arcos acima cresçam, se retorçam lateralmente e fiquem mais instáveis. O próprio ato desse deslisamento, ou ruptura, põe mais energia ainda no sistema, enrolado e pronto para se expandir de repente, como um elástico de borracha torcido, antes de ser liberado. Eventualmente, as linhas de campo magnético nos arcos colapsam para dentro, se tocam e reconectam, enquanto emitem um brilhante clarão de energia liberada, o que, por sua vez, envia radiação e partículas energéticas pelo espaço afora.
Nos filmes do SDO, a luz ilumina a arcada dos laços, na medida em que o processo de reconexão cascateia por sua extensão. Laços luminosos se inclinam para a região de reconexão a partir de ambos os lados. Na medida em que as linhas de campo magnéticos se reconfiguram, novos laços são ejetados para baixo, enquanto um cordão de plasma se separa e brota para cima. Em certos casos, o cordão atinge a velocidade de escape e se torna uma ejeção de massa coronal, enviando bilhões de toneladas de matéria pelo espaço a fora.
“Esta foi a primeira vez que pudemos ver toda a estrutura deste processo em detalhe, por causa da alta qualidade dos dados do SDO”, diz Su. “Isto confirma todo o quadro da reconexão, com indícios visuais”.
Su acrescenta que, com estas imagens, se pode fazer estimativas sobre o quão rápido os campos magnéticos se reconectam, assim como quanto material entra e quanto sai do processo. Uma informação assim pode ser inserida nos modelos de reconexão magnética e ajudar a refinar as teorias sobre o processo.
Os cientistas querem aprender mais sobre a reconexão magnética, não só pelo que ela causa no sol, mas porque se trata de um processo universal que ocorre perto da Terra, dentro de seu ambiente magnético, a magnetosfera, e em todas as estrelas do universo. Como é um processo muito difícil de ver no Sol e também muito difícil de recriar e estudar em laboratório, os pesquisadores planejam observar a reconexão magnética mais de perto no espaço. Para fazê-lo, a NASA vai lançar a missão Magnetospheric Multiscale (MMS) no final de 2014. A missão MMS compreende quatro naves espaciais que irão passar bem por dentro de eventos de reconexão magnética que ocorrem na magnetosfera terrestre. Reunindo os dados captados por diversas espaçonaves – SDO, RHESSI, MMS e outras – para analisar o problema, os cientistas serão capazes de compreender melhor a própria origem do “tempo” espacial que experimentamos na Terra. .
Estes resultados foram obtidos por um projeto de pesquisa conjunto da Comissão Européia e da NASA, chamado HESPE, abreviatura de High Energy Solar Physics Data in Europe (Dados Físicos de alta Energia Solar Europeus).
