Os raios gama vindos do centro da Via Láctea não são indício de matéria escura
Galactic center’s gamma rays unlikely to originate from dark matter, evidence shows
|
|
|
Estudos independentes feitos por grupos nos EUA e na Holanda, indicam que o excesso observado de raios gama vindos do meio da galáxia, provavelmente vêm de uma fonte ainda não conhecida e não de matéria escura. Os melhores candidatos a serem tais fontes são estrelas de nêutrons que giram muito rápido, o que será o alvo principal dos estudos que se seguirão. Os grupos de Princeton/MIT e o da Holanda se valeram de duas técnicas diferentes, ruído não Poissoniano e tranformações de wavelets, respectivamente, para determinarem independentemente se os sinais eram ou não devidos à auto-aniquilação da matéria escura. |
Jatos de raios gama vindos do centro de nossa galáxia provavelmente não são sinais de matéria escura, mas sim de outros fenômenos astrofísicos tais como estrelas de nêutrons de alta rotação, chamadas de pulsares de milissegundo – é o que apontam dois novos estudos, um de uma equipe com base na Universidade Princeton e no Massachusetts Institute of Technology, o outro com base na Holanda.
Estudos anteriores sugeriam que os raios gama vindos da densa região do espaço na Via Láctea interior, poderiam ser causados pela colisão das invisíveis partículas de matéria escura. No entanto, usando novos métodos de análise estatística, as duas equipes de pesquisas descobriram de maneira independente que os sinais de raios gama não têm as características esperadas para sinais de colisão de partículas de matéria escura. Ambas as equipes relataram suas descobertas na edição desta semana de Physical Review Letters.
“Nossa análise sugere que o que estamos observando são indícios de uma nova fonte astrofísica de raios gama no centro da galáxia”, disse said Mariangela Lisanti, professora assistente de física em Princeton. “Esta é uma região muito complicada do céu e existem outros sinais astrofísicos que podem ser confundidos com sinais de matéria escura”.
Acredita-se que existe matéria escura no centro da Via Láctea porque nele reside uma grande concentração de massa, inclusive densos aglomerados de estrelas e um buraco negro. Uma descoberta conclusiva da ocorrência de colisões de partículas de matéria escura seria um enorme passo para a nossa compreensão do universo. “Se encontrássemos indícios diretos dessas colisões, isto seria interessante porque nos ajudaria a compreender o relacionamento entre a matéria escura e a matéria comum”, explicou Benjamin Safdi, pesquisador pós-doutorado no MIT que obteve seu Ph.D. em 2014 em Princeton.
Para dizer se os sinais eram provenientes de matéria escura ou de outras fontes, a equipe de pesquisa Princeton/MIT se voltou para técnicas de processamento de imagens. Eles procuraram por com o que os raios gama deveriam se parecer, se viessem realmente da colisão das hipotéticas partículas de matéria escura, as weakly interacting massive particles, ou WIMPs. Para a análise, Lisanti, Safdi e Samuel Lee, um antigo pesquisador pós-doutoral de Princeton, que agora está no Broad Institute, juntamente com os colegas Wei Xue e Tracy Slatyer do MIT, estudaram imagens dos raios gama capturadas pelo Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi da NASA, que vem mapeando esses raios desde 2008.
Acredita-se que as partículas de matéria escura perfaçam uns 85% da massa do universo, porém elas jamais foram detectadas. A colisão de duas WIMPs, de acordo com um modelo largamente aceito de matéria escura, faz com que elas se aniquilem, produzindo raios gama que são o tipo mais energético de luz que há no universo.
De acordo com esse modelo, as partículas de luz (fótons) de alta energia, ficariam suavemente distribuídos entre os pixels das imagens capturadas pelo Telescópio Fermi. Por outro lado, outras fontes, tais como estrelas de grande rotação, conhecidas como pulsares, liberam jatos de luz que são observados como pixels brilhantes e isolados.
Os pesquisadores aplicaram seu método de análise estatística às imagens coletadas pelo Telscópio Fermi e descobriram que a distribuição dos fótons era granulada, em lugar de suave, o que indicava que os raios gama provavelmente não eram causados por colisões de partículas de matéria escura.
O que são exatamente essas novas fontes, é o que não se sabe, segundo Lisanti, mas uma possibilidade é que sejam estrelas de alta rotação, muito velhas, conhecidas como pulsares de milissegundo. Ela diz ainda que será possível explorar a fonte dos raios gama usando-se outros tipos de pesquisa astronômica que envolvem telescópios que detectam rádio-frequências.
Douglas Finkbeiner, professor de astronomia e física na Universidade Harvard e que não esteve diretamente envolvido com o presente estudo, declarou que, embora a descoberta comlique a busca pela matéria escura, leva a outras áreas para descobertas. “Nosso trabalho como astrofísicos é caracterizar o que observamos no universo, não obter algum resultado predeterminado e desejado. É claro que seria excelente encontrar matéria escura, mas apenas visualizar o que acontece lá fora e fazer novas descobertas é, por sí só, entusiasmante”.
Segundo Christoph Weniger da Universidade de Amsterdam e principal autor do estudo holandês, a descoberta é uma situação ganhar-ganhar: “Ou vamos encontrar centenas ou milhares de pulsares de milissegundo na próxima década – lançando luzes sobre a história da Via Láctea – ou não vamos encontrar coisa alguma. Neste último caso, uma explicação com base em matéria escura para o excesso de raios gama ficará muito mais óbvia”.
###
“Efeito borboleta” na Via Láctea
Um alinhamento bizarro de nebulosas planetárias
 |
||||
|
 |
|
 |
|
|
|
|
|
|
|
 |
|
 |
|
|
||||
IMAGEM:Os astrônomos usaram o Telescópio Espacial Hubble da NASA e o Telescópio “New Technology” (NTT) do ESO para explorar mais de 100 nebulosas planetárias no bulbo central da nossa galáxia. E eles descobriram que os membros dessa família cósmica, aqueles com o formato de borboleta, tendem a ser misteriosamente alinhados — um resultado surpreendente, dadas suas diferentes histórias e variadas propriedades.
Nos estágios finais da vida de uma estrela como nosso Sol, elas dispersam suas camadas externas pelo espaço circundante, formando os objetos conhecidos como nebulosas planetárias, os quais assumem vários formatos belos e surpreendentes. Um dos tipos dessas nebulosas planetárias, conhecido como nebulosa planetária bipolar, cria formatos fantasmagóricos de ampulhetas ou borboletas em torno de suas estrelas mães.
Todas essas nebulosas se formaram em locais diferentes e têm diferentes características. Nem cada nebulosa, nem a estrela que a formou, interagem com qualquer outra nebulosa planetária. No entanto, um novo estudo realizado pelos astrônomos da Universidade deManchester, Reino Unido, mostra similaridades surpreendentes entre algumas dessas nebulosas: muitas delas seguem o mesmo alinhamento nos céus [1].
“Esta é uma descoberta realmente surpreendente e, caso confirmada, uma muito importante”, explica Bryan Rees da Universidade de Manchester, um dos dois autores do artigo. “Muitas destas borboletas fantasmagóricas parecem ter seus eixos maiores alinhados com o plano da galáxia. Usando imagens tanto do Hubble como do NTT, pudemos obter uma visão realmente boa desses objetos, de forma que pudemos estudá-los bem detalhadamente”.
Os astrônomos examinaram 130 nebulosas planetárias no bulbo central da Via Láctea. Eles identificaram três tipos diferentes e esmiuçaram suas características e aparência [2].
“Muito embora duas dessas populações estivessem alinhadas de modo totalmente aleatório nos céus, tal como esperado, descobrimos que a terceira – as nebulosas bipolares – exibiam uma surpreendente preferência por um alinhamento em particular”, diz o segundo autor do artigo, Albert Zijlstra, também da Universidade de Manchester. “Embora qualquer tipo de alinhamento seja uma surpresa, encontrá-lo na superlotada região central de galáxia é mais inesperado ainda”.
Acredita-se que as nebulosas planetárias sejam esculpidas pela rotação do sistema estelar do qual são formadas. Isto depende das propriedades de cada sistema – por exemplo, se se trata de um sistema binário [3], ou se tem alguns planetas em órbita, duas coisas que podem influenciar grandemente o formato da bolha de material expelido. Os formatos das nebulosas bipolares são alguns dos mais extremos e acredita-se que isto seja decorrente da formação de jatos perpendiculares ao plano orbital do sistema estelar que sopram o material expelido para fora.
“O alinhamento que observamos nessas nebulosas bipolares indica algo estranho acerca dos sistemas estelares dentro do bulbo central”, explica Rees. “Para que eles se alinhem da maneira que observamos, os sistemas estelares que formaram essas nebulosas teriam que estar girando perpendicularmente com relação às nuvens interestelares a partir das quais se formaram, e isto é muito estranho”.
Não obstante as propriedades das estrelas mães serem um fator preponderante para o formato assumido por essas nebulosas, esta nova descoberta indica um novo fator ainda mais misterioso. Juntamente com as complexas características dos sistemas estelares, entram em conta as de nossa Via Láctea; todo o bulbo central gira em torno do centro da galáxia. Este bulbo pode ter uma influência maior do que se pensava sobre toda a galáxia – por meio de seus campos magnéticos. Os astrônomos sugerem que este comportamento ordeiro das nebulosas planetárias pode ter sido causado pela presença de fortes campos magnéticos quando da formação do bulbo.
Como o mesmo tipo de nebulosas mais próximos da Terra não se alinham da mesma forma ordenada, esses campos teriam que ter sido várias vezes mais fortes do que são hoje em dia na nossa vizinhança [4].
“Podemos aprender muito ao estudar esses objetos”, conclui Zijlstra. “Se eles realmente se comportam dessa forma inesperada, isto tem implicações não só para o passado de cada estrela, mas para o passado de toda nossa galáxia”.
Notas
[1] O “eixo longo” de uma nebulosa planetária bipolar corta as “asas” da “borboleta”, enquanto o “eixo curto” corta seu “corpo”.
[2] Os formatos das nebulosas planetárias foram classificados em três tipos, segundo as convenções: elíptico, com ou sem uma estrutura interna alinhada, e bipolar.
[3] Um sistema binário consiste de duas estrelas que giram em torno de um centro de gravidade comum.
[4] Pouco se sabe acerca da origem e das características dos campos magnéticos que estiveram presentes em nossa galáxia quando ela era jovem, de forma que é pouco claro como eles possam ter evoluído ao longo do tempo.
Outras Notas
O Telescópio Espacial Hubble é um projeto de cooperação internacional entre ESA e NASA.
A pesquisa é apresentada em uma artigo intitulado “Alignment of the Angular Momentum Vectors of Planetary Nebulae in the Galactic Bulge”, a ser publicado em Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
A equipe de astrônomos foi composta por B. Rees (Universidade de Manchester, RU) e A. A. Zijlstra (Universidade de Manchester, RU). Bryan Rees só veio a pesquisar astronomia recentemente – ele decidiu por um curso de PhD após sua aposentadoria precoce e este trabalho fez parte de sua tese.
Mais informações
Crédito da imagem: NASA (http://www.nasa.gov/) , ESA (http://www.spacetelescope.org/) , A. Zijlstra
Agradecimento: Josh Barrington
Links
- Artigo da pesquisa – http://www.spacetelescope.org/static/archives/releases/science_papers/heic1315a.pdf
- Notícia do ESO – http://www.eso.org/public/news/eso1338/
- Clip do filme da ESA “15 Years of Discovery”: Flight through butterfly shaped nebulae – http://spacetelescope.org/videos/hst15_butterfly/
- Imagens do Hubble – http://www.spacetelescope.org/images/archive/category/spacecraft/
SOFIA andando de avião para ver estrelas (2)
Starbursts recentes na região central da Via Láctea
|
|
|
Imagem da câmera SOFIA/FORCAST em infravermelho intermediário do núcleo da Via Láctea, mostrando o Anel Circum Nuclear (ACN) de gás e poeira, orbitando o buraco negro super-massivo central. Os astrônomos acreditam que o objeto brilhante em forma de “Y seja material caindo para dentro do buraco negro que fica no local onde os braços do “Y” se cruzam. (Equipe NASA/SOFIA/FORCAST/Lau et al. ) › Link para a imagem ampliada |
Em outro press-release, a NASA informa que os pesquisadores do SOFIA obtiveram novas imagens de um anel de poeira e gás com sete anos-luz de diâmetro que circunda o buraco negro no centro da Via Láctea e de um aglomerado próximo composto por estrelas jovens e extremamente luminosas, inseridas em cascas de poeira interestelar.
As imagens do anel circum-nuclear (ACN) e o adjacente Aglomerado dos Quíntuplos são os assuntos de duas apresentações realizadas nesta semana, durante o encontro da American Astronomical Society em Long Beach, Califórnia. Ryan Lau da Universidade Cornell e seus colaboradores estudaram o ACN. Matt Hankins da Universidade do Arkansas Central em Conway é o principal autor do outro artigo sobre o Aglomerado dos Quíntuplos.
As imagens foram obtidas durante os voos do SOFIA em 2011, com a câmera FORCAST, construída por uma equipe liderada por Terry Herter da Cornell.
|
|
|
Imagem em infravermelho próximo da câmera Hubble Space Telescope/NICMOS que mostra o mesmo campo de visão com a mesma escala e orientação da imagem anterior. Neste comprimento de onda, a poeira opaca no plano médio da Via Láctea esconde as características vistas na imagem do SOFIA. (NASA/STScI) › Link para a imagem ampliada |
A FORCAST permitiu que os astrônomos vissem as regiões do Anel Circum-Nuclear e do Aglomerado dos Quíntuplos em detalhes normalmente obscurecidos pela absorção pelo vapor d’água atmosférico das radiações infravermelhas e da luz visível pelas nuvens de poeira interestelar no plano médio da Via Láctea. Nem os observatórios com base na Terra (por mais altos que sejam os picos onde estão instalados), nem os telescópios espaciais Hubble e Spitzer da NASA estão equipados para observações nesses comprimentos de onda.
As imagens estão disponíveis nestes links:
http://www.nasa.gov/sofia ou http://www.sofia.usra.edu
Cada uma das imagens é uma combinação de várias exposições nos comprimentos de onda de 20, 32 e 37 microns.
A primeira figura mostra o Anel Circum-Nuclear e a terceira mostra o Aglomerado dos Quíntuplos. As segunda e quarta fotos, obtidas pela câmera de infravermelho próximo do Hubble, mostram, ou antes, não mostram os detalhes captados pela câmera FORCAST do SOFIA.
|
|
|
Imagem da SOFIA/FORCAST em infravermelho intermediário da região que inclui o Aglomerado dos Quíntuplos, um grupo de jovens estrelas próximas da margem esquerda do quadro, localizado a 35 parsecs (100 anos-luz) do núcleo da galáxia (NASA/SOFIA/Hankins et al.) › Link para a imagem ampliada |
“O foco de nosso estudo foi determinar a estrutura do Anel Circum-Nuclear com uma precisão nunca antes obtida, o que foi tornado possível pelo SOFIA” declarou Lau. “Com esses dados, podemos aprender a respeito dos processos que aceleram e aquecem o anel”.
O núcleo da Via Láctea é habitado por um buraco negro com 4 milhões de vezes a massa do Sol e em torno dele orbita um grande disco de poeira e gás. O anel, mostrado na primeira figura, é a borda interior desse disco. O centro da galáxia também é o endereço de aglomerados estelares excepcionalmente grandes que contém algumas das mais luminosas estrelas jovens da nossa galáxia, um dos quais é o Aglomerado dos Quíntuplos, mostrado nas terceira e quarta fotos. A combinação do telescópio aerotransportado SOFIA com a câmera FORCAST produziu as imagens mais nítidas jamais obtidas nos comprimentos de onda infravermelhos intermediários, o que permitiu discernir novas pistas sobre o que acontece nas proximidades do buraco negro central.
“Algo grande aconteceu no centro da Via Láctea nos últimos 4 a 6 milhões de anos que resultou em vários bursts de formação de estrelas, criando o Aglomerado dos Quíntuplos, o Aglomerado Central e outros aglomerados de estrelas massivas”, diz Hankins, principal autor do artigo sobre os Quíntuplos. “Muitas outras galáxias também têm os assim chamados starbursts em suas regiões centrais, algumas associadas a buracos negros, outras não. O centro da Via Láctea fica muito mais perto do que outras galáxias, o que faz ficar mais fácil para nós explorar as possíveis conexões entre os starbursts e o buraco negro”,
|
|
|
Imagem da Hubble Space Telescope/NICMOS da região do Aglomerado dos Quíntuplos, coincidente com a imagem da SOFIA/FORCAST na terceira imagem. O Aglomerado dos Quíntuplos é visto na esquerda do quadro. A maior parte das características visíveis na imagem do SOFIA em infravermelho intermediário não são visíveis nesta imagem do Hubble devido a sua baixa temperatura e a poeira estelar interposta. (NASA/STScI) › Link para a imagem ampliada |
O Conselheiro Científico chefe do SOFIA, Eric Becklin, que trabalha com o grupo do ACN, determinou a posição do núcleo galático quando era estudante de pós-graduação na década de 1960, laboriosamente escaneando com um detector de infravermelho de um só pixel para mapear a região central.
“A resolução e cobertura espacial dessas imagens é chocante, o que mostra o que esses modernos detectores podem fazer quando associados com o SOFIA”, disse Becklin. “Esperamos utilizar esses dados para avançar substancialmente em nossa compreensão do ambiente no entorno de um buraco negro super massivo”.
Fonte:
SOFIA Spots Recent Starbursts in the Milky Way Galaxy’s Center.
Para mais informações acerca do SOFIA e sua missão científica, visite os seguintes sites (em inglês):
(Começou por este?… Leia o post anterior)
