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Uma equipe internacional de cientistas da Universidade Adam Mickiewicz, na Polônia, decidiu desvendar a origem misteriosa dessa supernova.

Em um estudo publicado na revista Nature, em setembro, os cientistas estudaram a misteriosa supernova tipo Ic, descobrindo a origem desse evento cósmico.

Uma supernova tipo Ic é uma explosão que ocorre quando estrelas gigantes perdem todo o combustível, resultando no colapso de seus núcleos. Isso acontece após todo o hidrogênio do núcleo estelar se fundir em elementos cada vez mais pesados, consequentemente, demandando mais energia.

Quando a estrela gigante não consegue sustentar a fusão, a pressão interna diminui, fazendo o núcleo da estrela sucumbir à gravidade. Isso acaba gerando uma grande explosão, com os restos formando uma estrela de nêutrons com enorme densidade, ou em um buraco negro — a depender do tamanho da estrela.

As camadas externas, por outro lado, se lançam ao espaço com tanta energia que conseguem formar metais muito pesados.

Mas, se fosse de uma estrela gigante, a misteriosa supernova deveria deixar vestígios suficientes de elementos mais leves , como hidrogênio e hélio.

Por isso, os cientistas se intrigaram com a misteriosa origem desse tipo raro de supernova.

Como os cientistas descobriram a origem da supernova misteriosa

Ao comparar os gases moleculares liberados supernovas tipo Ic e tipo II (geradas por estrelas com massas entre 8 e 15 ao do Sol), os cientistas identificaram a mesma quantidade de hidrogênio molecular.

Os cientistas descobriram que supernovas tipo Ic não são o resultado de explosões de uma estrela gigante, mas, sim, de uma estrela binária menor.

Estrela binária é o sistema estelar de duas estrelas que orbitam o mesmo centro de massa. Uma estrela é a primária por ser a mais brilhante, enquanto a outra é a estrela companheira ou secundária.

Desse modo, os cientistas descobriram que a estrela primária gera a supernova, enquanto a companheira expulsa o hélio e o hidrogênio da explosão.

Segundo os cientistas, a estrela companheira, geralmente, sobrevive à supernova, mas a força da explosão lança a companheira pelo espaço, onde vive o resto de seu tempo de vida.

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Em um estudo publicado nesta segunda-feira (16), os astrônomos explicaram como usaram o James Webb para observar uma galáxia do tamanho da Via Láctea, formada cerca de dois bilhões de anos após o Big Bang.

Essa galáxia, chamada “Galáxia de Pablo� fica a 12 bilhões de anos-luz da Terra, com uma massa 200 bilhões de vezes superior ao Sol. Na prática, a galáxia está “morrendo�porque um buraco negro supermassivo a deixou sem combustível para formar novas estrelas.

“Com base em observações anteriores, sabíamos que essa galáxia estava em um estado morto, pois, pelo seu tamanho, não formava muitas estrelas. Com isso, suspeitávamos que o fim da formação estelar tinha um elo com o buraco negro dessa galáxia� afirma Francesco D’Eugenio, coautor do estudo.

Entretanto, segundo D’Eugenio, não era possível estudar essa galáxia em detalhes para confirmar tal ligação antes do James Webb.

O astrônomo ressalta que o James Webb conseguiu confirmar que a galáxia estava “morrendo de fome�e se seu estado era permanente ou temporário.

A maioria das estrelas da “Galáxia de Pablo�se formaram entre 12,5 e 11 bilhões de anos atrás. As observações do James Webb mostram que a galáxia estava expelindo enormes quantidades de gás a 1.000 km por segundo.

Essa velocidade, de acordo com o estudo, é rápida o suficiente para que o gás escape do campo gravitacional da galáxia.

Como o buraco negro deixou a galáxia “morrendo de fome�

Assim como outras galáxias com buracos negros supermassivos, a Galáxia de Pablo tem um fluxo rápido de ventos de gás quente. No entanto, a massa desse gás é relativamente pequena.

O estudo ressalta que o James Webb conseguiu localizar um componente frio nos ventos de gás com massa mais densa. A massa desse gás frio, que a galáxia expulsa, é bem superior à massa necessária para formação de novas estrelas.

“Encontramos o culpado. O buraco negro está deixando essa galáxia morrendo de fome, mantendo-a em um estado de dormência, ao remover a fonte de ‘comida�necessária para formar novas estrelas, algo que conseguimos confirmar graças ao James Webb� afirma D’Eugenio.

Os astrônomos ressaltam o impacto de buracos negros supermassivos em galáxias, sugerindo que deva ser comum esse tipo de fenômeno que interrompe a formação de estrelas.

Além disso, eles destacam o papel do James Webb, afirmando que o telescópio representa “um enorme salto em termos da capacidade de estudar o início do universo e sua evolução�

Por fim, vale ressaltar que os autores do novo estudo sobre a “Galáxia de Pablo�são os mesmos que descobriram a galáxia morta mais antiga.

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O sistema, conhecido como ZS7, compreende também a fusão das duas galáxias as quais pertencem os buracos negros. Por enquanto, os cientistas ainda não sabem como eles se tornaram tão massivos.

Contudo, acreditam que ambos tiveram um grande impacto na evolução das galáxias onde residem.

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O que se sabe até agora

“Encontramos evidências de gás muito denso com movimentos rápidos nas proximidades do buraco negro, bem como gás quente e altamente ionizado iluminado pela radiação energética normalmente produzida por buracos negros em seus episódios de acreção”, explicou a autora principal Hannah Ãœbler, da Universidade de Cambridge, no Reino Unido. 

Segundo os resultados da pesquisa, um dos dois buracos negros tem uma massa 50 milhões de vezes a do Sol. No entanto, os astrônomos não puderam medir a massa do segundo buraco, uma vez que ele está enterrado em um gás denso. Ainda assim, imaginam que deva ser parecida com a do seu “irmão”.

No total, a massa estelar do sistema ZS7 é semelhante à da Grande Nuvem de Magalhães. 

“Nossas descobertas sugerem que a fusão é uma rota importante através da qual os buracos negros podem crescer rapidamente, mesmo no alvorecer cósmico”, explicou a autora principal do estudo Hannah Ãœbler, da Universidade de Cambridge, no Reino Unido.

James Webb: ferramenta essencial

Recentemente, a NASA divulgou um vídeo no qual mostra como seria cair um em buraco negro. Em geral, cada buraco negro massivo tem suas próprias características espectrográficas. 

Com isso, os astrônomos conseguem identificá-los. Mas para galáxias muito distantes, como aquelas neste estudo, essas assinaturas só podem ser vistas com o Webb.

“Graças à nitidez sem precedentes de suas capacidades de imagem, o Webb também permitiu que nossa equipe separasse espacialmente os dois buracos negros”, contou Ãœbler.

Próximos passos

A descoberta foi feita a partir de observações do programa Galaxy Assembly with NIRSpec Integral Field Spectroscopy, em que cientistas utilizam o James Webb para para estudar detalhadamente a relação entre buracos negros massivos e suas galáxias.

Por isso, os pesquisadores pretendem encontrar e caracterizar fusões de buracos negros, a fim de determinar com qual freência ocorrem, em quais épocas cósmicas e qual o papel das fusões no crescimento deles.

Além disso, depois da fusão de dois buracos negros, eles também geram ondas gravitacionais. Dessa forma, os astrônomos afirmam que eventos como este serão detectáveis com a próxima geração de observatórios de ondas gravitacionais.

Por exemplo, a próxima missão LISA (Laser Interferometer Space Antenna), que foi recentemente aprovada pela ESA (Agência Espacial Europeia, da sigla em inglês).

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O vídeo explora como seria cair na “superfícieâ€?de um buraco negro, área chamada de “horizonte de eventos”. Essa região define o limite em que a velocidade necessária para escapá-lo excede a velocidade da luz, que é o limite de velocidade no cosmos.

Dessa forma, a animação mostra o que aconteceria ao entrar no “ponto de não retorno”, onde nem a luz é capaz de escapar do poder gravitacional do buraco. No vídeo, este ponto de não retorno é simbolizado por um anel dourado que circunda o coração escuro do buraco negro.

Em outro cenário, os espectadores são levados em uma rota que contorna o buraco negro. Veja:

Esta experiência visual foi criada para ajudar a conectar a matemática complexa da relatividade geral com fenômenos reais do universo.

Desvendando os mistérios

Jeremy Schnittman, astrofísico do Centro de Voo Espacial Goddard da NASA, foi o responsável por criar essas visualizações. Ele explica, em um comunicado da agência, que as simulações ajudam a responder a perguntas frequentes sobre a natureza dos buracos negros e o que aconteceria se alguém se aproximasse demais.

Schnittman desenvolveu dois cenários distintos: um onde uma câmera, atuando como um substituto para um astronauta, quase alcança o horizonte de eventos antes de ser lançada de volta ao espaço. Outro onde a câmera cruza esse limite.

A massa do fenômeno apresentado na simulação é aproximadamente 4,3 vezes maior que a do Sol. O que o classifica como um buraco negro supermassivo.

Além disso, o astrofísico ainda revela um detalhe curioso. Se alguém tivesse a opção de escolher em qual buraco negro cair, os supermassivos seriam a melhor opção.

De acordo com ele, isso se deve ao fato de que buracos negros de massa estelar, com até 30 massas solares, têm horizontes de eventos menores e forças de maré mais intensas, capazes de desintegrar objetos antes mesmo de atingirem o horizonte.

Afinal de contas, o que são buracos negros?

Um buraco negro é uma região do espaço com um campo gravitacional tão intenso que nem mesmo a luz consegue escapar de dentro dele. De acordo com astrônomos, a intensa gravidade comprime a matéria até que não haja mais espaço entre os átomos.

Assim, corpos celestes dessa natureza podem surgir em decorrência da morte de estrelas supermassivas. Dessa forma, eles apresentam dimensões bastante variadas: os menores deles podem apresentar até mesmo o tamanho de um único átomo.

Os maiores, por sua vez, podem ter raios de poucos quilômetros e milhões de vezes a massa do Sol. Além disso, importante lembrar que eles não “sugam�tudo que está a sua volta. No entanto, o seu campo gravitacional pode prender estrelas e planetas longínquos em órbitas espirais.

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Recentemente, pesquisadores notaram uma oscilação distinta em uma das estrelas da constelação de Aquila. De acordo com os astrônomos, o movimento indicava que a estrela estava sendo puxada por um buraco negro.

“É uma completa surpresa. É o buraco negro de origem estelar mais massivo em nossa galáxia e o segundo mais próximo descoberto até agora”, afirmou Pasquale Panuzzo ao The Guardian. Ele é astrônomo e membro da colaboração Gaia no Observatório de Paris.

Embora os dados coletados pela missão tivessem previsão de lançamento para 2025, os pesquisadores decidiram adiantar a revelação dessa nova informação para que outros astrônomos também possam estudar o novo buraco negro, chamado BH3. Os detalhes foram publicados na revista Astronomy and Astrophysics.

Origem do BH3

O BH3 é um buraco negro estelar, ou seja, ele se formou quando um estrela de grande massa colapsou, já no final de sua vida. De acordo com os astrônomos que o descobriram, ele se formou após a explosão de uma estrela que vivia apenas a dois mil anos-luz da Terra.

Por isso, além da surpresa com a sua massa, ele também é o segundo buraco negro mais próximo do planeta. Além disso, BH3 tem uma estrela companheira.

Para os cientistas da missão Gaia, a estrela foi aprisionada no campo gravitacional do buraco negro após sua formação, uma vez que não há sinais de que esteja contaminada com material expelido pela explosão estelar que formou o BH3.

O gigante da Via Láctea

Em geral, há dezenas de buracos negros estelares na Via Láctea. Mas a maioria deles tem cerca de 10 vezes a massa do Sol. Já o BH3 é 33 vezes mais massivo que a nossa estrela.

Observações adicionais do VLT (Very Large Telescope), do ESO (Observatório Europeu do Sul), no deserto do Atacama, Chile confirmaram a informação. Além da massa, a pesquisa também identificou a órbita da estrela companheira, que circula o buraco negro a cada 11,6 anos.

De acordo com Panuzzo, apenas o buraco negro supermassivo Sagittarius A, localizado no centro da Via Láctea, tem mais massa do que o BH3. Esse gigante cósmico central tem vários milhões de vezes a massa do nosso Sol, porém, ele não é um buraco negro do tipo estelar. Isso porque não existem estrelas com tamanho suficiente para criar buracos negros desse tamanho.

Acredita-se que o Sagittarius A chegou ao seu tamanho atual engolindo gás e poeira de seus arredores ou pela fusão de buracos negros menores. Aliás, uma astrônoma brasileira ajudou a captar a primeira foto deste buraco negro supermassivo.

Por outro lado, o BH3 é semelhante a alguns buracos negros revelados por ondas gravitacionais ou ondulações no espaço-tempo. Geralmente, eles surgem quando buracos negros colidem em galáxias distantes.

“Nós só vimos buracos negros dessa massa com ondas gravitacionais em galáxias distantes”, concluiu Panuzzo.

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Chamado J0313-1806, o buraco negro tem uma massa de cerca de 1,6 bilhão de vezes a do Sol, e se formou quando o Universo tinha apenas 800 milhões de anos.

O artigo descrevendo a descoberta foi publicado na revista Nature. A pesquisa foi feita por um grupo de astrônomos liderado pelo pesquisador Lukas Furtak e por Adi Zitrin, ambos da Universidade Ben-Gurion do Neguev (Israel).

Importância da descoberta do buraco negro

Segundo os pesquisadores, ele é tão vermelho porque está cercado por uma grande quantidade de poeira e gás. Essa camada espessa absorve a luz azul e verde e deixa passar apenas a luz vermelha.

Assim, essa poeira e gás são o resultado da intensa atividade do buraco negro, que devora a matéria ao seu redor e emite enormes jatos de radiação e partículas.

“Ficamos muito entusiasmados quando o Webb começou a enviar seus primeiros dados. Estávamos escaneando os dados que chegaram para o programa Uncover e três objetos muito compactos, mas com flores vermelhas, se destacaram e chamaram nossa atenção”, disse em comunicado Lukas Furtak autor principal dos artigos de descoberta.

Os pesquisadores apontam que a descoberta do buraco negro vermelho é um marco para a ciência. A revelação mostra que os buracos negros supermassivos já existiam no início do Universo, e que eles podem ter influenciado a formação das primeiras galáxias e estrelas.

Além disso, a descoberta desafia os modelos teóricos de como os buracos negros se formam e crescem, pois eles precisariam de uma taxa de acreção (processo de acumulação de material de maneira gradual) muito alta para atingir essa massa em tão pouco tempo.

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Os pesquisadores relatam a identificação de 18 novos eventos de perturbação tidal (TDEs) — quando uma estrela próxima é despedaçada gravitacionalmente por um buraco negro. Assim, liberando uma intensa explosão de energia em todo o espectro eletromagnético.

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A equipe do MIT utilizou observações do NEOWISE, o Wide-field Infrared Survey Explorer da NASA, usando um algoritmo para identificar padrões indicativos de explosões transitórias de radiação infravermelha.

Cruzando essas transições com um catálogo de galáxias próximas, eles descobriram que as emissões infravermelhas poderiam ser associadas a cerca de 1.000 galáxias — revelando, assim, 18 novos eventos de perturbação tidal.

Pesquisa inovadora

Tradicionalmente, os astrônomos detectavam TDEs por meio de explosões nas bandas óptica e de raios X. Buscas anteriores haviam revelado aproximadamente uma dúzia desses eventos no universo próximo.

No entanto, a equipe do MIT, liderada pela estudante de pós-graduação Megan Masterson, adotou uma abordagem não convencional, observando a banda infravermelha. Como você deve se lembrar, diferentes telescópios analisam partir diferentes do espectro eletromagnético: alguns deles focam em detectar a emissão raios X, outros em raios Gamma e outros no espectro infravermelho.

Este método inovador revelou TDEs que haviam permanecido ocultos em galáxias obscurecidas por poeira. TDEs emitem radiação infravermelha em galáxias empoeiradas, onde um buraco negro central está envolto em detritos galácticos.

A poeira absorve e oculta a luz óptica e de raios X, ao mesmo tempo em que se aquece e produz radiação infravermelha detectável. O estudo do MIT mais que dobrou o catálogo conhecido de TDEs no universo, destacando o poder das observações infravermelhas.

Masterson enfatiza: “A maioria dessas fontes não aparece nas bandas ópticas. Se você quiser entender os TDEs como um todo e usá-los para investigar a demografia dos buracos negros supermassivos, é preciso olhar na banda infravermelha”, disse ao ScienceDaily.

As descobertas desafiam as suposições anteriores de que os TDEs ocorrem principalmente em um tipo específico de galáxia – sistemas pós-explosão estelar.

Esses sistemas, formados a partir de galáxias que já foram locais de formação estelar, eram raros e relativamente livres de poeira, tornando as emissões ópticas e de raios X mais visíveis.

As descobertas do MIT demonstram que TDEs ocorrem em várias galáxias, resolvendo o mistério de por que pareciam limitados a sistemas específicos.

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Descoberto em órbita de um pulsar de milissegundos, se trata de uma estrela de nêutrons colapsada que emite radiação em pulsos rápidos e gira intensamente. Os cientistas desconfiam que este seja o primeiro pulsar-buraco negro já observado.

A natureza exata dos objetos dentro dessa lacuna é desconhecida. Mas os astrônomos estão otimistas de que a descoberta recente possa responder algumas das perguntas sobre essa lacuna.

O objeto misterioso pode representar a estrela de nêutrons mais massiva já encontrada, ou o buraco negro mais leve já observado. Ou até mesmo uma variante exótica de uma estrela.

Os resultados da pesquisa foram publicados na revista Science nesta semana.

Melhor entendimento das teorias da gravidade na Via Láctea

Esse fenômeno parece ser uma fusão entre um buraco negro e uma estrela única. Ben Stappers, líder do projeto no Reino Unido, enfatizou a importância desse achado, indicando que um sistema pulsar-buraco negro se tornará um “alvo significativo para testar teorias da gravidade”.

Adicionalmente, ele afirmou que, se for uma estrela de nêutrons pesada, poderá oferecer “novas perspectivas sobre a física nuclear em densidades extremamente altas”.

O debate sobre o que ocorre quando estrelas de nêutrons acumulam massa excessiva e colapsam é antigo, e este novo objeto único pode fornecer um caminho para entender esse fenômeno.

As teorias atuais acreditam que a massa crítica para o colapso de uma estrela de nêutrons seja 2,2 vezes a massa do Sol.

No entanto, os buracos negros mais leves provenientes desse colapso têm uma massa significativamente maior, criando o que é conhecido como “lacuna de massa do buraco negro”.

Independentemente da resposta, esta descoberta promete ser um marco para a compreensão das propriedades da matéria em condições extremas no universo, proporcionando um vislumbre sem precedentes do cosmos em constante evolução.

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O senso comum sobre buracos negros nos centros das galáxias próximas ao nosso planeta é que eles contêm cerca de um décimo de um por cento da massa das estrelas de sua hospedeira.

A estimativa é calculada com base no brilho e na energia dos raios X. Sua massa mais a quantidade de raios X que o buraco negro produz e o brilho de sua galáxia se encaixam nas previsões de 2017 do pesquisador Priyamvada Natarajan, da Universidade de Yale. Ele definiu o objeto astronômico como um “Buraco Negro Extraordinário” formado diretamente do colapso de uma enorme nuvem de gás.

“Pensamos que esta é a primeira deteção de um ‘buraco negro de grandes dimensões’ e a melhor evidência já obtida de que alguns buracos negros se formam a partir de nuvens massivas de gás. Pela primeira vez estamos a observar uma breve fase em que um buraco negro supermassivo pesa quase tanto como as estrelas da sua galáxia, antes de ficar para trás”, disse Natarajan.

O que a descoberta significa?

Para encontrar o buraco negro, cuja luz vem de 470 milhões de anos após o Bg Bang, os investigadores usaram dados do Observatório de Raios-X Chandra e dados do Telescópio Espacial James Webb.

Observações com o Chandra detectaram a presença de gás intenso e superaquecido que emite raios X nesta galáxia – retrato de um buraco negro supermassivo em crescimento. “Também aproveitamos uma lupa cósmica que aumentou a quantidade de luz que detectamos”, disse Akos Bogdan, do Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA).

A descoberta pode explicar a formação de alguns dos primeiros buracos negros supermassivos do universo e como eles podem ter atingido massas colossais logo após o Big Bang.

“Existem limites físicos para a rapidez com que os buracos negros podem crescer depois de formados, mas aqueles que nascem com maior massa têm uma vantagem inicial. É como plantar uma muda, que leva menos tempo para crescer e se tornar uma árvore em tamanho real do que se você começasse apenas com uma semente”, explicou um dos autores, Andy Goulding, da Universidade de Princeton.

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A estrela é uma anã branca e está localizada 500 milhões de anos-luz da Terra. De acordo com o Observatório Neil Gehrels Swift, a estrela está perdendo três vezes a massa da Terra a cada vez que passa pelo buraco negro.

Conhecido como evento de perturbação de marés, esse fenômeno é caracterizado pelos casos em que uma estrela se aproxima demais de um buraco negro supermassivo e acaba sendo destruída por sua força gravitacional. Assim, sofrendo o efeito de alongamento e compressão que os astrônomos chamam de “espaguetificação�

A descoberta mostra pela primeira vez um estrela do tamanho do Sol sendo devorada, além de demonstrar como pequenos buracos negros ter um grande apetite mesmo com estrelas massivas.

“O que é mais provável que aconteça é que a órbita da estrela decairá gradualmente e ela se aproximará cada vez mais do buraco negro supermassivo até chegar perto o suficiente para ser completamente interrompida”, disse à Reuters o astrofísico Rob Eyles-Ferris, da Universidade de Leicester, na Inglaterra.

O que são buracos negros?

Um buraco negro é uma região do espaço com um campo gravitacional tão intenso que nem mesmo a luz consegue escapar de dentro dele. A intensa gravidade comprime a matéria até que não haja mais espaço entre os átomos.

Corpos celestes dessa natureza podem surgir em decorrência da morte de estrelas supermassivas. Eles apresentam dimensões bastante variadas: os menores deles podem apresentar até mesmo o tamanho de um único átomo.

Os maiores, por sua vez, podem ter raios de poucos quilômetros e milhões de vezes a massa do Sol. Além disso, importante lembrar que eles não “sugam�tudo que está a sua volta. No entanto, o seu campo gravitacional pode prender estrelas e planetas longínquos em órbitas espirais.

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A cinebiografia “Oppenheimer“, de Christopher Nolan, que estreou nos cinemas na última quinta-feira (20), reforçou a trajetória do cientista como o “pai da bomba atômica”. Mas, antes disso, ele era um físico teórico que trabalhava com a física quântica.

Em 1939, Oppenheimer e seu colega Hartland S. Snyder, da Universidade da Califórnia, publicaram o artigo “On Continued Gravitational Contraction”. O texto usava as equações da teoria da gravidade de Albert Einstein, a relatividade geral, para mostrar como buracos negros poderiam nascer.

Como o professor de física da Universidade de Sussex, na Inglaterra, Xavier Calmet, disse ao site Space.com, “Oppenheimer propôs o primeiro modelo para descrever como uma estrela poderia entrar em colapso em um buraco negro”.

“Este modelo explica a formação de buracos negros como um processo astrofísico dinâmico, o estágio final da evolução de estrelas suficientemente pesadas”, contou, acrescentando tê-lo usado recentemente em um artigo sobre o colapso de buracos negros considerando a gravidade quântica.

Como Oppenheimer estudou os buracos negros

Os buracos negros são lugares no espaço-tempo cuja velocidade de escape é maior que a velocidade da luz, ou seja, nenhuma partícula ou radiação eletromagnética pode escapar. A teoria da relatividade geral de Einstein prevê que uma massa compacta o suficiente pode deformar o espaço-tempo para formar um buraco negro.

Em 1915, o astrônomo Karl Schwarzschild encontrou uma cópia da teoria do famoso cientista. Ele conseguiu calcular uma solução matemática exata para as equações de campo da relatividade geral, descobrindo assim a existência dos buracos negros.

Futuramente, seguindo um caminho diferente de Schwarzschild, Oppenheimer e seus colegas chegaram ao mesmo fim. No entanto, eles foram capazes de descobrir o processo por trás do surgimento de um buraco negro. Dessa forma, eles foram os primeiros a compreender seu nascimento físico.

Enquanto Einstein concluía pesquisas a fim de mostrar que os buracos negros não poderiam existir, em 1939, Oppenheimer já trabalhava em seu artigo pioneiro. Seu parceiro, Snyder, teorizou que, a uma distância da estrela em colapso, a luz de uma fonte próxima ao horizonte de eventos teria o comprimento de onda esticado pela gravidade, tornando-se cada vez mais vermelho — em um processo chamado redshift.

Simultaneamente, a frequência da luz é reduzida do ponto de vista do observador. A redução continua até que, para o observador distante, a luz esteja efetivamente “congelada”. A teoria ganhou o nome de “estrela congelada”, até que, enfim, em 1967, o físico John Wheeler, da Universidade de Princeton, cunhou o termo “buraco negro” durante uma palestra.

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“Podemos dizer que a Terra se movimenta devido às ondas gravitacionais que varrem nossa galáxia� diz Scott Ransom, astrofísico do Observatório Nacional de Radioastronomia dos EUA, no estado de Virgínia.

• Cientistas podem ter desvendado mistério de buraco negro fugitivo
• Astrofísicos estudam conjunto de pulsares para identificar fundo de ondas gravitacionais

Os astrônomos ouviram o zumbido de ondas gravitacionais de baixa frequência ecoando por todo o universo. Embora não sejam perceptíveis pelos seres humanos, as ondas gravitacionais da galáxia são capazes de distorcer o espaço-tempo.

Tratam-se de ondulações no tecido rígido e duro do espaço-tempo. Isso é consequência dos fenômenos mais violentos que o cosmos pode gerar, como explosões e colisões entre estrelas ou fusões de buracos negros, por exemplo.

Ilustração simula dois buracos negros na galáxia. Imagem: YouTube/Reprodução

As ondas gravitacionais atingem a Terra o tempo todo, mas não tínhamos ferramentas sensíveis o suficiente para detectá-las �até agora.

Há anos, os cientistas buscaram o fundo da onda gravitacional, ou seja, um eco fraco mas persistente desse fenômeno. Agora, as investigações finalmente confirmaram sua existência.

Como foi a descoberta?

A revelação inédita é o resultado de 15 anos de observações feitas pelo North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves (NANOGrav).

Na investigação, a equipe usou radiotelescópios para monitorar 68 estrelas mortas, chamadas de pulsares. A partir daí, constatou que elas agiam como um conjunto de boias, flutuando em ondulações do espaço-tempo que “varrem�a galáxia.

“O efeito dessas ondas nos pulsares é extremamente fraco e difícil de se detectar, mas construímos confiança nas descobertas ao longo do tempo à medida que coletamos mais dados� disse Katerina Chatziioannou, pesquisadora do NANOGrav, ao site EurekAlert. 

A provável fonte da constatação é o sinal combinado de muitos pares de buracos negros gigantes �de milhões ou até bilhões de vezes a massa do Sol.

Essas ondas são milhares de vezes mais fortes e mais longas do que as encontradas em 2015, com comprimentos de onda de até dezenas de anos-luz. Por outro lado, as ondulações detectadas desde 2015 usando uma técnica chamada interferometria têm apenas dezenas ou centenas de quilômetros de extensão.

À esquerda, o físico Albert Einstein recebendo seu certificado de cidadania norte-americana, em 1940. Imagem: Wikimedia Commons/Reprodução

Albert Einstein previu as ondas gravitacionais pela primeira vez em 1916. Mas o fenômeno só foi detectado pela primeira vez em 2015, pelo Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro Laser (LIGO).

À época, o colegiado captou uma explosão de ondas da fusão de dois buracos negros.

“Temos uma nova maneira de investigar o que acontece quando monstruosos buracos negros nos núcleos das galáxias iniciam uma lenta, mas inexorável, espiral de morte� explica Joseph Lazio, integrante do NANOGrav.

“Achamos que esse processo é padrão para muitas galáxias e vimos muitos exemplos em várias etapas, mas finalmente estamos começando a vislumbrar uma das principais fases finais� pontuou o pesquisador.

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Esta foi, ao menos, a explicação inicial. Agora, astrônomos do Instituto de Astrofísica das Canárias (IAC), na Espanha, sugeriram outra explicação: o buraco negro fugitivo pode ser, na verdade, uma galáxia de disco sem bojo galático �uma região central, presente em galáxias como a nossa, com maior densidade de estrelas.

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“É um alívio ter encontrado a solução para este mistério”, disse Jorge Sanchez Almeida, autor principal do estudo, em comunicado. “O novo cenário proposto é muito mais simples.  Por outro lado, também é uma pena, porque se espera a existência de buracos negros fugitivos, e este poderia ter sido o primeiro a ser observado.”

O problema do buraco negro

A primeira hipótese para o cenário capturado nas imagens do Hubble previa a existência de um buraco negro que se movia em velocidade suficiente para chegar da Terra à Lua em 14 minutos. Forçando seu caminho através do gás presente no espaço, ele estaria acumulando regiões mais densas e desencadeando a formação de novas estrelas.

Acima, imagem do buraco negro feita pelo Hubble. A galáxia IC5249 aparece na segunda e terceira imagens da colagem.

“Achamos que estamos vendo um rastro atrás do buraco negro, onde o gás esfria e é capaz de formar estrelasâ€? disse Pieter van Dokkum, da Universidade de Yale, em comunicado. “Como o rastro atrás de um navio, estamos vendo um rastro atrás do buraco negro. […] Não se parece com nada que já vimos antes.”

Foi uma hipótese controversa, que causou debate entre a comunidade astronômica. Os cientistas não sabiam ao certo por que o buraco negro não estava engolindo o gás enquanto se movia através dele, por exemplo, e criando mais perturbações. O cenário exigia “um grande conjunto de circunstâncias excepcionais e complexas� segundo os autores que propuseram a nova solução.

A hipótese da galáxia

A equipe comparou as imagens da suposta trilha de estrela com uma galáxia próxima à Via Láctea, chamada IC5249. Trata-se de uma galáxia de disco sem bojo, com massa em estrelas semelhante à trilha detectada pelo Hubble.

Então, os astrônomos notaram que ambas eram “extraordinariamente semelhantesâ€? “Os movimentos, o tamanho e a quantidade de estrelas se encaixam no que foi visto nas galáxias do universo local”, disse Almeida.

O estudo será publicado na revista Astronomy and Astrophysics.

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A explosão estelar, conhecida como AT2021lwx, ocorreu a quase 8 bilhões de anos-luz de distância �ou seja, 6 bilhões de anos após o Big Bang �e dura atualmente mais de três anos. Os astrônomos descreveram o fenômeno na última quinta (11), na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

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“Estimamos que seja uma bola de fogo com 100 vezes o tamanho do Sistema Solar e com um brilho de cerca de 2 trilhões de vezes o do Sol� disse Philip Wiseman, autor principal do estudo, em entrevista ao The Guardian. “Em três anos, este evento liberou cerca de 100 vezes mais energia do que o Sol em seus 10 bilhões de anos de vida.�/span>

A explosão foi detectada pela primeira vez em 2020 pela Zwicky Transient Facility, na Califórnia, e pelos telescópios do sistema Atlas, no Havaí �instalações que regularmente examinam o céu noturno para identificar objetos transitórios que mudam rapidamente de brilho, como supernovas.

“A maioria dos eventos de supernovas e perturbações das marés dura apenas alguns meses antes de desaparecerâ€? disse Wiseman em comunicado. “Algo brilhante por mais de dois anos foi imediatamente muito incomum.”

A equipe então recorreu a mais três telescópios. “Dada a singularidade deste evento, nós o observamos em diferentes comprimentos de onda com o objetivo de entender sua natureza”, disse Tomas Müller-Bravo.

O que causou a explosão

Os cientistas acreditam que a explosão cósmica aconteceu quando uma nuvem de gás gigante, talvez milhares de vezes maior que o nosso sol, mergulhou em um buraco negro supermassivo. 

A nuvem faria parte do disco de acreção do buraco negro: um donut de gás e poeira que orbita este corpo celeste à medida que é engolido por ele �como se tivessem dado descarga neste amontoado de material cósmico. Ainda não está claro o que pode ter desviado esta parte do disco.

O próximo passo da equipe é coletar mais dados sobre a explosão, que possam revelar a superfície e a temperatura do objeto, além de dar pistas sobre quais processos subjacentes estão acontecendo. Eles também farão simulações computacionais para testar sua teoria sobre a causa da explosão.

Os únicos fenômenos cósmicos tão brilhantes quanto a AT2021lwx são os quasares: buracos negros supermassivos com um fluxo constante de gás que cai sobre eles em alta velocidade.

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Dessa forma, a foto histórica é o resultado do projeto EHT (Event Horizon Telescope). Ele é uma colaboração internacional que envolveu fotografar o buraco negro a partir de vários observatórios ao redor da Terra, em 2017, e, posteriormente, combinar os dados para criar uma imagem única do objeto.

Na imagem original �apresentada pela primeira vez em 2019 � era possível ver um buraco avermelhado fora de foco, cercado por um material de aparência incandescente. Então, na foto melhorada, o buraco negro está mais “negro�e com um anel circundante mais fino e nítido. No vídeo abaixo, é possível ver a comparação entre a foto original e a melhorada por IA:

Como surgiu o efeito

Para conseguir tal feito, os cientistas utilizaram um novo algoritmo que usa aprendizado de máquina para analisar novamente os dados coletados em 2017. A equipe treinou uma rede neural para reconhecer o buraco negro e a IA realizou simulações de todos os tipos de buracos negros consistentes com as equações do físico Albert Einstein.

Sobretudo, isso permitiu reconstruir a imagem com uma maior fidelidade. Agora, com a foto mais nítida, os astrônomos podem calcular com maior precisão o tamanho do astro, bem como estudar o comportamento do material ao seu redor antes dele cair no buraco.

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O buraco negro de M87 está localizado a 55 milhões de anos-luz da Terra, na direção da constelação de Virgem. Nesse sentido, estima-se que ele tem, nada menos, que 6,5 bilhões de vezes a massa do Sol.

Para fotografá-lo, foi necessário combinar os dados de cinco radiotelescópios distantes entre si �localizados no Pólo Sul, Chile, Havaí e França.

Recentemente, o EHT também apresentou a primeira imagem de Sagitário A*, o buraco negro localizado no centro da nossa própria galáxia, a Via-Láctea.

O dedo brasileiro na nova foto do buraco negro

Os detalhes da pesquisa foram publicados nesta quarta-feira (13) em um artigo no The Astrophysical Journal.

Em entrevista no ano passado para o UOL, a cientista brasileira afirmou estar orgulhosa do seu trabalho. “Mais de 100 anos de trabalho teórico prevendo uma imagem, e quando ela sai, é exatamente o que foi previsto. É incrível! Fico muito orgulhosa não só da nossa equipe, mas da humanidade toda. Ciência funciona!”

Medeiros é formada em física e astrofísica, na Universidade da Califórnia, nos Estados Unidos, além de possuir mestrado em ciências físicas e doutorado em física, ambas pela mesma instituição. Além disso, ela colabora com o EHT desde o início do projeto, sendo hoje a mulher mais jovem a liderar um estudo envolvendo a física gravitacional de buracos negros.

No Twitter, por fim, a cientista brincou com a semelhança do buraco negro com duas rosquinhas:

The resemblance is uncanny //t.co/WTBz12EqTo

— Lia Medeiros PhD (@astronolia) April 13, 2023

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O buraco negro em questão está localizado no centro de uma galáxia elíptica do aglomerado Abell 1201, a 2,7 bilhões de anos-luz da Terra. Detalhes sobre a descoberta foram publicados no Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

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Identificar um buraco negro não é tarefa fácil. Quando eles estão se alimentando ativamente, sua atração gravitacional acaba aquecendo o material ao redor, permitindo a detecção de ondas de rádio por parte dos telescópios. 

Por outro lado, o objeto pode estar inativo. Esse era o caso do buraco negro identificado pelo Hubble. As lentes gravitacionais são bem-vindas nestas situações.

O fenômeno das lentes gravitacionais ocorre quando o campo gravitacional de uma galáxia em primeiro plano parece dobrar a luz de uma galáxia de fundo. Assim, o objeto fica maior e visível.

Os buracos negros também podem agir como lentes gravitacionais. No estudo, a equipe simulou objetos do tipo de diferentes tamanhos afetariam o espaço-tempo ao seu redor. Depois, comparou os resultados com dados obtidos pelo Hubble, encontrando uma correspondência. 

O método permitirá aos astrônomos encontrar uma série de buracos negros inativos e ultramassivos que estão escondidos pelo Universo.

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Os cientistas nomearam a explosão como GRB 221009A, mas ela ficou conhecida pelo apelido de BOAT �sigla em inglês para “a mais brilhante de todos os tempos� O episódio ocorreu em 9 de outubro de 2022, mas somente agora foi relatado no The Astrophysical Journal Letters.

Os GRBs são capazes de gerar mais energia em segundos do que o Sol produzirá durante toda sua vida útil de 10 bilhões de anos. Eventos do tipo não são raros, mas a intensidade vista no BOAT é algo que ocorre apenas um vez a cada 10 mil anos.

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O que são os GRBs

Para entender o que aconteceu, é preciso caracterizar os GRBs. Existem os curtos, que duram segundos e são provavelmente gerados pela colisão entre estrelas de nêutrons, e os longos, que duram minutos e parecem se originar em buracos negros nascidos de estrelas massivas.

Vamos falar sobre a segunda opção. Quando o núcleo de estrelas massivas colapsa, forma-se o buraco negro. Esse, por sua vez, libera jatos de raios gama. Pode-se restar um brilho residual que, posteriormente, deposita energia na estrela e alimenta sua explosão em supernova, como visto na animação abaixo:

Mas até agora os cientistas não identificaram uma supernova ligada ao fenômeno. Eles sabem apenas que, caso ela surja, estará em algum lugar a cerca de 1,9 bilhão de anos-luz da Terra.

O ângulo de lançamento do GRB tornou-o o jato mais brilhante já visto na história. Os pesquisadores compararam o jato àquele produzido pelo bico mais potente de uma mangueira de jardim, o que justifica sua intensidade. Além disso, o feixe de raios estava diretamente voltado para a Terra, tornando-o mais potente quando visto daqui.

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Vamos lentamente desvendar a conclusão acima. Primeiro, é preciso saber que os cientistas observaram mais de 5 mil buracos negros durante um período de cinco anos. Esses eram buracos supermassivos, com massa de milhões ou bilhões de sóis e que podiam ser encontrados no centro das galáxias.

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Então, os cientistas acompanharam o processo de alimentação desses buracos. Alguns acabam devorando estrelas que são puxadas pela gravidade das galáxias, enquanto outros são abastecidos com nuvens de gás expelidas por gigantes vermelhas.

Todo esse material acaba formando um disco de acreção ao redor do buraco negro. A equipe focou nas mudanças diárias desse brilho que circunda o gigante. 

Os cientistas utilizaram métodos estatísticos para medir a quantidade de luz emitida pelos 5 mil discos ao longo do tempo. Dessa forma, notaram um padrão de brilho um pouco diferente para cada um deles.

Isso mudou quando foram aplicadas outras variantes, como tamanho, brilho e cor. Então, encontraram padrões universais que confirmavam a teoria das instabilidades magneto-rotacionais, proposta em 1998 por Steven Balbus e John Hawley. 

Segundo os astrofísicos, os discos maiores orbitam mais lentamente com uma cintilação lenta, enquanto órbitas mais apertadas e rápidas em discos menores cintilam mais rapidamente. Tais diferenças ocorrem devido a turbulências causadas pelos campos magnéticos. 

As mudanças sutis, por sua vez, podem ser justificadas pelas diferentes orientações pelas quais os cientistas observam os discos de acreção. No futuro, a equipe pretende observar essas variações de perto e buscar pistas para discernir a orientação de um buraco negro.

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A cena citada acima é chamada por pesquisadores como “evento de ruptura de maré� Algumas vezes, pode vir acompanhada de um espetáculo à parte que torna o episódio ainda mais interessante. 

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É possível que, após aniquilar a estrela, o buraco negro supermassivo comece a lançar jatos luminosos de partículas de alta energia em direções opostas no espaço. Para ter uma ideia, esses feixes de matéria viajam perto da velocidade da luz. 

Agora, pesquisadores que trabalham no projeto Zwicky Transient Facility (ZTF), nos EUA, identificaram uma cena como essa, que foi denominada “AT2022cmc� Essa é apenas a quarta vez que cientistas observam a perturbação de maré combinada aos jatos luminosos, sendo que o último evento do tipo foi detectado há mais de uma década, em 2011.

Foram publicados dois estudos relatando o caso, que podem ser lidos nas revistas Nature e Nature Astronomy. Segundo os pesquisadores, esse foi também o evento mais distante do tipo já registrado, além de ter sido considerado como o mais luminoso.

A cena foi detectada em fevereiro através do telescópio do Observatório Palomar, na Califórnia. O  Very Large Telescope, no Chile, também foi utilizado para calcular a distância entre a Terra e o objeto.

O buraco negro em questão está a cerca de 8,5 bilhões de anos-luz daqui, provavelmente alocado no centro de uma galáxia. Sua massa é centenas de milhões de vezes superior à do Sol.

O evento vem acompanhado de muitos mistérios. Os astrônomos ainda não sabem dizer, por exemplo, por que alguns desses episódios geram os jatos e outros não. A rápida rotação do buraco negro pode estar envolvida no caso, embora isso não tenha sido confirmado.

Além disso, o brilho do AT2022cmc era tão grande que a equipe não conseguiu determinar em qual galáxia ele estava. No futuro, observações realizadas com os telescópios espaciais Hubble ou James Webb podem revelar o local de origem desse gigante.

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Agora, cientistas do Instituto de Tecnologia da Califórnia, nos EUA, conseguiram reproduzir um buraco de minhoca em um computador quântico, simulando dois minúsculos buracos negros e transmitindo uma mensagem entre eles. 

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Segundo os pesquisadores, a conquista representa um pequeno passo no esforço para entender a relação entre a gravidade, que molda o Universo, e a mecânica quântica, que governa o reino subatômico das partículas.

Vale reforçar que não estamos falando de buracos negros reais. Esse é apenas um modelo simplificado do cosmos criado graças a tecnologia, mas que é consistente com a teoria da relatividade geral de Einstein. 

O buraco de minhoca, inclusive, também é chamado de ponte Einstein-Rosen, em homenagem aos dois físicos que o descreveram em 1935 �Albert Einstein e Nathan Rosen. 

E como funciona a transmissão? Físicos teóricos da Universidade de Cambridge, no Reino Unido, sugeriram no passado que, para enviar uma mensagem por um buraco de minhoca, seria necessário utilizar uma pequena dose de energia negativa na extremidade de saída da passagem para manter sua escotilha aberta e permitir o escape das informações.

Não existe energia negativa na física clássica, mas na teoria quântica sim. Foi isso que a equipe fez. A simulação ocorreu em um computador Sycamore 2 do Google, que possui 72 qubits �unidade básica de informação em um computador quântico. Foram utilizados apenas nove qubits para limitar a quantidade de interferência e ruído no sistema. Os resultados foram publicados na revista científica Nature.

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