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sexta-feira, 1 de maio de 2020

Telescópio Spitzer revela o tempo preciso de uma dança de buraco negro

Caros Leitores;










Esta imagem mostra dois buracos negros maciços na galáxia OJ 287. O buraco negro menor orbita o maior, que também é cercado por um disco de gás. Quando o buraco negro menor colide com o disco, ele produz um brilho mais brilhante que 1 trilhão de estrelas. Crédito: NASA / JPL-Caltech

Buracos negros não são estacionários no espaço; de fato, eles podem ser bastante ativos em seus movimentos. Mas como são completamente escuros e não podem ser observados diretamente, não são fáceis de estudar. Os cientistas finalmente descobriram o momento exato de uma dança complicada entre dois enormes buracos negros, revelando detalhes ocultos sobre as características físicas desses misteriosos objetos cósmicos.

A galáxia OJ 287 abriga um dos maiores buracos negros já encontrados, com mais de 18 bilhões de vezes a massa do nosso Sol. Orbitando esse gigante está outro buraco negro com cerca de 150 milhões de vezes a massa do Sol. Duas vezes a cada 12 anos, o buraco negro menor colide com o enorme disco de gás que cerca seu companheiro maior, criando um flash de luz mais brilhante que um trilhão de estrelas - mais brilhante ainda que toda a galáxia da Via Láctea. A luz leva 3,5 bilhões de anos para chegar à Terra.
Mas a órbita do buraco negro menor é oblonga, não circular, e é irregular: muda de posição a cada volta do buraco negro maior e é inclinada em relação ao disco de gás. Quando o buraco negro menor colide com o disco, ele cria duas bolhas de gás quente em expansão que se afastam do disco em direções opostas e, em menos de 48 horas, o sistema parece quadruplicar em brilho.
Por causa da órbita irregular, o buraco negro colide com o disco em momentos diferentes durante cada órbita de 12 anos. Às vezes, as labaredas aparecem com apenas um ano de diferença; outras vezes, com até 10 anos de diferença. As tentativas de modelar a órbita e prever quando os foguetes ocorreriam levaram décadas, mas em 2010, os cientistas criaram um modelo que poderia prever sua ocorrência dentro de uma a três semanas. Eles demonstraram que seu modelo estava correto prevendo o aparecimento de um surto em dezembro de 2015 em três semanas.
Então, em 2018, um grupo de cientistas liderados por Lankeswar Dey, um  do Instituto Tata de Pesquisa Fundamental em Mumbai, Índia, publicou um artigo com um modelo ainda mais detalhado que eles afirmam ser capaz de prever o momento de futuros surtos. dentro de quatro horas. Em um novo estudo publicado no Astrophysical Journal Letters , esses cientistas relatam que sua previsão precisa de um surto ocorrido em 31 de julho de 2019 confirma que o modelo está correto.
A observação desse surto quase não aconteceu. Como o OJ 287 estava no lado oposto do Sol da Terra, fora da vista de todos os telescópios no solo e na órbita da Terra, o buraco negro não voltaria a ser visto por esses telescópios até o início de setembro, muito depois do clarão. desbotado. Mas o sistema estava à vista do Telescópio Espacial Spitzer da NASA, que a agência se aposentou em janeiro de 2020.
Após 16 anos de operações, a órbita da espaçonave a colocou a 254 milhões de quilômetros da Terra, ou mais de 600 vezes a distância entre a Terra e a Lua. Desse ponto de vista, Spitzer pôde observar o sistema de 31 de julho (no mesmo dia em que o clarão deveria aparecer) até o início de setembro, quando o OJ 287 se tornaria observável nos telescópios da Terra.
"Quando verifiquei pela primeira vez a visibilidade do OJ 287, fiquei chocado ao descobrir que Spitzer ficou visível no dia em que se previa o próximo surto", disse Seppo Laine, cientista associado da Caltech / IPAC em Pasadena , Califórnia, que supervisionou as observações de Spitzer sobre o sistema. "Foi extremamente afortunado podermos capturar o pico desse surto com Spitzer, porque nenhum outro instrumento feito por humanos foi capaz de alcançar esse feito naquele momento específico".
Ondulações no espaço
Os cientistas modelam regularmente as órbitas de pequenos objetos em nosso sistema solar, como um cometa girando em torno do Sol, levando em consideração os fatores que mais influenciarão significativamente seus movimentos. Para esse cometa, a gravidade do Sol é geralmente a força dominante, mas a força gravitacional dos planetas próximos também pode mudar seu caminho.
Vídeo: https://youtu.be/HBE8qBtQMuA
A galáxia OJ 287 abriga um dos maiores buracos negros já encontrados, com mais de 18 bilhões de vezes a massa do nosso Sol. Orbitar esse gigante é outro enorme buraco negro. Duas vezes a cada 12 anos, o buraco negro menor colide com o enorme disco de gás que cerca seu companheiro maior, criando um flash de luz mais brilhante que um trilhão de estrelas. Crédito: Jet Propulsion Laboratory


Determinar o movimento de dois enormes buracos negros é muito mais complexo. Os cientistas devem dar conta de fatores que podem não impactar visivelmente objetos menores; O principal deles é algo chamado  . A teoria da relatividade geral de Einstein descreve a gravidade como a distorção do espaço pela massa de um objeto. Quando um objeto se move pelo espaço, as distorções se transformam em ondas. Einstein previu a existência de ondas gravitacionais em 1916, mas elas não foram observadas diretamente até 2015 pelo Observatório de Ondas Gravitacionais com Interferômetro a Laser (LIGO).
Quanto maior a massa de um objeto, maiores e mais energéticas as ondas gravitacionais que ele cria. No sistema OJ 287, os cientistas esperam que as ondas gravitacionais sejam tão grandes que possam transportar energia suficiente para fora do sistema para alterar de forma mensurável a órbita do buraco negro menor - e, portanto, o momento das explosões.
Embora estudos anteriores do OJ 287 tenham representado ondas gravitacionais, o modelo de 2018 é o mais detalhado ainda. Ao incorporar as informações coletadas das detecções de ondas gravitacionais do LIGO, ele refina a janela na qual se espera que um  ocorra em apenas 1 dia e meio.
Para refinar ainda mais a previsão dos foguetes para apenas quatro horas, os cientistas analisaram detalhes sobre as características físicas do buraco negro maior. Especificamente, o novo modelo incorpora algo chamado teorema "sem pelos" dos buracos negros.
Publicado na década de 1960 por um grupo de físicos que incluía Stephen Hawking, o teorema faz uma previsão sobre a natureza das "superfícies" dos buracos negros. Embora os buracos negros não tenham superfícies verdadeiras, os cientistas sabem que há um limite ao redor deles além do qual nada - nem mesmo a luz - pode escapar. Algumas idéias postulam que a borda externa, chamada horizonte de eventos, pode ser irregular ou irregular, mas o teorema de no-hair postula que a "superfície" não possui essas características, nem mesmo cabelo (o nome do teorema era uma piada).
Em outras palavras, se alguém cortasse o buraco negro no meio ao longo de seu eixo rotacional, a superfície seria simétrica. (O eixo rotacional da Terra está quase perfeitamente alinhado com os pólos norte e sul. Se você cortar o planeta pela metade ao longo desse eixo e comparar as duas metades, você descobrirá que nosso planeta é basicamente simétrico, embora características como oceanos e montanhas criem algumas pequenas variações entre as metades.)
Encontrando simetria
Na década de 1970, o professor emérito da Caltech, Kip Thorne, descreveu como esse cenário - um satélite orbitando um enorme buraco negro - poderia potencialmente revelar se a superfície do buraco negro era lisa ou irregular. Ao antecipar corretamente a órbita do buraco negro menor com tanta precisão, o novo modelo apóia o teorema sem pêlos, o que significa que nosso entendimento básico desses objetos cósmicos incrivelmente estranhos está correto. O sistema OJ 287, em outras palavras, apóia a idéia de que as superfícies dos buracos negros são simétricas ao longo de seus eixos rotacionais.
Então, como a suavidade da superfície maciça do buraco negro afeta o tempo da órbita menor do buraco negro? Essa órbita é determinada principalmente pela massa do buraco negro maior. Se aumentasse de tamanho ou perdesse um pouco de seu peso, isso mudaria o tamanho da órbita menor do buraco negro. Mas a distribuição de massa também importa. Uma protuberância maciça de um lado do buraco negro maior distorceria o espaço ao seu redor de maneira diferente do que se o buraco negro fosse simétrico. Isso alteraria o caminho do buraco negro menor à medida que orbita seu companheiro e mudaria mensurável o tempo da colisão do buraco negro com o disco nessa  particular .
"É importante para os cientistas dos buracos negros que provemos ou refutamos o teorema do cabelo sem cabelo. Sem ele, não podemos confiar que  como imaginados por Hawking e outros, existem", disse Mauri Valtonen, astrofísico da Universidade de Turku em Finlândia e co-autor no papel.
Explorar mais
Estrela sobrevive perto de um buraco negro

Mais informações: Seppo Laine et al. Observações de Spitzer da Eddington Flare prevista de Blazar OJ 287, The Astrophysical Journal (2020). DOI: 10.3847 / 2041-8213 / ab79a4
Informações do periódico: Astrophysical Journal Letters Astrophysical Journal

Fonte: Phys News / por  / 01-05-2020       

Obrigado pela sua visita e volte sempre!
                      
HélioR.M.Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos da Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).

Autor do livro: “Conhecendo o Sol e outras Estrelas”.

Membro da Society for Science and the Public (SSP) e assinante de conteúdos científicos da NASA (National Aeronautics and Space Administration) e ESA (European Space Agency).

Participa do projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens) que é integrado ao Projeto CERES (Clouds and Earth´s Radiant Energy System) administrado pela NASA.A partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica Brasileira (SAB), como astrônomo amador.

Participa também do projeto The Globe Program / NASA Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) e U.S Department of State.


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