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quinta-feira, 14 de janeiro de 2021

As missões da NASA desmascaram as erupções magnetares em galáxias próximas

 Caros Leitores;









Em 15 de abril de 2020, uma breve explosão de luz de alta energia varreu o sistema solar, acionando instrumentos em várias espaçonaves da NASA e europeias. Agora, várias equipes científicas internacionais concluem que a explosão veio de um remanescente estelar supermagnetizado conhecido como magnetar localizado em uma galáxia vizinha.

Esta descoberta confirma as suspeitas de longa data de que algumas erupções de raios gama (GRBs) - erupções cósmicas detectadas no céu quase diariamente - são na verdade explosões poderosas de magnetares relativamente perto de casa.

Vídeo: https://youtu.be/yXYvhYXBeP0

Um pulso de raios X e raios gama durando apenas 140 milissegundos varreu o sistema solar em 15 de abril de 2020. O evento foi uma explosão gigante de um magnetar, um tipo de remanescente estelar do tamanho de uma cidade que possui os campos magnéticos mais fortes conhecidos. Assista para aprender mais.
Créditos: Goddard Space Flight Center da NASA

“Isso sempre foi considerado uma possibilidade, e vários GRBs observados desde 2005 forneceram evidências tentadoras”, disse Kevin Hurley, pesquisador espacial sênior do Laboratório de Ciências Espaciais da Universidade da Califórnia, Berkeley, que se juntou a vários cientistas para discutir o estourou na 237ª reunião virtual da American Astronomical Society. “O evento de 15 de abril é uma virada de jogo porque descobrimos que a explosão quase certamente está dentro do disco da galáxia próxima NGC 253”.
Artigos analisando diferentes aspectos do evento e suas implicações foram publicados no dia 13 de janeiro nas revistas Nature e Nature Astronomy.
GRBs, as explosões mais poderosas do cosmos, podem ser detectadas em bilhões de anos-luz. Aqueles que duram menos de dois segundos, chamados GRBs curtos, ocorrem quando um par de estrelas de nêutrons em órbita - ambos os restos esmagados de estrelas explodidas - espiralam uma na outra e se fundem. Os astrônomos confirmaram este cenário para pelo menos alguns GRBs curtos em 2017, quando uma explosão seguiu a chegada de ondas gravitacionais - ondulações no espaço-tempo - produzidas quando estrelas de nêutrons se fundiram a 130 milhões de anos-luz de distância.
Os magnetares são estrelas de nêutrons com os campos magnéticos mais fortes conhecidos, com até mil vezes a intensidade das estrelas de nêutrons típicas e até 10 trilhões de vezes a força de um ímã de geladeira. Perturbações modestas no campo magnético podem causar a erupção de magnetares com rajadas esporádicas de raios-X por semanas ou mais .
Raramente, os magnetares produzem erupções enormes chamadas chamas gigantes, que produzem raios gama, a forma de luz de maior energia.
A maioria dos 29 magnetares agora catalogados em nossa galáxia, a Via Láctea, exibe atividade ocasional de raios-X, mas apenas dois produziram chamas gigantes. O evento mais recente, detectado em 27 de dezembro de 2004, produziu mudanças mensuráveis ​​na parte superior da atmosfera da Terra, apesar da erupção de um magnetar localizado a cerca de 28.000 anos-luz de distância.
Pouco antes das 4:42 am EDT de 15 de abril de 2020, uma breve e poderosa explosão de raios-X e raios gama passou por Marte, acionando o Detector Russo de Nêutrons de Alta Energia a bordo da espaçonave Mars Odyssey da NASA, que orbita o Planeta Vermelho desde 2001. Cerca de 6,6 minutos depois, a explosão acionou o instrumento russo Konus a bordo do satélite Wind da NASA , que orbita um ponto entre a Terra e o Sol localizado a cerca de 930.000 milhas (1,5 milhão de quilômetros) de distância. Após mais 4,5 segundos, a radiação passou pela Terra, disparando instrumentos no Telescópio Espacial Fermi Gamma-ray da NASA , bem como no satélite INTEGRAL da Agência Espacial Europeia eMonitor de Interações Atmosfera-Espaço (ASIM) a bordo da Estação Espacial Internacional. 
A erupção ocorreu além do campo de visão do Burst Alert Telescope (BAT) no Neil Gehrels Swift Observatory da NASA , então seu computador de bordo não alertou os astrônomos no solo. No entanto, graças a um novo recurso chamado Gamma-ray Urgent Archiver for Novel Opportunities (GUANO) , a equipe Swift pode enviar de volta dados BAT quando outros satélites disparam em uma explosão. A análise desses dados forneceu uma visão adicional sobre o evento.
O pulso de radiação durou apenas 140 milissegundos - tão rápido quanto um piscar de olhos ou um estalar de dedos.










O sinalizador gigante, catalogado como GRB 200415A, alcançou detectores em diferentes espaçonaves da NASA em momentos diferentes. Cada par de instrumentos estabeleceu sua possível localização em diferentes áreas do céu, mas as bandas se cruzam na parte central da brilhante galáxia espiral NGC 253. Esta é a posição mais precisa já estabelecida para um magnetar localizado bem além de nossa galáxia.
Créditos: Goddard Space Flight Center da NASA e Adam Block / Mount Lemmon SkyCenter / University of Arizona

As missões Fermi, Swift, Wind, Mars Odyssey e INTEGRAL participam de um sistema de localização GRB chamado Rede InterPlanetária (IPN) . Agora financiado pelo projeto Fermi, o IPN opera desde o final dos anos 1970 usando diferentes espaçonaves localizadas em todo o sistema solar. Como o sinal atingiu cada detector em momentos diferentes, qualquer par deles pode ajudar a restringir a localização de uma explosão no céu. Quanto maiores as distâncias entre as espaçonaves, melhor será a precisão da técnica.

IPN colocou a explosão de 15 de abril, chamada GRB 200415A, diretamente na região central de NGC 253, uma galáxia espiral brilhante localizada a cerca de 11,4 milhões de anos-luz de distância na constelação de Escultor. Esta é a posição mais precisa do céu já determinada para um magnetar localizado além da Grande Nuvem de Magalhães , um satélite de nossa galáxia e hospedeiro de uma explosão gigante em 1979, a primeira já detectada.

Flares gigantes de magnetares na Via Láctea e seus satélites evoluem de uma maneira distinta, com um rápido aumento para o brilho máximo seguido por uma cauda mais gradual de emissão flutuante. Essas variações resultam da rotação do magnetar, que repetidamente traz a localização do flare dentro e fora da vista da Terra, como um farol.

Observar essa cauda flutuante é uma evidência conclusiva de uma chama gigante. Visto a milhões de anos-luz de distância, no entanto, essa emissão é muito fraca para ser detectada com os instrumentos de hoje. Como essas assinaturas estão faltando, chamas gigantes em nossa vizinhança galáctica podem estar se mascarando como GRBs do tipo fusão muito mais distantes e poderosos.

Uma análise detalhada dos dados do Gamma-ray Burst Monitor (GBM) da Fermi e do Swift's BAT fornece fortes evidências de que o evento de 15 de abril foi diferente de qualquer explosão associada a fusões, observou Oliver Roberts, cientista associado do Instituto de Ciência e Tecnologia da Universities Space Research Association em Huntsville, Alabama, que liderou o estudo.

Em particular, este foi o primeiro flare gigante conhecido a ocorrer desde o lançamento do Fermi em 2008, e a capacidade do GBM de resolver mudanças em escalas de tempo de microssegundos provou ser crítica. As observações revelam pulsos múltiplos, com o primeiro aparecendo em apenas 77 microssegundos - cerca de 13 vezes a velocidade do flash de uma câmera e quase 100 vezes mais rápido do que o aumento dos GRBs mais rápidos produzidos por fusões. O GBM também detectou variações rápidas de energia ao longo do flare que nunca foram observadas antes.

“Flares gigantes em nossa galáxia são tão brilhantes que sobrecarregam nossos instrumentos, deixando-os pendurados em seus segredos”, disse Roberts. “Pela primeira vez, o GRB 200415A e flares distantes como ele permitem que nossos instrumentos capturem todos os recursos e explorem essas erupções poderosas em profundidade incomparável”.

Flares gigantes são mal compreendidos, mas os astrônomos pensam que resultam de um rearranjo repentino do campo magnético. Uma possibilidade é que o campo bem acima da superfície do magnetar possa se tornar muito torcido, liberando energia repentinamente à medida que se estabelece em uma configuração mais estável. Alternativamente, uma falha mecânica da crosta do magnetar - um starquake - pode desencadear a reconfiguração repentina.

Roberts e seus colegas dizem que os dados mostram algumas evidências de vibrações sísmicas durante a erupção. Os raios-X de mais alta energia registrados pelo GBM de Fermi atingiram 3 milhões de elétron-volts (MeV), ou cerca de um milhão de vezes a energia da luz azul, um recorde para chamas gigantes. Os pesquisadores dizem que essa emissão surgiu de uma nuvem de elétrons e pósitrons ejetados se movendo a cerca de 99% da velocidade da luz. A curta duração da emissão e sua mudança de brilho e energia refletem a rotação do magnetar, subindo e descendo como os faróis de um carro fazendo uma curva. Roberts o descreve como começando como uma bolha opaca - ele o imagina como um torpedo de fótons da franquia “Star Trek” - que se expande e se difunde conforme viaja.

O torpedo também é uma das maiores surpresas do evento. O principal instrumento de Fermi, o Large Area Telescope (LAT), também detectou três raios gama, com energias de 480 MeV, 1,3 bilhões de elétron-volts (GeV) e 1,7 GeV - a luz de mais alta energia já detectada de uma explosão magnética gigante. O que é surpreendente é que todos esses raios gama apareceram muito depois que o brilho diminuiu em outros instrumentos.

Nicola Omodei, um cientista pesquisador sênior da Universidade de Stanford, na Califórnia, liderou a equipe do LAT que investigou esses raios gama, que chegaram entre 19 segundos e 4,7 minutos após o evento principal. Os cientistas concluíram que esse sinal provavelmente vem do clarão magnetar. “Para que o LAT detectasse um GRB curto aleatório na mesma região do céu e quase ao mesmo tempo que o flare, teríamos que esperar, em média, pelo menos 6 milhões de anos”, explicou.

Vídeo: https://youtu.be/x66BEB6pSKM

Os astrônomos explicam as observações do GRB 200415A com a sequência de eventos ilustrada aqui. Uma súbita reconfiguração do campo magnético do magnetar produziu um pulso rápido e poderoso de raios X e raios gama. O evento também ejetou uma bolha de matéria, que seguiu o pulso viajando a cerca de 99% da velocidade da luz. Depois de alguns dias, os dois alcançaram o limite, chamado de choque de arco, onde um fluxo constante do magnetar causa um acúmulo de gás interestelar. A luz do sinalizador passou, seguida muitos segundos depois pela nuvem ejetada. A matéria em movimento rápido interagiu com o gás no choque da proa, criando ondas de choque que aceleraram as partículas e produziram raios gama de alta energia. Isso explica o atraso na chegada dos raios gama mais energéticos detectados pela espaçonave Fermi da NASA.
Créditos: Goddard Space Flight Center da NASA / Chris Smith (USRA / GESTAR)

Um magnetar produz um fluxo constante de partículas que se movem rapidamente . À medida que se move através do espaço, esse fluxo penetra, desacelera e desvia o gás interestelar. O gás se acumula, é aquecido e comprimido e forma um tipo de onda de choque chamada de arco elétrico.

No modelo proposto pela equipe do LAT , o pulso inicial de raios gama do flare viaja para fora na velocidade da luz, seguido pela nuvem de matéria ejetada, que está se movendo quase na mesma velocidade. Depois de vários dias, os dois atingem o choque do arco. Os raios gama passam. Segundos depois, a nuvem de partículas - agora expandida em uma vasta e fina concha - colide com o gás acumulado no choque de proa. Essa interação cria ondas de choque que aceleram as partículas, produzindo os raios gama de mais alta energia após a explosão principal. 
 
O flare de 15 de abril prova que esses eventos constituem sua própria classe de GRBs. Eric Burns, professor assistente de física e astronomia na Louisiana State University em Baton Rouge, liderou um estudo investigando suspeitos adicionais usando dados de várias missões. As descobertas aparecerão no The Astrophysical Journal Letters. Explosões perto da galáxia M81 em 2005 e da galáxia de Andrômeda (M31) em 2007 já haviam sido sugeridas como chamas gigantes, e a equipe identificou adicionalmente uma chama em M83 , também vista em 2007, mas recentemente relatada. Adicione a isso a chama gigante de 1979 e as observadas em nossa Via Láctea em 1998 e 2004.

“É uma pequena amostra, mas agora temos uma ideia melhor de suas verdadeiras energias e até onde podemos detectá-las”, disse Burns. “Alguns por cento de GRBs curtos podem realmente ser chamas gigantes magnetar. Na verdade, podem ser as explosões de alta energia mais comuns que detectamos além de nossa galáxia - cerca de cinco vezes mais frequentes do que as supernovas”.


Fonte: NASA /  Editor: Francis Reddy  / 14-01-2021      

https://www.nasa.gov/feature/goddard/2021/nasa-missions-unmask-magnetar-eruptions-in-nearby-galaxies


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HélioR.M.Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos da Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).Participou do curso de Astrofísica, concluído em 2020, pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC).

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´sRadiant 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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