Morte de uma estrela é simulada em 3D pela primeira vez

Uma estrela morre em 3D: As imagens mostram a ejeção de alguns elementos na explosão, vistos de diferentes ângulo de visualização - em cima, 350 segundos após a ignição do núcleo e, embaixo 9.000 segundos depois, quando a onda de choque já ultrapassou a superfície estelar. Os elementos estão representados em cores diferentes: carbono (verde), oxigênio (vermelho) e níquel (azul).(Imagem: MPA)


Supernovas

Estrelas gigantes terminam suas vidas em explosões igualmente gigantescas. São as chamadas supernovas, que podem tornar-se – por um curto período de tempo – mais brilhantes do que uma galáxia inteira, que é composta por bilhões de estrelas.

Embora as supernovas venham sendo estudadas teoricamente por meio de modelos de computador há várias décadas, os processos físicos que ocorrem durante essas explosões são tão complexos que até agora os astrofísicos só conseguiam simular partes do processo. E apenas em uma ou duas dimensões.

Simulação 3D de uma supernova

Agora, pesquisadores do Instituto Max Planck de Astrofísica, na Alemanha, fizeram a primeira simulação em computador totalmente tridimensional, cobrindo o colapso do núcleo de uma supernova ao longo de um período de várias horas após o início da explosão.

Com isto, eles conseguiram esclarecer o surgimento das assimetrias que emergem do fundo do núcleo denso durante a fase inicial da explosão e dobram-se em heterogeneidades observáveis durante a explosão da supernova.

Supernova na Via Láctea

Embora a grande energia da explosão de uma supernova torne-a visível a grandes distâncias pelo Universo, elas são relativamente raras. Em uma galáxia do tamanho da nossa Via Láctea, em média, apenas uma supernova ocorre a cada 50 anos.

Cerca de vinte anos atrás, uma supernova pôde ser vista até mesmo a olho nu. A SN 1987A surgiu na Nebulosa da Tarântula, na Grande Nuvem de Magalhães, nossa galáxia vizinha. Essa proximidade relativa – “apenas” cerca de 170.000 anos-luz de distância – permitiu muitas observações detalhadas em diferentes bandas de comprimento de onda ao longo de semanas e até meses.

Projéteis de níquel

Uma das descobertas surpreendentes e inesperadas na supernova SN 1987A, e verificada em outras supernovas subsequentes, foi o fato de o níquel e o ferro – elementos pesados que se formam perto do centro da explosão – misturam-se em grandes aglomerados ejetados para além do envoltório de hidrogênio da estrela.

Verdadeiros projéteis de níquel foram observados propagando-se a velocidades de milhares de quilômetros por segundo, muito mais rápido do que o hidrogênio e do que o previsto por cálculos hidrodinâmicos em uma dimensão (1D) – ou seja, que foram estudados verificando-se apenas o perfil de expansão radial, do centro para fora.
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A brilhante estrela Peony

Pesquisadores detectaram o que julgam ser a segunda estrela mais brilhante da Via Láctea. Com o uso do telescópio Spitzer, da Nasa (agência espacial norte-americana), eles notaram a existência da estrela Peony, com um brilho estimado de 3,2 milhões de sóis e 26.000 anos-luz de distância de nós.
A atual “campeã” no quesito é a Eta Carina, com uma luminosidade de 4,7 milhões de sóis. Entretanto, segundo astrônomos, é difícil estimar o nível exato de brilho das estrelas, então ambas podem ter índices similares. Além da estrela em si, os astrônomos notaram uma nuvem de poeira e gás, cercando o astro.
O objeto espacial levou o nome de Peony em razão de lembrar a flor peônia.

“A nebulosa da estrela Peony é uma criatura fascinante. Parece ser a segunda estrela mais brilhante que nós conhecemos na galáxia, e está localizada no centro da galáxia”, afirmou, em nota, Lidia Oskinova, da Universidade de Potsdam, na Alemanha.

“Há provavelmente outras estrelas tão brilhantes, se não mais brilhantes, que permanecem escondidas de nossa visão”. Segundo os pesquisadores, Peony está madura o suficiente para explodir em breve, em um processo chamado supernova – “breve”, em astronomia pode ser qualquer período entre agora e milhões de anos, ressalvam os pesquisadores.
“Quando essa estrela explodir, vai evaporar qualquer planeta orbitando nas adjacências”.

Artigo publicado originalmente por Lawrence Paiva, do blog Imagens do Universo.
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Nasa lança Observatório Solar com sucesso


O lançamento do observatório Solar Dynamics Observatory (SDO) da base aérea de Cabo Canaveral na Flórida (sudeste), aconteceu nesta quinta-feira (11) às 15h23 GMT (13h23 de Brasília), como estava previsto, informou a Nasa.

O SDO vai permitir o fornecimento contínuo de uma massa de dados e de imagens do Sol sem precedentes, e possibilitará desvendar o seu complexo funcionamento interno e, em particular, o de seu campo magnético.

O módulo impulsor do foguete Atlas 5, após atingir velocidade supersônica, completou sua explosão e se separou do módulo superior Centauro.

Este módulo então, junto com o observatório, entraram em órbita estacionária, entrando numa fase esperada para durar cerca de uma hora e 27 minutos.

A Nasa informou que a estação de rastreamento de Antigua recebeu dados do veículo até pouco mais de dez minutos depois do lançamento, quando o observatório ficou fora de alcance.

“Todos os sistemas do veículo continuam a funcionar conforme esperado”, informa a agência. Ele passa a ser acompanhado pelo sistema Tracking and Data Relay Satellite.

US$ 848 milhões

A missão deve durar cinco anos e custar US$ 848 milhões. O foguete Atlas 5 é da United Launch Alliance, uma parceria que reúne as gigantes aeroespaciais Boeing e Lockheed Martin.

Por causa dos ventos fortes, os computadores interromperam automaticamente a contagem regressiva a menos de cinco minutos antes do momento previsto para o lançamento, na quarta-feira (10), quando ele estava previsto originalmente.

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Por que nossas supernovas não explodem?

Um modelo feito em um supercomputador do núcleo de uma supernova em rápida rotação entrando em colapso. As observações dos remanescentes de supernovas reais, a serem feitas pelo NUSTAR, fornecerão dados vitais para estes modelos.(Imagem: Fiona Harrison/Caltech)

Espetáculo fracassado

Uma velha estrela gigantesca está prestes a morrer de uma morte espetacular. Conforme o seu combustível nuclear se esgota, ela começa a entrar em colapso sob seu próprio peso colossal.

A pressão de esmagamento no interior da estrela dispara, desencadeando novas reações nucleares, preparando o palco para uma explosão espetacular.

E então … nada acontece.

Pelo menos é isso o que os supercomputadores têm dito aos astrofísicos durante décadas. Muitos dos melhores modelos de computador de explosões de supernovas simplesmente não geram uma explosão. Em vez disso, de acordo com as simulações, a gravidade vence, e a estrela simplesmente entra em colapso, sem nenhuma explosão.

Humildade

“Nós realmente ainda não compreendemos como as supernovas de estrelas massivas funcionam”, diz Fiona Harrison, uma astrofísica do Instituto de Tecnologia da Califórnia. A morte de estrelas relativamente pequenas é muito melhor compreendida pelos cientistas, mas para as estrelas maiores – aquelas com mais de 9 vezes a massa do nosso Sol – a física simplesmente não tem respostas.

Alguma coisa deve ajudar o empurrão para fora da radiação, além de outras pressões, a superar a pressão para dentro exercida pela gravidade. Para descobrir o que esse “algo” é, os cientistas precisam de examinar o interior de uma supernova real, no momento que ela está explodindo – o que não é uma coisa muito fácil de se fazer!

Concepção artística do telescópio NUSTAR. A óptica de focalização dos raios X exige distâncias focais longas - daí o mastro telescópico de 10 metros, que se estenderá após o lançamento. (Imagem: NASA)

Telescópio de raios X

Mas é exatamente isso que Harrison pretende fazer com um novo telescópio espacial que ela e seus colegas estão desenvolvendo, chamado NUSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array – telescópio de espectroscopia nuclear).

Depois que ele for lançado em 2011, a bordo de um foguete Pegasus, o NUSTAR dará aos cientistas uma visão sem precedentes dos raios X de alta energia vindos daquilo que restou das supernovas, buracos negros, blazares e outros fenômenos cósmicos extremos.

O NUSTAR será o primeiro telescópio espacial capaz de realmente focalizar esses raios X de alta energia, produzindo imagens aproximadamente 100 vezes mais nítidas do que as que se pode captar com os telescópios atuais.

Usando o NUSTAR, os cientistas vão procurar pistas sobre as condições existentes no interior das estrelas que explodiram e que ficaram gravadas no padrão de elementos espalhados por toda a nebulosa que se forma depois que a estrela explode.

Titânio

“Você não tem a oportunidade de assistir a essas explosões muito frequentemente, daquelas que estejam próximas o suficiente para serem estudadas em detalhe,” diz Harrison. “O que podemos fazer é estudar os detritos. A composição e a distribuição do material nesses remanescentes dizem muita coisa sobre a explosão.”
Um elemento em particular é de grande interesse: o titânio-44.

O telescópio NUSTAR irá mapear a distribuição de titânio-44 em remanescentes de supernovas, como a Cassiopeia A, para procurar evidências de assimetrias. (Imagem: Chandra X-Ray Observatory)

A criação desse isótopo de titânio por meio de fusão nuclear requer uma combinação bem precisa de energia, pressão e matérias-primas. Dentro da estrela que está colapsando, esta combinação ocorre a uma profundidade que é muito especial. Qualquer coisa abaixo dessa profundidade irá sucumbir à gravidade e retrair-se para formar um buraco negro. Qualquer coisa acima dessa profundidade será ejetada na explosão. O titânio-44 está exatamente nesse limite de profundidade.

Desta forma, o padrão de como o titânio-44 se espalha pela nebulosa pode revelar muito sobre o que aconteceu naquele limiar crucial durante a explosão. E, com essa informação, os cientistas podem ser capazes de descobrir o que há de errado com as suas simulações de computador.

Assimetrias

Alguns cientistas acreditam que os modelos de computador são simétricos demais. Até recentemente, mesmo com os mais poderosos supercomputadores, os cientistas só eram capazes de simular uma fatia unidimensional de uma estrela. Eles simplesmente assumiam que o resto da estrela se comporta da mesma forma, fazendo a implosão simulada acontecer da mesma forma em todas as direções radiais.

Mas e se esse pressuposto estiver errado?

“As assimetrias podem ser a chave,” diz Harrison. Em um colapso assimétrico, forças expansivas poderiam irromper em alguns lugares, mesmo se o esmagamento da gravidade estiver sendo avassalador em outros.

Na verdade, mais recentemente, simulações bidimensionais sugeriram que as assimetrias poderiam ajudar a resolver o mistério da “supernovas que não explodem”.

Se o NUSTAR descobrir que o titânio-44 está espalhado de forma desigual, isto seria uma evidência de que as próprias explosões foram assimétricas, explica Harrison.

Óptica Wolter

Para detectar o titânio-44, o NUSTAR precisa ser capaz de focalizar os raios X de alta energia. O titânio-44 é radioativo e, quando ele decai, libera raios gama com uma energia de 68 quilo-elétron-volts (keV). Os telescópios de raios X atuais, como o Chandra, só conseguem focalizar raios X até cerca de 15 keV.

Lentes normais, na verdade, não são nem mesmo capazes de focalizar raios X, porque o vidro curva apenas muito ligeiramente os raios X. Assim, para uma lente de vidro poder curvar os raios X o suficiente para dirigi-los, ela teria que ser tão grossa que ela na verdade absorveria os raios X.

Os telescópios de raios X usam um tipo totalmente diferente de lente. Chamada de óptica Wolter-I, essas lentes consistem em vários invólucros cilíndricos, cada um ligeiramente menor do que o outro, postos uns dentro dos outros. O resultado parece um pouco com as camadas de uma cebola cilíndrica (se existisse tal coisa), com pequenos intervalos entre as camadas.

Os raios X que atingem a lente passam entre essas camadas, que guiam os raios X para a superfície focal. Não se trata exatamente de uma lente, em termos estritos, porque os raios X se refletem nas superfícies, em vez de atravessar-lhes, como acontece com a luz que passa por uma lente de vidro. Mas o resultado final é o mesmo.

Raios inexplorados

A óptica Wolter-I do NUSTAR tem um revestimento especial, com precisão atômica, que permite que suas camadas reflitam os raios X com energias de até 79 keV.

Harrison e seus colegas passaram anos aperfeiçoando as delicadas técnicas de fabricação para conseguir fazer essas camadas com tamanha precisão. Juntamente com um novo sensor capaz de tolerar essas altas energias, estas camadas finamente trabalhadas são o que permitirá o NUSTAR fotografar esses raios X de alta intensidade até hoje relativamente inexplorados.

E as descobertas não vão se limitar às supernovas. Os raios X de alta energia são emitidos por muitos dos fenômenos mais extremos do Universo, incluindo os buracos negros e os blazares – corpos celestes com uma fonte de energia extremamente compacta e altamente variável.

O NUSTAR nos dará uma nova janela para essa faceta tão extrema do Universo.

LHC será religado para encontrar origem do universo

LHC está instalado na fronteira franco-suíça e será reativado neste mês.
Ele é o maior e mais caro equipamento científico do mundo.

Cientistas que operam o acelerador de partículas da Organização Europeia de Pesquisa Nuclear (Cern, na sigla em inglês) podem resolver o mistério sobre o que dá massa à matéria, durante uma atividade de quase dois anos ininterruptos que irá até o fim de 2011, disse um porta-voz nesta quarta-feira (3).

James Gillies informou à Reuters que a partícula chamada bóson de Higgs pode aparecer durante a experiência na chamada “máquina do Big Bang”, maior e mais caro equipamento científico do mundo, que será religado neste mês.

Grande Colisor de Hádrons (LHC) ficará ligado até o fim de 2011. (Foto: Cern/Divulgação)


“Se ele estiver lá, teremos uma chance razoável de vê-lo”, disse Gillies, referindo-se à partícula subatômica que o físico escocês Peter Higgs previu há três décadas que poderia explicar como a matéria se juntou para criar o universo e tudo que o compõe.

Gillies disse que a operação do Grande Colisor de Hádrons (LHC), que pertence à Cern e está instalada sob a fronteira franco-suíça, perto de Genebra, irá produzir uma enorme quantidade de informações.

Se o bóson de Higgs não aparecer, não quer dizer que ele não exista. Após a primeira fase de operação estendida e um ano de paralisação para preparativos, o LHC voltará a ser ligado novamente com sua energia máxima. “Pode ser que precisemos dessa intensidade para capturá-lo”, acrescentou Gillies.

Explosão

O LHC foi ligado inicialmente em setembro de 2008, mas teve de parar por causa de uma violenta explosão dentro do túnel circular subterrâneo de 27 quilômetros. O foco do equipamento é a colisão de partículas que se deslocam em sentidos contrários com grande energia.

Bilhões de colisões, cada uma criando as condições que existiam numa fração de segundo depois do “Big Bang”, quando o universo começou, há 13,7 bilhões de anos, irão produzir dados que cerca de 10 mil cientistas na Cern e em todo o mundo irão registrar e analisar.

A matéria emitida pela explosão primordial do universo acabou dando origem aos planetas, às estrelas e à vida na Terra — mas a teoria de Higgs diz que isso só seria possível se algo como o bóson reunisse a matéria, dando-lhe massa.

O LHC funcionou por cerca de dois meses no fim do ano passado, realizando colisões de feixes de partículas com uma energia de até 2,36 tera-elétron volts (TeV), a maior já alcançada.

A próxima atividade prolongada, sem uma pausa no inverno, foi decidida em uma reunião de físicos, engenheiros e administradores do Cern em Chamonix, na França, na semana passada. Gillies disse que a energia da colisão será elevada gradualmente até 7 TeV.

No fim do ano que vem, o colisor deve ser novamente desativado por até 12 meses para que engenheiros preparem o túnel e a enorme quantidade de equipamentos do local para colisões de até 14 TeV na próxima atividade, provavelmente a partir de 2013.