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20 de outubro de 2017

A constante de Hubble ao sabor das ondas

Da recente detecção de “multi-mensageiros” do fenômeno de fusão de estrelas de nêutrons, chamado de kilonova (ver video abaixo), surge a possibilidade de medirmos a taxa de expansão do Universo local, conhecida como “constante de Hubble” (Ho), em homenagem a Edwin Hubble, que descobriu que o Universo estava se expandindo. A nova técnica é chamada de “sirenes cósmicas”.

Sabemos que o Universo nos últimos 6 bilhões de anos se encontra em expansão acelerada, e atribuímos à “energia escura” a responsabilidade por isso. Ao que tudo indica, essa expansão acelerada não tem intenções de parar. Na tentativa de caracterizar a “energia escura” e entendermos melhor o fenômeno, procuramos determinar a taxa de crescimento do Universo ao longo de sua existência.

Para tal, procuramos medir a distância de alguns tipos de objetos que possam servir de padrão. Este é o caso das supernovas tipo Ia, que no máximo de sua emissão de energia, ao explodirem, emitem sempre a mesma quantidade de energia. Isto possibilita usá-las como “velas padrão”, como se fossem uma lâmpada de potência conhecida que permite calcular a que distância ela se encontra ao medirmos o fluxo recebido na posição do observador. Como o brilho das kilonovas é intenso, podem ser vistas de longe.

Pois bem, acaba de ser publicado em artigo na revista Nature, a “sirene padrão” (a “sirene” tem o mesmo significado daquela usada em uma ambulância, por exemplo) produzida pelo evento GW170817. Através da mudança de comportamento da onda gravitacional produzida durante a fusão das estrelas de nêutrons podemos determinar a “luminosidade gravitacional” intrínseca do objeto. Juntando-se esta informação ao redshift (desvio para o vermelho produzido pelo afastamento das galáxias) também medido, podemos determinar a distância da fonte sem necessidade do uso de modelos cosmológicos.

Após diversas considerações, os pesquisadores envolvidos determinaram que a constante de Hubble possui o valor de 70 km/s/Mpc (com uma incerteza de ~12%) . O valor encontrado é compatível com medidas feitas por outros métodos ao se levar em conta os erros envolvidos. Nada mal para o começo do uso das sirenes padrão. O significado deste número é que a cada Mpc (~31 quintilhões de quilômetros) de distância que se encontra uma galáxia, ela tem sua velocidade de recessão aumentada de 70 km/s com relação a nós. Na Figura 1 mostramos um gráfico de probabilidade para o valor de Ho.

O Laboratório Interinstitucional de e-Astronomia (LIneA) e o INCT do e-Universo apoiam participantes de grandes levantamentos como o consórcio DES-Brazil. Neste trabalho participaram os seguintes afiliados ao LIneA: Aurelio C. Rosell (ON), Flavia Sobreira (UNICAMP), Luiz A. Nicolaci da Costa (ON), Julia Gschwend (ON), Marcio A.G. Maia (ON), Marcos Lima (USP) e, Ricardo L.C. Ogando (ON).

Figura 1 – Distribuição de probabilidade de valores para Ho. A curva em azul mostra a determinação obtida com GW170817 (máximo de probabilidade próximo de Ho=70 km/s/Mpc). As faixas verticais verde (dados do satélite Planck) e laranja (dados de supernovas), mostram as estimativas feitas por outros métodos. Percebe-se que as determinações do satélite Planck e por supernovas não são coincidentes, causando uma certa controvérsia no meio científico. Para mais detalhes veja o artigo.

 

Video sobre a explosão de uma kilonova. Crédito do video: Fermilab e Dark Energy Survey.




19 de outubro de 2017

Por que a DECam?

Figura 1 – Desenho esquemático mostrando o conjunto de 64 CCDs da DECam com a imagem da Lua sobreposta para dar uma ideia do campo de visão do instrumento. Crédito da imagem: Andrea Kunder, CTIO.

Recentemente foi anunciada a detecção de ondas gravitacionais resultante da fusão de duas estrelas de nêutrons, fenômeno chamado de kilonova, e que recebeu o nome de GW170817. Este evento desencadeou uma nova era na astronomia batizada de “astronomia de multi-mensageiros”. A explosão foi identificada inicialmente com detectores de ondas gravitacionais, e mais tarde por observações ópticas, em rádio, em raio-x e raios-gama. Neste processo, a câmera do levantamento Dark Energy Survey – a DECam, foi um dos instrumentos que saíram em busca da identificação do astro emissor destas ondas gravitacionais.

O sinal medido pelos detectores de ondas gravitacionais não permite a localização exata de sua proveniência. Daí a ajuda necessária de telescópios para identificar a origem das mesmas. Mas a coisa não é simples. No caso da kilonovas, o evento produz um surto de luz que se extingue em poucos dias.

Instrumentos que tenham grande área coletora e grande campo de visão são os ideais para fazer a busca por uma contrapartida óptica. É aí que entra a DECam, especialmente projetada para ter um grande campo de visão (~3 graus quadrados, ver Figura 1) propiciado por um sofisticado sistema de lentes corretoras. Instalada no telescópio Blanco, possuidor de um espelho de 4 metros, a DECam torna-se uma poderosa aliada nestas empreitadas, pois permite varrer grandes áreas do céu e ao mesmo tempo capturar imagens fracas.

Voltando ao evento de ondas gravitacionais, após dado o alerta, observatórios começaram a busca na região indicada pela colaboração LIGO/VIRGO. A região para busca indicada só estava visível nas primeiras 1,5 horas da noite. Após 10,5 horas da fusão das estrelas começava a busca com a DECam (ver Figura 2).

Figura 2 – Localização no céu da contrapartida óptica do GW170817. Os hexágonos vermelhos indicam os locais de observação da DECam. As elipses brancas representam as regiões onde era esperado se encontrar a fonte das ondas gravitacionais. Crédito da imagem: Dark Energy Survey.

Depois de 18 apontamentos, aproximadamente 70 graus quadrados foram observados com o telescópio Blanco na área indicada, o que representava ~90% da área sugerida pelos mapas. Nova rodada de observações foi feita para cobrir os espaços entre um CCD e outro. Após inspeção nesta quantidade enorme de imagens, foi encontrada uma nova fonte próxima à galáxia NGC4993 (ver Figura 3). A luz e as ondas gravitacionais desta explosiva fusão de estrelas de nêutrons, partiram de NGC 4993 há mais de 130 milhões de anos, quando os dinossauros ainda mandavam no pedaço e o homem ainda não havia surgido na Terra.

Figura 3 – Imagem de NGC4993 combinando-se os filtros grz. À esquerda: Imagem da detecção óptica de GW170817, indicada pela flecha. À direita, a mesma área duas semana depois, quando GW170817 deixou de brilhar. Crédito da imagem: Dark Energy Survey.

A partir da identificação da fonte, fizeram-se observações de acompanhamento pela DECam por mais 14 noites, permitindo monitorar a taxa de decréscimo de sua luminosidade, o que irá aprimorar o estudo das chamadas kilonovas. Mais detalhes destas observações podem ser vistos no artigo.

O Laboratório Interinstitucional de e-Astronomia ( LIneA) e o INCT do e-Universo apoiam participantes de grandes levantamentos como o consórcio DES-Brazil. Neste trabalho participaram os seguintes afiliados ao LIneA: Aurelio C. Rosell (ON), Flavia Sobreira (UNICAMP), Luiz A. Nicolaci da Costa (ON), Julia Gschwend (ON), Marcio A.G. Maia (ON), Marcos Lima (USP) e, Ricardo L.C. Ogando (ON).

Outro levantamento apoiado pelo LIneA – o Large Synoptic Survey Telescope – deve iniciar suas observações em 2 anos, e fará a cada 3 noites uma mapa do céu, ainda mais profundo e cobrindo uma área maior que as observações do DES. O campo de visão do LSST é de quase 10 graus quadrados (aproximadamente a área de 40 Luas juntas). Simulações feitas por membros da colaboração DES (ver artigo), levando em conta as condições dos diversos levantamentos, estimam que o DES deve detectar menos de uma kilonova, enquanto o LSST deve detectar algo como 70 kilonovas (ver Figura 4) . Mais surpresas nos aguardam…

Figura 4 – Imagem da tabela do artigo com a previsão do número de kilonovas a serem descobertas em diversos levantamentos. Salientamos em amarelo as estimativas para o DES e LSST. Crédito: Scolnic et al. 2017.



16 de outubro de 2017

Observações com a câmera DECam revelam a natureza de evento de ondas gravitacionais

Cientistas usando a câmera do levantamento Dark Energy Survey (DES) capturaram imagens do resultado de uma colisão entre estrelas de nêutrons, evento que produziu a detecção de onda gravitacional mais recente (GW170817) pelos observatórios LIGO e Virgo.

Uma equipe de cientistas usando a Dark Energy Camera (DECam), a principal ferramenta de observação do Dark Energy Survey, estão entre os primeiros a observar as consequências de um surto de ondas gravitacional detectado recentemente, registrando imagens da primeira explosão confirmada como consequência da fusão de duas estrelas de nêutrons. Esse violento processo de fusão, ocorrido há 130 milhões de anos em uma galáxia próxima à nossa (NGC 4993), é a fonte das ondas gravitacionais detectadas pelo Observatório Interferométrico de Ondas Gravitacionais (LIGO) e Interferômetro Virgo em 17 de agosto.

Os cientistas do DES uniram forças com uma equipe de astrônomos do Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) para esta detecção, incluindo observatórios ao redor do mundo para reforçar a detecção feita pela DECam. As imagens tiradas com a DECam capturaram o aumento de brilho súbito e o subsequente enfraquecimento ao longo do tempo (ver Figura 1) de uma kilonova – uma explosão semelhante a uma supernova, mas em uma escala menor – que ocorre quando duas estrelas colapsadas, chamadas sistema binário de estrelas de nêutrons.

Este último evento é a primeira detecção de ondas gravitacionais causada por duas estrelas de nêutrons colidindo e, portanto, o primeiro a ter uma fonte visível. As detecções anteriores de ondas gravitacionais foram atribuídas à fusão de buracos negros, que não podem ser vistos com telescópios. Poucas horas após receber o aviso da LIGO / Virgo, os cientistas conseguiram apontar telescópios na direção do evento e identificar uma fonte de luz associada a ele. Marcio Maia (Observatório Nacional) comenta que “a luz detectada pela DECam foi o resultado do decaimento de núcleos radioativos que foram “engordados” com a grande disponibilidade de nêutrons das estrelas. No momento da fusão, a densidade é altíssima, o que faz núcleos atômicos incorporarem nêutrons deixando-os instáveis, e, como consequência, sofrem decaimento radioativo com a emissão fótons energéticos. No caso de fusão de buracos negros isso não acontece, pois temos dois objetos colapsados que se fundem.”

“Isso está além dos meus sonhos mais loucos”, disse Marcelle Soares-Santos, brasileira atualmente na Brandeis University, que liderou o esforço da pesquisa pelo lado da colaboração DES. “Com a DECam, recebemos um bom sinal, e foi possível mostrar como ele evoluiu ao longo do tempo. A DECam é um dos mais poderosos dispositivos de imagens digitais existentes (ver noticia) e está montada no telescópio Blanco, no Observatório Interamericano do Cerro Tololo, Chile.

A astrônoma da Texas A&M Jennifer Marshall estava observando no telescópio Blanco durante o evento, enquanto os astrônomos do Fermilab Douglas Tucker e Sahar Allam, coordenavam as observações do Centro de Operações Remotas do Fermilab. “Isso foi realmente incrível”, disse ela. “Eu me senti afortunada de estar no lugar certo no momento certo para ajudar a fazer talvez uma das as observações mais significativas da minha carreira “.

kilonova foi identificada em imagens da DECam pelo astrônomo da Universidade de Ohio, Ryan Chornock, que instantaneamente alertou seus colegas por e-mail. “Eu estava examinando os dados brutos e encontrei esta brilhante galáxia e vi uma nova fonte que não estava na imagem de referência (tomada anteriormente)”, disse ele. “Foi muito emocionante”. Uma vez que as imagens cristalinas da DECam foram tomadas, uma equipe liderada pelo professor Edo Berger, da CfA, foi trabalhar analisando o fenômeno. Dentro de horas após a recepção das informações de localização, a equipe havia reservado tempo em vários observatórios, incluindo o Hubble Space Telescope da NASA e Observatório de raios-X Chandra.

LIGO / Virgo trabalham com dezenas de colaborações de astronomia em todo o mundo, fornecendo mapas do céu da área onde as ondas gravitacionais detectadas se originaram. A equipe do DES e do CfA estavam se preparando para um evento assim, há mais de dois anos, estabelecendo conexões com outras colaborações de astronomia e criando procedimentos para se mobilizar, tão logo seja dado o aviso “uma nova fonte foi detectada !” O resultado é um conjunto rico de dados que cobre desde ondas de rádio até raios-X. “Este é o primeiro evento do tipo, aquele que todos vão se lembrar”, disse Berger. “Estou extremamente orgulhoso de todo o nosso grupo, que respondeu de uma maneira incrível. Eu continuei dizendo a eles para saborear o momento. Quantas pessoas podem dizer que foram ao nascimento de um novo campo de astronomia? ”

Adicionando mais emoção à descoberta, esta última detecção de onda gravitacional correlaciona-se a uma explosão de raios gama detectados pelo telescópio espacial Fermi Gamma-ray da NASA. Combinar essas detecções é como ouvir o trovão e ver o relâmpago pela primeira vez. “Cada uma destas – as ondas gravitacionais da fusão de estrelas de nêutrons, a emissão de raios gama e a contrapartida óptica – poderiam ter sido descobertas inovadoras separadas, e cada uma poderia ter demorado muitos anos”, afirmou Daniel Holz da Universidade de Chicago, que trabalha nas colaborações DES e LIGO. “Em menos de um dia, nós fizemos tudo. Isso exigiu que muitas comunidades diferentes trabalhassem juntas para que tudo acontecesse.”

Este evento também fornece uma maneira completamente nova e única de medir a atual taxa de expansão do Universo, a constante do Hubble, algo teorizado por Holz e outros. Assim como os astrofísicos usam as supernovas como “velas padrão” (objetos com o mesmo brilho intrínseco) para medir a expansão cósmica, as kilonovae podem ser usadas como “sirenes padrão” (objetos cuja intensidade da onda gravitacional se conhece). LIGO / Virgo podem usar este fato para determinar a distância destes esses eventos, enquanto o acompanhamento óptico do DES entre outros, determina a velocidade de recessão; sua combinação permite aos cientistas determinar a taxa de expansão recente. Este novo tipo de medida ajudará o Dark Energy Survey em sua missão de entender melhor a energia escura, a força misteriosa que acelera a expansão do Universo.

O Laboratório Interinstitucional de e-Astronomia (LIneA) e o Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia do e-Universo (INCT do e-Universo) apoiam participantes brasileiros do levantamento DES formando o consórcio DES-Brazil. Os membros do DES-Brazil envolvidos na detecção da contrapartida óptica usando a DECam são: Aurelio C. Rosell (ON), Flavia Sobreira (UNICAMP), Luiz A. Nicolaci da Costa (ON), Julia Gschwend (ON), Marcio A.G. Maia (ON), Marcos Lima (USP) e, Ricardo L.C. Ogando (ON).

Luiz da Costa (ON) coordenador do LIneA e do INCT do e-Universo comenta: “Apoiamos a participação de brasileiros em grandes levantamentos, entre eles o DES. Nos próximos anos teremos início de outros grandes levantamentos como o Dark Energy Spectroscopic Instrument e o Large Synoptic Survey Telescope, ambos prometendo trazer mais novidades.”

DES iniciou recentemente o quinto e último ano de sua missão para mapear uma área do céu do sul em detalhes sem precedentes. Cientistas do DES usarão esses dados para saber mais sobre o efeito da energia escura acima de oito bilhões de anos da história do Universo, no processo que mede 300 milhões de galáxias, 100.000 aglomerados de galáxias e 3.000 supernovas.

Publicações com resultados das observações com DECam podem ser encontradas em:

https://www.darkenergysurvey.org/des-gravitational-waves-papers

Vídeos (em inglês):

Contatos:

• Josh Frieman, Dark Energy Survey Director, Fermilab, frieman@fnal.gov, +1-847-274-0429

• Marcelle Soares-Santos, Brandeis University/Fermilab, marcelle@brandeis.edu, +1-773-757-8495

• Daniel Holz, University of Chicago, holz@uchicago.edu, +1-505-920-5751

• Edo Berger, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, eberger@cfa.harvard.edu, +1-617-495-7914

• Luiz Nicolaci da Costa, Observatório Nacional & LIneAldacosta@linea.gov.br, +55-21-35049226

• Marcio A.G. Maia, Observatório Nacional & LIneA, maia@linea.gov.br, +55-21-35049216

A colaboração DES envolve mais de 400 cientistas de 26 instituições em 7 países. Financiamento para o projeto DES é proveniente de: the U.S. Department of Energy Office of Science, U.S. National Science Foundation, Ministry of Science and Education of Spain, Science and Technology Facilities Council of the United Kingdom, Higher Education Funding Council for England, ETH Zurich for Switzerland, National Center for Supercomputing Applications at the University of Illinois at Urbana-Champaign, Kavli Institute of Cosmological Physics at the University of Chicago, Center for Cosmology and AstroParticle Physics at Ohio State University, Mitchell Institute for Fundamental Physics and Astronomy at Texas A&M University, Financiadora de Estudos e ProjetosFundação Carlos Chagas Filho de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de JaneiroConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico e Ministério da Ciência Tecnologia e Inovação, Deutsche Forschungsgemeinschaft, e as instituições colaboradoras no projeto DES cuja lista pode ser vista no link.

Figura 1 – Imagem de NGC4993 combinando-se os filtros grz. À esquerda: Imagem da detecção óptica de GW170817, indicada pela flecha. À direita, a mesma área duas semana depois, quando GW170817 deixou de brilhar.



13 de outubro de 2017

Astrônomos descobrem anel em torno do planeta-anão Haumea

Matéria no jornal “Extra” com o título “Astrônomos descobrem anel em torno do planeta-anão Haumea”.

“Uma equipe internacional de astrônomos, com a participação de diversos pesquisadores brasileiros, anunciou nesta quarta-feira a descoberta do primeiro anel na órbita de um planeta-anão do Sistema Solar. A tênue estrutura flutua em torno de Haumea, um estranho objeto com formato oval de um tipo conhecido como “transnetuniano” por orbitar o Sol além de Netuno. No caso de Haumea, ele demora 284 anos para dar uma volta em torno de nossa estrela, a distâncias que variam de cerca de 5,2 bilhões a mais de 7,5 bilhões de quilômetros.”

Veja a notícia na sua íntegra no site do Extra.




Astrônomos descobrem anel em torno do planeta-anão Haumea

Matéria no site “O Globo” com o título “Astrônomos descobrem anel em torno do planeta-anão Haumea”.

“Uma equipe internacional de astrônomos, com a participação de diversos pesquisadores brasileiros, anunciou nesta quarta-feira a descoberta do primeiro anel na órbita de um planeta-anão do Sistema Solar. A tênue estrutura flutua em torno de Haumea, um estranho objeto com formato oval de um tipo conhecido como “transnetuniano” por orbitar o Sol além de Netuno. No caso de Haumea, ele demora 284 anos para dar uma volta em torno de nossa estrela, a distâncias que variam de cerca de 5,2 bilhões a mais de 7,5 bilhões de quilômetros.”

Veja a notícia na sua íntegra no site O Globo.




11 de outubro de 2017

Pesquisadores brasileiros e internacionais descobrem mais anéis no Sistema Solar

Figura 1 – Representação artística de Haumea com seu anel. Crédito: IAA-CSIC/UHU.

Haumea, um dos objetos mais exóticos do Sistema Solar, acaba de ganhar mais uma surpreendente característica: é o primeiro planeta anão a ter anel detectado em seu entorno (Figura 1). A descoberta será publicada no dia 12 de outubro na revista Nature, liderada pelo espanhol Jose Luis Ortiz, do Instituto de Astrofísica de Andalucía, e contou com a participação de uma equipe brasileira de pesquisadores filiados ao LIneA. Além dos anéis recém-descobertos, o estudo ainda refina algumas das peculiares características do objeto, como seu formato alongado. Haumea, apesar de ter dimensões comparáveis às de Plutão, se assemelha a uma bola de rugby, o que pode ser consequência de sua rotação, uma das mais rápidas da região transnetuniana – onde se encontra -, levando apenas 3,9 horas para dar uma volta em torno de seu eixo. Além disso, o planeta anão possui dois satélites, Hi’iaka e Namaka, e provavelmente uma enorme mancha vermelha em sua superfície. Como se não bastasse, ele ainda é o maior membro da única família colisional conhecida de objetos da região transnetuniana.

Os primeiros anéis descobertos no Sistema Solar foram os de Saturno, observados por Galileu Galilei em 1610. Depois, em 1977, foram descobertos os de Urano, em 1979 os de Júpiter e, em 1989, os de Netuno. Por quase 30 anos acreditou-se que os anéis, que são constuídos por pequenas pedras de gelo, eram exclusividade dos planetas gigantes.
Desde 2005, uma equipe internacional dedica-se ao estudo de corpos distantes no Sistema Solar através de ocultações estelares. Ela é liderada pelo pesquisador Bruno Sicardy, do Observatório de Paris-Meudon, e inclui pesquisadores e alunos do projeto Transneptunian Occultation Network ( TON), liderado pelo pesquisador Roberto Vieira Martins, do Observatório Nacional. A equipe brasileira conta com a infraestrutura do LIneA e com o apoio do INCT do e-Universo.

Em 2013, essa equipe, liderada pelo pesquisador brasileiro Felipe Braga-Ribas e com a participação de pesquisadores e alunos do Observatório Nacional (ON/MCTIC) e do Observatório do Valongo (OV/UFRJ), entre eles, Roberto Vieira Martins, Julio I. B. Camargo, Marcelo Assafin, Gustavo Benedetti Rossi e Altair Gomes Junior, observaram uma ocultação estelar pelo objeto chamado Chariklo. Descobriram que ele possui dois anéis confinados, com um espaçamento de aproximadamente 9 km entre eles. Esta detecção gerou diversas questões, tais como: Chariklo é o único pequeno corpo com anéis? Se for o único ou não, por quê? Como ocorreu a formação dos anéis? Do que consistem? Qual seu tempo de vida?

A descoberta permitiu a criação de um novo campo de estudos na astronomia – anéis em torno de pequenos corpos – e estimulou a busca desta característica em torno de outros pequenos corpos no Sistema Solar. Em 2015, também encontrou-se evidências da existência de um anel em torno do objeto chamado Quíron. Entretanto, este é um corpo peculiar e que já apresentou até atividade cometária, sendo as evidências da existência do anel ainda bastante questionadas.

A busca por anéis continuou e, em 21 de janeiro de 2017, um sexto objeto com anel foi detectado: Haumea, que é um dos cinco planetas anões conhecidos (junto com Ceres, Plutão, Eris e Makemake) e tem uma órbita que está entre 35 e 51 unidades astronômicas (ua) – cada unidade astronômica representa a distância entre o Sol e a Terra, que é de aproximadamente 150 milhões de quilômetros -, levando cerca de 285 anos para dar uma volta ao redor do Sol (Figura 2). Seu nome, dado pela União Astronômica Internacional (IAU em inglês), é uma homenagem à deusa havaiana da fertilidade e do parto. A mitologia havaiana é uma referência ao local onde se localizam os telescópios do Observatório Keck, utilizados na descoberta em 2005 dos dois satélites de HaumeaHi’iaka (deusa havaiana da dança) e Namaka (deusa da água e do mar), ambas filhas de Haumea, com diâmetros estimados de 320 e 160 km, respectivamente.

Figura 2 – Em escala de tamanho, da esquerda para a direita, representação artística de Chariklo e Haumea, e imagem de Plutão obtida pela sonda New Horizons. Crédito: Alexandre Crispim (UTFPR) e NASA/New Horizons.

O grupo brasileiro trabalhou na predição inicial da ocultação, que foi atualizada e melhorada com o esforço da equipe espanhola e posteriormente confirmada, a um mês da ocultação, por brasileiros, franceses e espanhóis. A observação só foi possível devido à imensa colaboração internacional, liderada pelo astrônomo espanhol Jose Luis Ortiz, e que envolveu mais de uma centena de astrônomos profissionais e amadores. Um total de 12 telescópios, localizados em 10 diferentes observatórios de seis países europeus, sendo eles, Alemanha, Eslováquia, Eslovênia, Hungria, Itália e República Tcheca, observaram a ocultação (Figura 3). Esta foi a ocultação com maior número de cordas (duração da sombra medida por um dado observador) observadas envolvendo um transnetuniano. Os pesquisadores brasileiros também participaram ativamente na análise dos dados, que levou à confirmação da descoberta do anel.

Um ponto interessante apontado no trabalho é sobre a localização do anel. De acordo com os dados obtidos da ocultação, ele está no plano equatorial do planeta anão, assim como seu maior satélite Hi’iaka. “A formação do anel pode ter ocorrido da colisão de Haumea com outro objeto ou da dispersão de material da superfície devido à sua alta velocidade de rotação”, afirma Marcelo Assafin.

Figura 3 – Caminho da sombra de Haumea na ocultação de 21 de janeiro de 2017. As linhas sólidas azuis indicam o tamanho do objeto, com a linha tracejada sendo seu centro. Os pontos em verde são os observatórios que detectaram a ocultação. O ponto azul representa um observatório que não observou a ocultação de Haumea, somente do anel. Os pontos em vermelho não detectaram nem Haumea nem o anel. Crédito: Reprodução da “Extended Data Figure 2” do artigo na revista Nature.

Outro destaque é que Haumea possui um período de rotação de cerca de 3,9 horas, girando muito mais rápido que qualquer outro corpo conhecido no Sistema Solar com mais de 100 km de diâmetro e também é o maior membro da única família colisional (um grupo de objetos com características físicas e orbitais similares e que se formaram a partir de um impacto, veja aqui) conhecida na região transnetuniana. Além disso, Haumea não está na mesma região que Chariklo e Quíron, que são pertencentes a uma classe de objetos chamada Centauro, com órbitas entre Júpiter e Netuno, entre 5 e 30 ua, mas localiza-se numa órbita bem mais afastada e, apesar de ter dimensões de 2322 x 1704 x 1026 km, quase do tamanho de Plutão (com 2.374 km de diâmetro), Haumea não apresenta atmosfera.

A detecção de anel ao redor de Haumea responde diversas questões levantadas em 2013 com a detecção dos anéis em Chariklo, mas também gera diversas outras perguntas como: o processo de formação dos anéis foi o mesmo em Chariklo e Haumea? Há muitos objetos com anéis ou Chariklo e Haumea são exceções no Sistema Solar? Por quanto tempo os anéis se mantêm ao redor destes pequenos corpos?

Para o pesquisador Roberto Martins, a observação de ocultações estelares é importante para que possamos conhecer algumas características do nosso Sistema Solar. “Em uma ocultação, a variação do brilho da estrela pode revelar mais detalhes do objeto do que na observação direta com telescópio”, explica. Para responder a estas e outras questões, os pesquisadores buscam prever e observar novas ocultações por estes objetos distantes (veja aqui e aqui).

O estudo de corpos do Sistema Solar através da técnica de ocultação estelar entrará em uma nova era com o levantamento Large Synoptic Survey Telescope (LSST), que irá observar milhões de corpos do Sistema Solar, entre eles, mais de 40 mil TNOs. Com auxílio dos resultados da missão espacial Gaia, os dados do LSST permitirão predições cada vez mais precisas desses eventos de ocultação. Com o apoio do LIneA e do INCT do e-Universo, membros da equipe brasileira de astrônomos já participam do LSST e contam com a necessária infraestrutura de hardware/software para desenvolvimento de ferramentas voltadas para o tratamento de dados e análise de resultados num contexto de grandes quantidades de informação.

Veja Também:

– Comunicado de imprensa 1

– Comunicado de imprensa 2

Representação artística animada de Haumea

Animação comparando Chariklo, Plutão e Haumea

Artigo Original:

The size, shape, density and ring of the dwarf planet Haumea from a stellar occultation




06 de outubro de 2017

Prêmio Nobel em Física de 2017 e as ondas gravitacionais

O Prêmio Nobel em Física de 2017 foi outorgado para os físicos Rainer Weiss, Barry Barish e Kip Thorne (ver Figura 1) pelas contribuições decisivas para o detector LIGO (Laser Interferometer Gravitational Observatory), e a observação de ondas gravitacionais. Recentemente, Rainer Weiss declarou para a mídia que gostaria de ter a oportunidade de contar sua conquista para ninguém menos que Albert Einstein. Isso porque, a teoria da relatividade de Einstein prevê a existência de ondas gravitacionais, distorções no espaço, similares àquelas ondas que se formam em um lago quando nele jogamos uma pedra. No caso de ondas gravitacionais, elas podem ser geradas por eventos cataclísmicos no Universo, como a fusão de dois buracos negros ou estrelas de nêutrons, por exemplo.

No entanto, essas ondas gravitacionais são extremamente difíceis de serem detectadas por causarem distorções minúsculas no espaço e nos objetos no espaço, menores que o tamanho de um núcleo de um átomo. Mesmo diante dessa dificuldade, o detector de ondas gravitacionais LIGO, que faz parte de uma colaboração com mais de mil pesquisadores, espalhados por cerca de 100 instituições em 18 países, anunciou em 2016 a primeira observação direta de ondas gravitacionais. As ondas foram geradas pela fusão de dois buracos negros, um com 29 vezes e o outro com 36 vezes a massa do Sol. Para se ter uma ideia, a massa do Sol em quilogramas equivale a 1,9891 x 1030 kg, o mesmo que 332.900 vezes a massa da Terra.

Quando esses dois buracos negros espiralaram um em torno do outro até se colidirem e se fundirem, geraram um único buraco negro com, aproximadamente, 62 massas solares — e apenas 300 km de diâmetro. Saindo um pouco da física e entrando no campo da matemática, podemos concluir que a soma dos dois buracos negros geraria um terceiro com 65 massas solares. Contudo, nessa equação não há erros. A massa faltante foi convertida durante a colisão em ondas gravitacionais — detectadas então pelo LIGO, e produzidas a mais de um bilhão de anos-luz de distância.

Mais três detecções dessa natureza foram confirmadas até o momento, sendo a mais recente de 14 de agosto desse ano. Uma vez que um sinal de ondas gravitacionais é obtido, uma mensagem sigilosa é enviada para observatórios ao redor do mundo procurarem por sinais visíveis do processo cataclísmico. O levantamento internacional Dark Energy Survey (DES), é um desses observatórios e possui um time dedicado a essa busca. A professora Flávia Sobreira, da Unicamp, contribuiu para o desenvolvimento de programas computacionais utilizados nessa busca. Ela faz parte do consórcio que promove a participação brasileira no DES, denominado DES-Brazil, apoiado pelo INCT do e-Universo e pelo LIneA, que desenvolveu um portal específico para a pesquisa.

Até o momento nenhuma contrapartida óptica aos eventos detectados pelo LIGO foi encontrada, o que é esperado de um evento de fusão de buracos negros. Isso porque buracos negros não são objetos que emitem luz óptica. No entanto, caso o LIGO detecte eventos envolvendo outros objetos massivos, como por exemplo as estrelas de nêutrons, será possível observar com telescópios ópticos esses eventos. Um exemplo de equipamento capaz de fazer essa detecção é a supercâmera do DES, a DECam (ver notícia), acoplada ao telescópio Blanco no Chile. Com esta câmera, que possui 570 megapixels de resolução, gratas surpresas e descobertas astronômicas podem ocorrer em breve.

Figura 1 – Ganhadores do Prêmio Nobel de Física de 2017. Crédito da imagem: Observatório LIGO.



27 de setembro de 2017

Ocultação estelar por um satélite irregular é observada pela primeira vez

Uma ocultação estelar causada pelo satélite irregular Febe (do grego Phoebe), em órbita de Saturno, um fenômeno raro de se captar, foi observada e registrada em julho deste ano. Esse feito só foi possível porque o fenômeno foi previsto em 2016 no trabalho de doutorado de Altair Ramos Gomes Júnior, do Observatório do Valongo (OV) da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ). Altair foi orientado por Marcelo Assafin (OV/UFRJ), astrônomo afiliado ao LIneA que tem participação no levantamento Dark Energy Survey (DES). A ocultação foi observada pelos astrônomos japoneses Tsutomu Hayamizu (Sendai Space Hall; JOIN – Japan Occultation Information Network), Katsumasa Hosoi (Hamanowa-observatory; JOIN) e Owada Minoru (JOIN). Neste ano, a predição foi divulgada na rede internacional de observadores Occult, da qual fazem parte os japoneses, constantemente alimentada pelo astrônomo afiliado ao LIneA, Felipe Braga-Ribas. O trabalho também foi divulgado no periódico especializado Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, sob o título de “Novas órbitas de satélites irregulares projetadas para predição de ocultações estelares até 2020”, com base em milhares de novas observações feitas no Observatório do Pico dos Dias (LNA/MCTI, Brasil), ESO (Chile) e Observatoire de Haute-Provence (França) (Figura 1).

Marcelo Assafin conta que esta foi a primeira observação bem sucedida de uma ocultação estelar causada por um satélite irregular. De acordo com Assafin, esses objetos, quando vistos dos telescópios da Terra, não passam de meros pontinhos nas imagens captadas. Deste modo, as ocultações estelares ganham enorme importância no estudo de satélites irregulares, por serem a única técnica que, curiosamente, a partir do uso desses mesmos telescópios de solo, permite inferir o tamanho e a forma do corpo com precisão de poucos quilômetros, se igualando em qualidade a resultados obtidos a partir de sondas como a Cassini. “Por isso, os alertas de possíveis ocultações estelares por satélites irregulares levado a cabo pelo grupo Occult, a partir do nosso programa de predições, é de enorme importância”, diz Assafin.

O astrônomo conta que, com a ocultação estelar observada, será possível inferir o tamanho e forma de Febe com precisão quilométrica, comparável às observações da Cassini, sonda da Nasa, permitindo assim checar de maneira independente, e com grande precisão, alguns parâmetros físicos atualmente aceitos para o satélite, contribuindo para o estudo sobre a origem de Febe.

O que se sabe é que Febe é aproximadamente esférico e tem um diâmetro de cerca de 213 quilômetros, com superfície bem marcada, contendo crateras de até 80 quilômetros de diâmetro e paredes de até 16 quilômetros de altura. Seu período de rotação é de cerca de 9 horas, não sendo síncrono com a rotação de Saturno. A órbita do Febe é retrógrada, ou seja, ele orbita em Saturno no sentido contrário ao da rotação do planeta. Por isso, Febe é classificado como sendo um satélite irregular. Imagina-se que todos esses tipos de satélites irregulares não tenham sido formados junto com o planeta ou suas luas principais, mas sim que tenham sido capturados pelo planeta em momento posterior.

A coloração escura de Febe inicialmente levou os cientistas a suporem que fosse um corpo capturado do Cinturão Principal de Asteroides, que fica entre Marte e Júpiter, já que se assemelhava à classe comum de asteroides carbonados escuros. Estes são quimicamente muito primitivos, com compostos de sólidos originais que se condensaram fora da nebulosa solar que deu origem ao Sol com pouca modificação desde então. Porém, as imagens da Cassini indicam que as crateras de Febe mostram uma variação considerável de brilho, o que indica a presença de grandes quantidades de gelo abaixo de uma cobertura relativamente fina de depósitos de superfície escura, com uma espessura de 300 a 500 metros (Figuras 2 e 3).

Além disso, quantidades de dióxido de carbono foram detectadas na superfície, uma descoberta que nunca foi verificada para nenhum asteroide. Estima-se que Febe seja cerca de 50% de rocha, em oposição aos 35% ou mais, que tipifica as luas interiores de Saturno. Por estas razões, os cientistas estão aos poucos traçando um novo cenário para a sua origem, no qual Febe é, na verdade, um Centauro capturado, um dos vários planetoides gelados associados ao Cinturão de Kuiper, que orbitam o Sol entre Júpiter e Netuno. “A coloração mais escura do Febe e sua composição, mais porosa, entre outras características, mostram que ele é diferente de outros satélites que rondam Saturno e sugerem que esse satélite irregular seja um objeto mais antigo, possivelmente capturado no decorrer da evolução do sistema solar. Essa descoberta abre portas para investigações nesse sentido”, conclui.

As futuras predições de ocultações estelares, inclusive a do Febe, serão feitas com efemérides baseadas em dados do satélite artificial Gaia, que fica entre a Terra e a Lua, com telescópios a bordo, lançado ao espaço em 2013. “Como ainda tem pouco tempo que o satélite está no espaço, os seus catálogos ainda não estão tão precisos, mas ainda assim, são muito mais precisos do que quaisquer outros que já existiram. Entretanto, os próximos registros de Gaia, previstos para 2018, terão muito mais precisão e nos mostrarão o movimento das estrelas com resolução sem precedentes. Isso nos possibilitará fazer predições ainda mais precisas de ocultações estelares”, prevê Assafin.

LIneA e o INCT do e-Universo apoiam os membros do projeto Transneptunian Occultation Network possuidores de grande experiência em predições de ocultações no Sistema Solar.

Figura 1 – Ilustração da ocultação estelar por Febe. As cordas coloridas indicam por onde a estrela passou por detrás da silhueta de Febe, do ponto de vista de cada observador (duas cordas, no exemplo). O X na linha preta indica onde era esperado que a figura quase circular de Febe estivesse centrada, em relação a essas cordas, segundo a predição de Altair Gomes Júnior e colegas, indicando uma precisão de centragem melhor que 100 km, para uma distância de cerca de 1,4 bilhão de quilômetros de Febe da Terra. Créditos da imagem: Tsutomu Hayamizu (Sendai Space Hall; JOIN- Japan Occultation Information Network).
Figura 2 – Satélite irregular Febe em montagem de observações da sonda Cassini. Cŕedito da Imagem: Cassini, NASA
Figura 3 – Anel de minúsculas particulas de poeira que envolve Saturno e compartilha a mesma órbita bem afastada de Febe. Cŕedito da imagem: Cassini, NASA.



18 de setembro de 2017

INCT do e-Universo participa de reunião anual do DESI

A reunião anual da equipe de colaboração para o levantamento dos dados obtidos pelo Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), dedicado a observações espectroscópicas de dezenas de milhões de galáxias para o estudo da energia escura, foi realizada de 19 a 23 de junho, no Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL), na Universidade da Califórnia, nos Estados Unidos. Do Brasil participaram Luiz Nicolaci e Angelo Fausti, ambos membros da colaboração. Na ocasião, foram apresentados aos participantes do DESI o progresso do projeto em diferentes frentes entre elas os planos para a fase de comissionamento e verificação científica; desenvolvimento de software de redução e análise; simulações numéricas; e o progresso na construção dos espectrógrafos que serão acoplados ao telescópio Mayall de 4-metros, situado no topo do Observatório Nacional de Kitt Peak, em Arizona, nos EUA.

Durante o encontro, os participantes tiveram a oportunidade de conhecer as instalações do National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC), que fica dentro do mesmo complexo do LBNL. No local, estão os supercomputadores que serão usados para redução e análise de dados obtidos no projeto. O mais novo deles, nomeado Cori em homenagem à Gerty Cori, primeira mulher americana a receber o Nobel de ciência. Este supercomputador é formado de 52 racks contendo 9.688 nós, cada um com 68 núcleos, tendo uma capacidade de processamento de 30 petaflops, o que corresponde a 30 vezes a do supercomputador brasileiro Santos Dumont, que fica no Laboratório Nacional de Computação Científica (LNCC). O Edison, em referência a Thomas Edison, o inventor da lâmpada elétrica, é menor, com 30 racks e uma capacidade de processamento de 2.6 petaflops. Visualmente, ambos os supercomputadores são impressionantes, ocupando extensos corredores do prédio à prova de terremotos (Figura 1).

Também foi organizada uma visita ao laboratório onde está sendo integrado e testado o sistema de posicionamento das cinco mil fibras que serão colocadas em buracos distribuídos em 10 pétalas (Figura 2), cada uma com 500 buracos. Estas fibras vão alimentar 10 espectrógrafos com cada feixe de luz sendo dividido em três, iluminando detectores no infravermelho, no vermelho óptico e azul óptico. Um dos testes feitos durante a reunião, serviu para verificar se as fibras estão captando corretamente cada feixe de luz. Na oportunidade, foi apresentado uma primeira implementação do software Quick Look Framework (QLF), desenvolvido pelo Laboratório Interinstitucional de e-Astronomia (LIneA) com apoio do INCT do e-Universo, que será usada no projeto para a avaliação em tempo real da qualidade dos 15 mil espectros obtidos de cinco mil objetos na exposição de cada espectrógrafo.

Para um maior entendimento do funcionamento do QLF, foi organizada uma hack session, um tipo de reunião colaborativa feita para discutir e avaliar as características do software, que possui inúmeras funcionalidades, apresentada por Ângelo Fausti, pesquisador do LIneA. Depois de instalado, foi possível acompanhar uma de suas funções, que é agrupar os resultados do pipeline de redução com dados simulados para a experiência. Nesta sessão, também foram discutidas as métricas para controle da qualidade dos dados que serão implementados no sistema, incluindo medidas como a razão sinal-ruído (S/N) de cada classe de alvos observados em cada uma das três câmeras (correspondente às partes infravermelho, vermelho e azul do espectro) conectadas aos 10 espectrógrafos do instrumento. Essa informação precisa ser sintetizada pelo QLF e mostrada de forma intuitiva na interface – um verdadeiro desafio, dado o imenso número de informações captadas. Apesar de não ter um papel ativo durante as observações, os dados coletados pelo QLF serão usados no dia seguinte na etapa chamada de “Planejamento à Tarde”, onde será decidido se um dado campo precisa ser reobservado ou não. O software também foi desenvolvido de forma que possa ser operado no telescópio, nos computadores do NERSC e em laptops individuais, de forma integrada.

Graças ao trabalho de infraestrutura realizada pelo LIneA, foi possível negociar a inclusão de dois pesquisadores seniores e quatro juniores ao projeto DESI (ver noticia). Tanto o LIneA como o INCT do e-Universo dão apoio à participação de brasileiros neste e em outros projetos internacionais de grande envergadura. Veja a lista completa destes projetos no site do LIneA.

Figura 1 – Uma das salas do prédio do NERSC onde ficam os supercomputadores Cori e Edison. No detalhe à esquerda, onde há um quadrado cercado por cones no piso, pode-se ver a estrutura que é à prova de terremotos. Crédito da imagem: LIneA.
Figura 2 – À esquerda, estrutura que será colocada no plano focal do telescópio mostrando duas das 10 pétalas, cada uma com 500 buracos onde serão inseridos fibras ópticas, o que permite a observação de 5000 objetos em cada exposição. À direita, a pétala vista em outro ângulo: em cada buraco desses serão acopladas fibras ópticas. No total, serão 10 pétalas, cada uma iluminando um espectrógrafo que divide que o espectro de cada objeto em três: infravermelho, vermelho e azul. Crédito da imagem: LIneA.



30 de agosto de 2017

Map reveals the invisible universe of dark matter

Matéria no site “Science News” com o título “Map reveals the invisible universe of dark matter”.

“Scientists have created the largest map of dark matter yet, part of a slew of new measurements that help pin down the universe’s dark contents. Covering about a thirtieth of the sky, the map (above) charts the density of both normal matter — the stuff that’s visible — and dark matter, an unidentified but far more abundant substance that pervades the cosmos.”

Veja a notícia na sua íntegra no site Science News.