22: XRISM mede o vento quente da galáxia M82

Posted on 4 semanas ago by astronomia

Pela primeira vez, os astrónomos mediram directamente a velocidade do gás super-aquecido que se expande a partir de um “caldeirão” de actividade estelar no coração de M82, uma galáxia próxima que está a passar por um extraordinário surto de formação estelar.

O vento frio da galáxia M82 impulsiona gás e poeira até 40.000 anos-luz do seu núcleo, como se pode ver aqui através de dados do Observatório de raios X Chandra da NASA e dos telescópios espaciais Hubble e Spitzer. A inserção mostra uma imagem Chandra da região central da galáxia, onde um “caldeirão” de actividade estelar dá início ao fluxo em grande escala.
Crédito: Centro de Voos Espaciais Goddard da NASA; raios X – NASA/CXC/JHU/D.Strickland; óptico – NASA/ESA/STScI/AURA/Equipa do Legado Hubble; infravermelho – NASA/JPL-Caltech/Universidade do Arizona/C. Engelbracht; Colaboração XRISM et al. 2026

O material move-se a mais de 3 milhões de quilómetros por hora e parece ser a principal força motriz de um vento mais frio, bem estudado e à escala da galáxia.

Os investigadores fizeram os cálculos utilizando dados do instrumento Resolve a bordo da nave espacial XRISM (X-ray Imaging and Spectroscopy Mission).

“O modelo clássico de galáxias com surtos de formação estelar, como M82, sugere que as ondas de choque provenientes da formação estelar e das super-novas perto do centro aquecem o gás, dando início a um vento poderoso”, afirmou Erin Boettcher, astrofísica da Universidade de Maryland, em College Park, e do Centro de Voos Espaciais Goddard da NASA, em Greenbelt, Maryland. “Antes do XRISM, porém, não tínhamos a capacidade de medir as velocidades necessárias para testar essa hipótese. Agora vemos o gás a mover-se ainda mais depressa do que alguns modelos prevêem, mais do que o suficiente para impulsionar o vento até à orla da galáxia”.

Um artigo científico acerca do resultado, liderado por Boettcher, foi publicado na passada quarta-feira, 25 de março, na revista Nature. A missão XRISM é liderada pela JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency) em colaboração com a NASA, com contribuições da ESA. A NASA e a JAXA também desenvolveram em conjunto o instrumento Resolve.

Esta imagem de M82, captada pelo instrumento NIRCam (Near-Infrared Camera) a bordo do Telescópio Espacial James Webb da NASA, mostra o centro da galáxia com tal nível de detalhe que os astrónomos conseguem distinguir pequenas fontes luminosas que são estrelas individuais ou enxames estelares.
Crédito: NASA, ESA, CSA, STScI, Alberto Bolatto (UMD)

Por vezes chamada de “Galáxia do Charuto”, M82 está localizada a 12 milhões de anos-luz de distância, na direcção da constelação setentrional da Ursa Maior. Os astrónomos classificam-na como uma galáxia “starburst“, pois está a formar estrelas a um ritmo muito superior ao habitual para o seu tamanho – cerca de 10 vezes mais depressa do que a Via Láctea.

M82 é bem conhecida pelo seu vento extenso e frio, que se estende por 40.000 anos-luz e impulsiona enormes quantidades de gás e poeira. Os cientistas têm-na estudado através de várias missões, incluindo os telescópios espaciais Chandra, Webb, Hubble e o já aposentado Spitzer, tentando estabelecer uma ligação entre a actividade estelar e o fluxo em grande escala.

Os investigadores pretendem, em particular, compreender o papel dos raios cósmicos. Estas partículas carregadas e velozes encontram-se por todo o cosmos e são aceleradas por alguns dos mesmos eventos que os cientistas acreditam produzirem ventos como os de M82. Existe a possibilidade de serem a principal fonte de pressão exterior sobre o gás.

A alta resolução e sensibilidade do instrumento Resolve do XRISM permitiram a Boettcher e aos seus colegas medir com precisão a velocidade do vento quente, observando um sinal de raios X proveniente de ferro super-aquecido no centro da galáxia.

A intensidade dos raios X provenientes do ferro e de outros elementos revelou-lhes a temperatura – exactamente dentro das previsões, a 25 milhões de graus Celsius. O calor exerce pressão sobre o gás e empurra-o para fora. Esta fuga da alta pressão para baixa pressão forma o vento – a mesma razão pela qual os ventos sopram na atmosfera terrestre.

O instrumento Resolve, a bordo da nave espacial XRISM (X-ray Imaging and Spectroscopy Mission), captou dados que revelam a velocidade do vento quente no centro da galáxia “starburst” M82. A faixa de energia das linhas de emissão do ferro mostra que o gás se move a cerca de 3 milhões de quilómetros por hora.
Crédito: inserção – Imagem de M82 captada pelo instrumento Xtend do XRISM; Centro de Voos Espaciais Goddard da NASA, JAXA/NASA, Colaboração XRISM et al. 2026

A largura das linhas espectrais do ferro revelou a velocidade do vento quente. Isto funciona através do efeito Doppler, o mesmo fenómeno que faz com que um som, como o de uma sirene, aumente ou diminua de tom devido ao movimento da fonte em direcção a nós ou para longe de nós. No caso de M82, o material quente perto do centro move-se rapidamente em ambas as direcções, alongando a linha espectral do ferro.

A extensão do alongamento revela a velocidade do ferro. Os investigadores descobriram que o vento é um pouco mais rápido do que o esperado. Combinado com a alta temperatura, é potente o suficiente para produzir o vento frio sem raios cósmicos, embora estes possam ainda estar a contribuir.

Os investigadores calculam que o centro de M82 expele gás suficiente todos os anos para formar sete estrelas com a massa do nosso Sol. Isto representa outro enigma.

“Se o vento soprar de forma constante à velocidade que medimos, pensamos que pode alimentar o vento maior e mais frio, expelindo quatro massas solares de gás por ano. Mas o XRISM indica-nos que há muito mais gás a mover-se para fora”, afirmou o co-autor Edmund Hodges-Kluck, astrónomo e membro da equipa do XRISM no Centro Goddard da NASA. “Para onde vão as três massas solares adicionais? Será que escapam da galáxia como gás quente por alguma outra via? Não sabemos”.

As observações de M82 pelo satélite XRISM ajudarão a melhorar os modelos das galáxias “starburst“, o que poderá ajudar os cientistas a responder a este tipo de perguntas no futuro. As contribuições da NASA para projectos internacionais como o XRISM fazem parte dos esforços da agência para inovar com missões científicas ambiciosas que nos ajudarão a compreender melhor como funciona o nosso cosmos.

“Alguns dos nossos primeiros modelos de galáxias com surtos de formação estelar foram desenvolvidos na década de 1980, e finalmente conseguimos testá-los de formas que não eram possíveis antes do XRISM”, disse a co-autora Skylar Grayson, estudante na Universidade do Estado do Arizona, em Tempe. “Oferece oportunidades para descobrir porque é que o modelo pode não estar a captar tudo o que se passa no Universo real”.

// NASA (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Nature)

CCVALG
31.03.2026

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published in: 4 semanas ago

17: XRISM resolve o mistério com 50 anos de uma estrela famosa

Posted on 1 mês ago by astronomia

Esta ilustração mostra a estrela massiva Gamma Cassiopeiae e a sua companheira, uma anã branca pequena mas densa.
Crédito: ESA, Y. Nazé

Uma companheira invisível que consome matéria da estrela gama-Cas, visível a olho nu, foi identificada como a responsável pelos curiosos raios X provenientes do sistema estelar. Isto encerra um mistério que intrigava os astrónomos há mais de cinquenta anos.

Observações inéditas de alta resolução realizadas pelo XRISM (X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission) revelaram que os raios X estão ligados ao movimento orbital de uma estrela anã branca companheira, permitindo aos astrónomos finalmente resolver o mistério. As observações estão detalhadas num novo artigo científico liderado por Yaël Nazé, da Universidade de Liège, na Bélgica.

“Há muitas décadas que vários grupos de investigação têm vindo a dedicar esforços intensos para resolver o mistério de gamma-Cas. E agora, graças às observações de alta precisão do XRISM, conseguimos finalmente fazê-lo”, afirma Yaël.

Um mistério enraizado na história

A estrela Gamma Cassiopeiae (γ Cas, gamma-Cas para abreviar) é visível para os europeus em todas as noites sem nuvens. Constitui o “ponto” central da inconfundível constelação de Cassiopeia, em forma de “W”.

A estrela Gamma Cassiopeiae (γ Cas) constitui o “ponto” central da constelação de Cassiopeia, com a sua característica forma de “W”. Situada perto da Estrela Polar, ou Polaris, é visível todas as noites para os observadores do hemisfério norte.
Crédito: Astronomy Now/Greg Smye-Rumsby – https://astronomynow.com

Apesar da sua proeminência no céu nocturno, tem estado envolta em mistério desde 1866, quando o astrónomo italiano Angelo Secchi reparou em algo estranho na sua assinatura de luz. A sua “impressão digital” de hidrogénio era brilhante, enquanto em estrelas como o nosso próprio Sol isto normalmente se manifesta como uma linha escura.

Esta característica peculiar deu origem a uma nova classe de estrelas, denominadas estrelas “Be”, combinando o “B” associado às estrelas massivas azuis-esbranquiçadas e quentes com o “e” proveniente da peculiar emissão de hidrogénio.

Foram necessárias várias décadas até que os astrónomos compreendessem que estas emissões provinham de um disco giratório de matéria ejectada pela estrela em rápida rotação. Tais discos podem formar-se e dispersar-se ao longo do tempo, resultando em variações no brilho da estrela. Isto torna-a um alvo popular para os astrónomos amadores ainda hoje.

À medida que as observações com telescópios se tornaram mais refinadas, foi possível monitorizar o movimento de gama-Cas, revelando que esta deve ter uma estrela companheira de baixa massa. Uma vez que a companheira não é observável directamente com telescópios, os astrónomos pensam que poderá ser uma anã branca – um objeto compacto com a massa do Sol, mas do tamanho da Terra.

Então, em meados da década de 1970, surgiu um novo mistério: descobriu-se que gamma-Cas brilhava em raios X altamente energéticos e invulgares. Estudos posteriores revelaram que a origem deste brilho de raios X provinha principalmente de plasma extremamente quente a 150 milhões de graus, brilhando com uma luminosidade cerca de 40 vezes superior ao normalmente esperado para estrelas tão massivas.

Com o advento dos telescópios espaciais de raios X, incluindo o XMM-Newton da ESA, o Chandra da NASA e o eROSITA, liderado pela Alemanha, os astrónomos descobriram cerca de duas dúzias de estrelas do tipo gamma-Cas com emissões de raios X semelhantes e invulgares, o que as torna um grupo especial entre as estrelas Be em geral.

As observações de alta resolução realizadas pelo XRISM revelaram a origem dos curiosos raios X provenientes da estrela visível a olho nu gamma-Cas: matéria a cair sobre a sua companheira, uma anã branca.

Gamma-Cas está classificada como uma estrela “Be”, combinando o “B” associado a estrelas massivas azuis-esbranquiçadas quentes com o “e” de uma assinatura peculiar de hidrogénio na luz proveniente de um disco giratório de matéria ejectada pela estrela em rápida rotação. Esta matéria está a formar um disco em torno de uma estrela anã branca próxima (um objecto compacto com a massa do Sol, mas do tamanho da Terra). A matéria cai em direcção aos pólos da estrela ao longo do intenso campo magnético da anã branca e gera raios X.

As observações de alta precisão do XRISM mostram finalmente que os raios X seguem de perto o movimento orbital da anã branca, e não da própria gamma-Cas. Isto resolve um mistério que intrigava os astrónomos há mais de cinquenta anos.
Crédito: ESA, Y. Nazé

As duas teorias finais

Ao longo dos anos, a explicação para os raios X de alta energia resumiu-se a duas teorias concorrentes. Será que os campos magnéticos locais da estrela estariam a interagir com os do disco circundante, produzindo o material quente? Ou será que os raios X são gerados pelo material do disco da estrela Be que cai sobre a companheira anã branca?

Finalmente, existe um instrumento com precisão suficiente para resolver o mistério: o espectrómetro de alta resolução, Resolve, do XRISM. Numa campanha de observação dedicada, o XRISM revelou que os sinais do plasma quente seguem o movimento orbital da estrela companheira, de outra forma invisível. Por outras palavras, a anã branca companheira consome material de gamma-Cas, emitindo raios X ao fazê-lo.

“O trabalho anterior com o XMM-Newton abriu realmente caminho para o XRISM, permitindo-nos descartar inúmeras teorias e provar qual das duas últimas teorias concorrentes estava correta”, afirma Yaël. “É extremamente gratificante ter evidências directas para resolver finalmente este mistério!”

Compreender que os objectos gamma-Cas são estrelas do tipo Be emparelhadas com uma anã branca que está a acretar matéria resolve o mistério dos raios X. Mas também suscita outra curiosidade sobre como a população mais ampla deste tipo de sistemas binários se forma e evolui.

Há muito que se esperava que tais pares fossem comuns, principalmente entre estrelas de baixa massa. No entanto, novas investigações mostram que são mais raros do que o previsto e, em vez disso, tendem a ocorrer em estrelas Be de alta massa.

“Pensamos que a chave está em compreender como é que as interacções ocorrem exactamente entre as duas estrelas”, diz Yaël. “Agora que conhecemos a verdadeira natureza de gamma-Cas, podemos criar modelos específicos para esta classe de sistemas estelares e actualizar a nossa compreensão da evolução binária em conformidade”.

“É incrível ver como este mistério se foi desvendando lentamente ao longo dos anos”, afirma Alice Borghese, investigadora da ESA especializada no campo da astrofísica de alta energia. “O XMM-Newton fez grande parte do trabalho preparatório ao descartar várias teorias sobre gamma-Cas. E agora, com a próxima geração de instrumentação avançada, o XRISM levou-nos até à meta”.

“Este resultado maravilhoso sublinha a forte colaboração entre as equipas japonesa, europeia e americana do XRISM”, acrescenta Matteo Guainazzi, cientista do projecto XRISM da ESA. “Esta equipa internacional reúne os conhecimentos técnicos e científicos necessários para resolver os maiores mistérios do Universo de raios X e abrir novos caminhos para a investigação”.

// ESA (comunicado de imprensa)
// Universidade de Liège (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Astronomy & Astrophysics)

CCVALG
27.03.2026

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