O Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), o mais poderoso conjunto de radiotelescópios do mundo, está construído no planalto do Chajnantor, no norte do Chile. A uma altitude de 5.000 metros (16.500 pés), é mais alto que as camadas mais espessas da atmosfera terrestre.
Esses telescópios nos permitem decifrar comprimentos de onda maiores que a luz óptica, revelando luz (ou cores) que não podemos ver com nossos próprios olhos. Mas ALMA, que significa “ alma ”, também é uma máquina do tempo. Olha para o passado para verificar teorias científicas sobre como o Universo se formou há mais de 13 mil milhões de anos. Também nos impulsiona para o futuro à medida que procuramos novos mundos e a vida alienígena que os habita .
10 A molécula da vida
Na gigante nuvem de gás Sagitário B2, perto do centro da nossa galáxia, o ALMA detectou pela primeira vez no espaço interestelar uma molécula rica em hidrogénio e contendo carbono, semelhante àquelas de que necessitamos para a vida na Terra. Esta descoberta significa que moléculas interestelares como estas podem ter vindo à Terra num passado distante para dar início à vida aqui . Também sugere que pode existir vida alienígena baseada em carbono em outras partes do universo.
Nuvens moleculares como Sagitário B2 são conhecidas como “berçários estelares” porque as suas áreas compactas de gás e poeira são adequadas para a criação de estrelas. Até agora, todas as moléculas orgânicas descobertas no espaço interestelar consistiam numa cadeia linear de átomos de carbono. Mas em Sagitário B2, o ALMA encontrou uma nova molécula, o cianeto de isopropilo, com uma estrutura de carbono ramificada como a encontrada nos aminoácidos. Os aminoácidos são os blocos de construção das proteínas, componentes essenciais da vida na Terra.
Esta descoberta sugere que as moléculas necessárias para a vida como a conhecemos são criadas quando as estrelas se formam, muito antes de planetas como a Terra existirem . O cianeto de isopropila era abundante em Sagitário B2, então moléculas ramificadas podem ser comuns no espaço interestelar. Os astrônomos esperam encontrar aminoácidos lá também.
9 As galáxias em fusão
Fusões violentas entre galáxias são bastante comuns. Mas as suas estrelas e sistemas solares não colidem de facto. Em vez disso, estas galáxias passam umas pelas outras como fantasmas porque as suas estrelas estão demasiado distantes umas das outras para se tocarem.
Uma fusão desencadeia uma formação frenética de novas estrelas, juntamente com o caos gravitacional. Durante muito tempo, acreditou-se que isso destruía as estruturas galácticas originais, substituindo-as por uma enorme galáxia elíptica em forma de bola de futebol americana. Isto deveria acontecer mesmo que ambas as galáxias originais fossem galáxias de disco – como a nossa Via Láctea – apresentando áreas circulares e achatadas de gás e poeira.
Essa tem sido a sabedoria predominante desde que as simulações em computador foram feitas na década de 1970 . Simulações mais recentes contradizem estes resultados, sugerindo que algumas fusões de galáxias podem formar galáxias em disco. Mas os cientistas não tinham provas de qualquer maneira.
Agora, no entanto, o ALMA e outros radiotelescópios forneceram a arma fumegante com 24 galáxias observadas que sofreram fusões para formar galáxias em disco. Isso representa 65% das 37 galáxias pesquisadas por um grupo de pesquisa internacional liderado por Junko Ueda, da Sociedade Japonesa para a Promoção da Ciência.
Como disse Ueda: “Sabemos que a maioria das galáxias no universo mais distante também possui discos. No entanto, ainda não sabemos se as fusões de galáxias também são responsáveis por isso, ou se são formadas por gás frio que cai gradualmente na galáxia. Talvez tenhamos encontrado um mecanismo geral que se aplica a toda a história do universo .”
8 As órbitas excêntricas e inclinadas dos exoplanetas
Alguns exoplanetas, que são planetas fora do nosso sistema solar, orbitam as suas estrelas numa forma altamente alongada ou oval (uma órbita “excêntrica”) ou num ângulo altamente inclinado em relação ao equador da sua estrela (uma órbita “inclinada”). Para descobrir porque é que isto acontece em sistemas binários, nos quais duas estrelas orbitam uma à outra , os cientistas usaram o ALMA para observar HK Tauri, um jovem sistema binário na constelação do Touro.
Para entender o que o ALMA faz, é útil saber como as estrelas e os planetas são feitos. Quando uma nuvem de gás interestelar entra em colapso devido à força de sua própria gravidade, ela gira cada vez mais rápido até se achatar em um disco. No centro desse disco, uma protoestrela se forma como um embrião no útero. Quando a temperatura central da protoestrela se torna alta o suficiente para desencadear, nasce uma nova estrela. Cerca de 90 por cento do tempo, o gás e a poeira que sobraram do nascimento da estrela giram em torno da nova estrela num . O material neste disco pode eventualmente formar planetas, luas e outros objetos. disco protoplanetário de reações nucleares
Num sistema binário, se as duas estrelas e os seus discos protoplanetários não orbitam no mesmo plano (o que significa que estão “ desalinhados ”), novos planetas podem formar-se com órbitas altamente excêntricas ou inclinadas. Uma teoria, o mecanismo Kozai , diz que a atração da gravidade de uma segunda estrela dá aos planetas da primeira estrela essas órbitas estranhas.
O ALMA confirmou esta teoria com HK Tauri. A estrela mais fraca, HK Tauri B, tem um disco protoplanetário que bloqueia o brilho da luz da estrela, tornando o disco fácil de ver na luz visível. Mas o disco protoplanetário de HK Tauri A está inclinado de modo que a luz ofuscante da sua estrela torna este disco impossível de ver na luz visível. O ALMA detectou ambos os discos facilmente em comprimentos de onda milimétricos, revelando que eles estão desalinhados um com o outro em pelo menos 60 graus. Pelo menos um disco não está no mesmo plano das órbitas das duas estrelas.
Embora isto não explique todas as órbitas estranhas de exoplanetas no universo, mostra que as condições para distorcer a órbita de um exoplaneta podem estar presentes quando esse planeta se forma num sistema binário.
7 As linhas de vida que formam o planeta
Num sistema estelar múltiplo conhecido como GG Tau-A, na constelação de Touro, o ALMA detectou gás e poeira fluindo numa corrente. A corrente flui de um imenso disco externo que circunda todo o sistema estelar para um disco interno menor que circunda apenas a estrela central principal. Parece uma roda dentro de outra roda.
Os cientistas já conheciam esse disco interno antes do ALMA, mas não conseguiam explicar como o disco interno sobreviveu. Seu material estava sendo esgotado pela estrela central tão rapidamente que o disco deveria ter desaparecido há muito tempo. Então o ALMA detectou este fenómeno nunca antes visto: aglomerados de gás na área entre os dois discos actuando como uma tábua de salvação , transferindo material do disco exterior para alimentar o disco interior. O disco interno pode, portanto, sobreviver por muito mais tempo, dando-lhe uma maior probabilidade de desenvolver planetas que orbitem em torno da estrela central.
Se outros sistemas estelares múltiplos tiverem essas estruturas vitais para alimentar os discos protoplanetários, teremos mais lugares para caçar exoplanetas – e vida alienígena – no futuro.
6 A Nebulosa Bumerangue
A 5.000 anos-luz de distância da Terra, a Nebulosa Bumerangue, na constelação de Centauro, ganha o prêmio de objeto mais frio conhecido no universo. Sua temperatura é de apenas 1 Kelvin, o que equivale a –272 graus Celsius (–458 °F). Isso é ainda mais frio do que a radiação cósmica de fundo em micro-ondas , que, com 2,8 Kelvin, é a temperatura natural de fundo do espaço.
Os cientistas examinaram as propriedades frígidas da Nebulosa Boomerang usando o ALMA. No processo, também descobriram a forma real da nebulosa. Anteriormente, os telescópios ópticos representavam a nebulosa na luz visível como uma gravata borboleta com dois bumerangues sobrepostos. Mas o ALMA conseguiu visualizar comprimentos de onda de luz que estavam anteriormente obscurecidos por uma espessa faixa de poeira que circunda a estrela no interior da nebulosa. Descobriu-se que a nebulosa tem uma forma muito mais ampla, que está se expandindo rapidamente.
Os astrónomos também descobriram porque é que a Nebulosa Boomerang é tão fria. Sua estrela central está morrendo. Isto cria um fluxo rápido de gás da estrela que simultaneamente expande e esfria a nebulosa como o gás em expansão resfria uma geladeira. À medida que a expansão do gás diminui, a camada externa da nebulosa fica mais quente. “Isto é importante para a compreensão de como as estrelas morrem e se transformam em nebulosas planetárias”, diz Raghvendra Sahai, do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA. “Usando o ALMA, fomos capazes, literal e figurativamente, de lançar uma nova luz sobre os estertores da morte de uma estrela semelhante ao Sol.”
5 A bolha espacial
Esta descoberta do ALMA é emocionante devido ao que os telescópios não observaram. Mas vamos começar com o que os nossos telescópios viram.
Em 2009, os astrónomos descobriram uma bolha de gás quente e brilhante que se estende por mais de 55.000 anos-luz. Eles o chamaram de “ Himiko ”, em homenagem a uma lendária rainha do Japão. A quase 13 mil milhões de anos-luz da Terra, e dado o tempo que a luz leva para percorrer essa distância, os cientistas estavam a ver Himiko numa altura em que o Universo tinha apenas 6% do seu tamanho atual. Parecia grande e poderoso demais para sua época.
Usando o Telescópio Espacial Hubble e o ALMA, os astrônomos conseguiram resolver alguns dos quebra-cabeças. O Hubble revelou que Himiko é composta por três aglomerados estelares, cada um dos quais com o tamanho normal de uma galáxia luminosa daquela época. Esses três aglomerados estão formando estrelas a uma taxa incrível de aproximadamente 100 massas solares a cada ano. Como explica Richard Ellis, do Instituto de Tecnologia da Califórnia, “Este sistema triplo extremamente raro, visto quando o universo tinha apenas 800 milhões de anos, fornece informações importantes sobre os primeiros estágios da formação de galáxias durante um período conhecido como ‘ Amanhecer Cósmico ‘, quando o universo foi banhado pela primeira vez pela luz das estrelas. Ainda mais interessante é que estas galáxias parecem prestes a fundir-se numa única galáxia massiva, que poderá eventualmente evoluir para algo semelhante à Via Láctea.”
Mas aqui está o que deixou os astrônomos coçando a cabeça. Uma área com formação estelar tão ativa deveria criar nuvens de poeira de elementos pesados como carbono, oxigênio e silício. Quando aquecidos pela luz das estrelas, estes elementos produzem comprimentos de onda de rádio que o ALMA pode captar. Mas o ALMA não detectou quaisquer ondas de rádio significativas. Nem detectou carbono gasoso, que também está associado à furiosa formação de estrelas.
Em vez disso, os astrónomos acreditam que o gás interestelar de Himiko é feito de hidrogénio e hélio. Isso provavelmente significa que estamos vendo uma galáxia primordial em formação logo após o big bang.
4 A fábrica de poeira Supernova
Sem poeira, nenhum de nós existiria. A poeira é crítica para a formação de estrelas e planetas. Sabemos que o universo está repleto dela, mas os cientistas não tinham certeza de como a poeira se formou no universo primitivo.
Hoje, a maior parte da poeira do universo vem de estrelas de todos os tamanhos à medida que morrem . Mas no universo primitivo, apenas estrelas massivas se transformaram em supernovas. Isso foi responsável por alguma poeira, mas aparentemente não o suficiente para as grandes quantidades observadas em galáxias jovens e distantes. Depois, os astrónomos examinaram os restos da Supernova 1987A com o ALMA e encontraram a resposta para a poeira inicial desaparecida.
Como o nome indica, SN 1987A explodiu em 1987, a cerca de 168.000 anos-luz da Terra. Os cientistas esperavam ver grandes quantidades de poeira como átomos de carbono, oxigênio e silício ligados em moléculas no centro do gás de resfriamento da explosão. Com os telescópios da época, eles viram apenas uma pequena quantidade de poeira quente. Mas quando usaram o ALMA, detectaram uma nuvem de poeira com uma massa igual a 25% da do nosso Sol . Com a capacidade do ALMA de revelar os comprimentos de onda milimétricos e submilimétricos nos quais a poeira fria (muito mais abundante) brilha intensamente, o mistério foi resolvido.
“As galáxias realmente primitivas são incrivelmente poeirentas e esta poeira desempenha um papel importante na evolução das galáxias,” diz Mikako Matsuuro da University College London. “Hoje, sabemos que a poeira pode ser criada de várias maneiras, mas no início do Universo, a maior parte dela deve ter vindo de supernovas . Finalmente temos evidências diretas para apoiar essa teoria.”
3 A Estrela da Morte de Órion
Existem assassinos de planetas à espreita no lotado berçário estelar da Nebulosa de Órion.
Como explicamos anteriormente, grandes nuvens moleculares de gás e poeira, como a nebulosa, proporcionam um excelente ambiente para a criação de estrelas e, eventualmente, de planetas. Mas também existem estrelas mais antigas do tipo O na Nebulosa de Órion que são muito mais massivas que o nosso Sol e têm temperaturas superficiais de 50.000 Kelvin ou mais. Estas estrelas O exercem o poder de vida e morte sobre os sistemas planetários em desenvolvimento na sua região. Quando estas estrelas O massivas e de vida curta se transformam em supernovas, os cientistas acreditam que as explosões resultantes criam nuvens de gás e poeira que formarão a próxima ronda de estrelas e planetas. Mas enquanto estas estrelas O viverem, podem destruir discos protoplanetários se esses sistemas solares embrionários se aproximarem demasiado.
Com a capacidade do ALMA de ver objetos escondidos pela poeira, os astrónomos são capazes de visualizar o dobro do número de discos protoplanetários conhecidos na Nebulosa de Órion. Os dados mostram que se as estrelas jovens chegarem a um décimo de ano-luz de uma estrela O, a intensa radiação ultravioleta irá destruir o disco protoplanetário da jovem estrela antes que os planetas se possam formar. Esta radiação electromagnética extrema muitas vezes empurra as estrelas jovens afectadas para a forma de lágrimas .
2 O Telescópio Horizonte de Eventos
Em meados de 2014, os cientistas instalaram um relógio atómico extremamente preciso no Local de Operações do Array do ALMA para sincronizar o ALMA com uma rede global de radiotelescópios. Isso fez parte de um processo para formar um instrumento do tamanho da Terra chamado Event Horizon Telescope (EHT). “Ao unir as antenas de rádio de comprimento de onda milimétrico e submilimétrico mais avançadas em todo o mundo, o Event Horizon Telescope cria um instrumento fundamentalmente novo com o maior poder de ampliação já alcançado”, disse Shep Doeleman do MIT Haystack Observatory. “Ancorado pelo ALMA, o EHT abrirá uma nova janela para a investigação de buracos negros e colocará em evidência um dos únicos locais no Universo onde as teorias de Einstein podem falhar : o horizonte de eventos.”
O horizonte de eventos é uma fronteira teórica em torno de um buraco negro que representa o ponto sem retorno , onde nada – nem mesmo a luz – pode escapar da atração gravitacional do buraco. Os cientistas querem usar o EHT para ver se realmente existe um horizonte de eventos no buraco negro supermassivo no centro da nossa galáxia, a Via Láctea. Acredita-se que este buraco negro, Sagitário A*, comprima a massa de aproximadamente quatro milhões de sóis numa área incrivelmente pequena.
Para testar ainda mais a teoria geral da relatividade de Einstein, o EHT também irá analisar Sagitário A* em busca de uma sombra, que é uma área escura onde o buraco negro engoliu luz. Com a forma e o tamanho da sua sombra determinados pela rotação e massa do Sagittarius A*, os dados do EHT poderão revelar como o espaço e o tempo se deformam neste ambiente.
Os astrónomos também querem observar a colisão de Sagitário A* com G2, uma enorme nuvem de gás e poeira, para ver como isso afeta o buraco negro e a nossa galáxia. Esta colisão durará mais de um ano.
1 O nascimento de um sistema solar
No início de novembro de 2014, o ALMA deu-nos a primeira visão detalhada de planetas que se formam num disco protoplanetário em torno de uma jovem estrela semelhante ao Sol. A estrela era HL Tau , na constelação de Touro, a cerca de 450 anos-luz da Terra. Esta imagem surpreendentemente clara mostra o nascimento de um novo sistema solar e também fornece uma janela para o nosso passado, revelando como o nosso próprio sistema solar pode ter-se formado há mais de quatro mil milhões de anos.
Na luz visível, HL Tau está escondido atrás de uma nuvem gigante de gás e poeira. Mas, mais uma vez, o ALMA foi capaz de varrer comprimentos de onda muito mais longos para ver através da poeira até ao núcleo da nuvem, onde estava a ocorrer a atividade de formação de planetas. A nova imagem do ALMA confirmou um pouco da teoria científica sobre a formação de planetas.
O ALMA também deu aos astrónomos pelo menos uma grande surpresa. Supunha-se que HL Tau era jovem demais para que grandes corpos planetários circulassem em torno dele. Mas o ALMA mostra claramente anéis concêntricos cortando o disco protoplanetário de HL Tau. Quando os planetas aumentam de tamanho, criam estes anéis concêntricos, separados por lacunas onde os planetas orbitam a sua jovem estrela e empurram os detritos para fora do disco.
Pelo menos oito planetas parecem estar em formação, um para cada anel concêntrico. A cientista do ALMA, Catherine Vlahakis, resumiu muito bem a visão predominante: “Esta imagem por si só irá revolucionar as teorias da formação de planetas .”
