Ilustração artística de OJ287 como um sistema binário de buraco negro. O buraco negro secundário de 150 milhões de massas solares está se movendo em torno do buraco negro primário de 18 bilhões de massas solares. O disco de gás envolve o último. O buraco negro secundário é forçado a impactar o disco de acreção duas vezes durante sua órbita de 12 anos. O impacto produz um flash azul que foi detectado em fevereiro de 2022. Além disso, o impacto também levou o buraco negro secundário a rajadas de radiação brilhante várias semanas antes, e essas rajadas também foram detectadas como um sinal direto do buraco negro secundário. Crédito: AAS 2018
Primeira detecção de um buraco negro secundário no sistema binário OJ 287
Uma equipe internacional de astrônomos observou o segundo de dois buracos negros supermassivos em órbita na galáxia ativa OJ 287.
Pesquisadores descobriram dois buracos negros supermassivos orbitando um ao outro na galáxia OJ287. As explosões esperadas dos buracos negros foram observadas com precisão, confirmando a hipótese do sistema binário. primeiro colegial[{” attribute=””>black hole was directly observed in 2021/2022, and new types of flares were detected. These findings highlight OJ287 as a prime candidate for further study of gravitational waves.
Supermassive black holes that weigh several billion times the mass of our Sun are present at the centers of active galaxies. Astronomers observe them as bright galactic cores where the galaxy’s supermassive black hole devours matter from a violent whirlpool called an accretion disk. Some of the matter is squeezed out into a powerful jet. This process makes the galactic core shine brightly across the entire electromagnetic spectrum.
In a recent study, astronomers found evidence of two supermassive black holes circling each other through signals coming from the jets associated with the accretion of matter into both black holes. The galaxy, or a quasar as it is technically called, is named OJ287 and it is most thoroughly studied and best understood as a binary black hole system. In the sky, the black holes are so close together that they merge into one dot. The fact that the dot actually consists of two black holes becomes apparent by detecting that it emits two different types of signals.
The active galaxy OJ 287 lies in the direction of the constellation Cancer at a distance of about 5 billion light-years and has been observed by astronomers since 1888. Already more than 40 years ago, astronomer from the University of Turku Aimo Sillanpää and his associates noticed that there is a prominent pattern in its emission which has two cycles, one of about 12 years and the longer of about 55 years. They suggested that the two cycles result from the orbital motion of two black holes around each other. The shorter cycle is the orbital cycle and the longer one results from a slow evolution of the orientation of the orbit.
The orbital motion is revealed by a series of flares that arise when the secondary black hole plunges regularly through the accretion disk of the primary black hole at speeds that are a fraction slower than the speed of light. This plunging of the secondary black hole heats the disk material and the hot gas is released as expanding bubbles. These hot bubbles take months to cool while they radiate and cause a flash of light – a flare – that lasts roughly a fortnight and is brighter than a trillion stars.
After decades of efforts at estimating the timing of the secondary black hole’s plunge through the accretion disk, astronomers from the University of Turku in Finland led by Mauri Valtonen and his collaborator Achamveedu Gopakumar from the Tata Institute of Fundamental Research at Mumbai, India, and others were able to model the orbit and to predict accurately when these flares would occur.
Successful observational campaigns in 1983, 1994, 1995, 2005, 2007, 2015, and 2019 allowed the team to observe the predicted flares and to confirm the presence of a supermassive black hole pair in OJ 287.
“The total number of predicted flares now numbers 26, and nearly all of them have been observed. The bigger black hole in this pair weighs more than 18 billion times the mass of our Sun while the companion is roughly 100 times lighter and their orbit is oblong, not circular,” Professor Achamveedu Gopakumar says.
In spite of these efforts, astronomers had not been able to observe a direct signal from the smaller black hole. Before 2021, its existence had been deduced only indirectly from the flares and from the way it makes the jet of the bigger black hole wobble.
“The two black holes are so close to each other in the sky that one cannot see them separately, they merge to a single point in our telescopes. Only if we see clearly separate signals from each black hole can we say that we have actually “seen” them both,” says the lead author, Professor Mauri Valtonen.
Smaller black hole directly observed for the first time
Excitingly, the observational campaigns in 2021/2022 on OJ 287 using a large number of telescopes of various types allowed researchers to obtain observations of the secondary black hole plunging through the accretion disk for the first time, and the signals arising from the smaller black hole itself.
“The period in 2021/2022 had a special significance in the study of OJ287. Earlier, it had been predicted that during this period the secondary black hole will plunge through the accretion disk of its more massive companion. This plunging was expected to produce a very blue flash right after the impact, and it was indeed observed, within days of the predicted time, by Martin Jelinek and associates at the Czech Technical University and Astronomical Institute of Czechia,” says Professor Mauri Valtonen.
However, there were two big surprises – new types of flares which had not been detected before. The first of them was seen only by a detailed observation campaign by Staszek Zola from the Jagiellonian University of Cracow, Poland, and for a good reason. Zola and his team observed a big flare, producing 100 times more light than an entire galaxy, and it lasted only one day.
“According to the estimates, the flare occurred shortly after the smaller black hole had received a massive dose of new gas to swallow during its plunge. It is the swallowing process that leads to the sudden brightening of OJ287. It is thought that this process has empowered the jet which shoots out from the smaller black hole of OJ 287. An event like this was predicted ten years ago, but has not been confirmed until now,” Valtonen explains.
The second unexpected signal came from gamma rays and it was observed by NASA’s Fermi telescope. The biggest gamma-ray flare in OJ287 for six years happened just when the smaller black hole plunged through the gas disk of the primary black hole. The jet of the smaller black hole interacts with the disk gas, and this interaction leads to the production of gamma rays. To confirm this idea, the researchers verified that a similar gamma-ray flare had already taken place in 2013 when the small black hole fell through the gas disk last time, seen from the same viewing direction.
“So what about the one-day burst, why have we not seen it before? OJ287 has been recorded in photographs since 1888 and has been intensively followed since 1970. It turns out that we have simply just had bad luck. Nobody observed OJ287 exactly on those nights when it did its one-night stunt. And without the intense monitoring by Zola’s group, we would have missed it this time as well,” Valtonen states.
These efforts make OJ 287 the best candidate for a supermassive black hole pair that is sending gravitational waves in nano-hertz frequencies. Further, OJ 287 is being routinely monitored by both the Event Horizon Telescope (EHT) and the Global mm-VLBI Array (GMVA) consortia to probe for additional evidence for the presence of supermassive black hole pair at its centre and, in particular, to try to get the radio image of the secondary jet.
The results will appear in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 521, Issue 4, pp. 6143-6155, June 2023 and have been published online.
Reference: “Refining the OJ 287 2022 impact flare arrival epoch” by Mauri J Valtonen, Staszek Zola, A Gopakumar, Anne Lähteenmäki, Merja Tornikoski, Lankeswar Dey, Alok C Gupta, Tapio Pursimo, Emil Knudstrup, Jose L Gomez, Rene Hudec, Martin Jelínek, Jan Štrobl, Andrei V Berdyugin, Stefano Ciprini, Daniel E Reichart, Vladimir V Kouprianov, Katsura Matsumoto, Marek Drozdz, Markus Mugrauer, Alberto Sadun, Michal Zejmo, Aimo Sillanpää, Harry J Lehto, Kari Nilsson, Ryo Imazawa and Makoto Uemura, 25 March 2023, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. DOI: 10.1093/mnras/stad922
The instruments that were part of the 2021-2022 campaign include NASA’s Fermi gamma-ray telescope and the Swift ultraviolet to x-ray telescope, optical wavelength observations by astronomers in Czech Republic, Finland, Germany, Spain, Italy, Japan, India, China, Great Britain, and USA, and radio frequency observations of OJ287 at Aalto University, Helsinki, Finland.
Mais Zoom/ A torre Starship da SpaceX (à esquerda) no Complexo de Lançamento 39A supera a plataforma de lançamento do foguete Falcon 9 (à direita).
Há duas maneiras de ler o anúncio da FAA de que iniciará uma nova revisão ambiental do plano da SpaceX de lançar o foguete mais poderoso do mundo a partir da Flórida.
A Administração Federal de Aviação disse em 10 de maio que planeja desenvolver uma declaração de impacto ambiental (EIS) para a proposta da SpaceX de lançar naves estelares do Centro Espacial Kennedy da NASA, na Flórida. A FAA ordenou a revisão depois que a SpaceX informou a agência reguladora sobre a taxa de lançamento esperada da espaçonave e o projeto da infraestrutura terrestre necessária no Complexo de Lançamento 39A (LC-39A), a plataforma de lançamento histórica anteriormente usada para as missões Apollo e do ônibus espacial. .
Avaliações ambientais duplas
Enquanto isso, a Força Espacial dos EUA está supervisionando um sistema eletrônico de informação semelhante à proposta da SpaceX de assumir a plataforma de lançamento na Estação da Força Espacial de Cabo Canaveral, alguns quilômetros ao sul do LC-39A. Essa plataforma de lançamento, chamada Space Launch Complex 37 (SLC-37), tornou-se disponível para uso depois que o último foguete Delta da United Launch Alliance foi lançado lá em abril.
Por um lado, estes As revisões ambientais geralmente levam algum tempo Isso poderia eclipsar a meta de Elon Musk de ter locais de lançamento de espaçonaves na Flórida prontos para serviço até o final de 2025. “Alguns anos não seriam uma surpresa”, disse George Nield, consultor da indústria aeroespacial e ex-chefe do Escritório do Administração da Aviação Federal. Transporte espacial comercial.
Outra forma de analisar os recentes anúncios da FAA e da Força Espacial relativamente às revisões ambientais pendentes é que a SpaceX parece finalmente estar a solidificar os seus planos para lançar naves espaciais a partir da Florida. Esses planos mudaram pouco nos últimos cinco anos.
As revisões ambientais culminarão em uma decisão sobre a aprovação das propostas da SpaceX para o lançamento da Starship no LC-39A e SLC-37. A FAA passará então por um processo de licenciamento separado, semelhante à estrutura usada para autorizar os três primeiros lançamentos de teste da Starship no sul do Texas.
A NASA tem contratos com a SpaceX no valor de mais de US$ 4 bilhões para desenvolver uma versão humana da Starship para pousar astronautas na Lua para o primeiro de dois pousos lunares Artemis no final desta década. Para fazer isso, a SpaceX deve criar um depósito de combustível na órbita baixa da Terra para reabastecer o módulo lunar da nave estelar antes de seguir para a Lua. Serão necessários uma série de voos de navios-tanque da Starship – talvez de 10 a 15 voos – para encher o depósito com combustível criogênico.
O lançamento de tantas espaçonaves ao longo de um ou dois meses exigiria que a SpaceX girasse entre pelo menos duas plataformas de lançamento. Funcionários da NASA e da SpaceX dizem que a melhor maneira de fazer isso é lançar naves estelares de uma plataforma no Texas e outra na Flórida.
No início desta semana, Ars conversou com Lisa Watson Morgan, que dirige o programa de pouso lunar da NASA. Ela esteve no Centro Espacial Kennedy esta semana para instruções sobre o módulo de pouso Starship e um módulo de pouso concorrente da Blue Origin. Um dos tópicos foi uma nova revisão ambiental conduzida pela Administração Federal de Aviação (FAA) antes que a espaçonave pudesse ser lançada do LC-39A, disse ela.
“Eu diria que estamos fazendo tudo o que podemos para levar o cronograma até onde ele precisa estar, e estamos trabalhando com a SpaceX para garantir que seu cronograma, o cronograma EIS e a NASA funcionem em paralelo, tanto quanto possível, para atingir nossos objetivos”, disse ela. “Quando você coloca isso no papel como está, parece que pode haver alguns pontos difíceis, mas eu diria que estamos trabalhando coletivamente nisso.”
Oficialmente, a SpaceX planeja realizar um ensaio de pouso lunar para a espaçonave no final de 2025. Esta será uma demonstração completa, com missões de abastecimento, um pouso não tripulado da espaçonave na superfície lunar e, em seguida, uma decolagem da Lua, antes que a NASA se comprometa. para colocar pessoas a bordo da espaçonave na missão Artemis III, atualmente programada para setembro de 2026.
Portanto, você pode ver que os prazos já estão apertados para a demonstração do pouso da Starship na Lua se a SpaceX ativar suas plataformas de lançamento na Flórida no final do próximo ano.
Os mecanismos detalhados de como a matéria cai num buraco negro vinda de fora do horizonte de eventos foram revelados num novo artigo de investigação.
Tal como previsto pela teoria da gravidade de Einstein, chega um ponto em que a matéria deixa de orbitar o buraco negro e cai diretamente para baixo, precipitando-se rapidamente para além do ponto sem retorno.
Agora, com dados de raios X de um buraco negro ativo, finalmente vimos evidências da existência desta “zona de subducção”.
“A teoria de Einstein previu esta queda recente, mas esta é a primeira vez que conseguimos provar que isso aconteceu.” diz o físico teórico Andrew Mummery Da Universidade de Oxford, no Reino Unido.
“Pense nisso como um rio se transformando em uma cachoeira – até agora, estivemos olhando para o rio. Esta é a nossa primeira visão de uma cachoeira.”
A matéria que entra em um buraco negro não segue uma linha reta. Ele gira, como água rodopiante, subindo inexoravelmente pelo ralo. Esta não é uma analogia inútil: a comparação é adequada, uma vez que os cientistas usam águas turbulentas para estudar os ambientes que rodeiam os buracos negros.
Estudar os próprios buracos negros é um pouco difícil, porque o espaço-tempo distorcido ao seu redor é muito extremo.
Mas há décadas, o trabalho teórico de Albert Einstein previu que a matéria, a uma certa distância de um buraco negro, já não seria capaz de seguir uma órbita circular estável e cairia a direito – como a água pela borda desse mesmo ralo.
Não há razão para acreditar que este não seja o caso – a matéria tem de cruzar o horizonte de eventos de alguma forma, e a teoria da gravidade de Einstein resistiu a um escrutínio geral – mas o que os astrofísicos não têm certeza é se o faremos ou não. capaz de detectá-lo.
O trabalho de Mummery e seus colegas teve múltiplas partes. Um desses experimentos foi desenvolver simulações e modelos numéricos que visualizam a área submersa para revelar que tipo de luz ela emite. Em seguida, precisavam de evidências observacionais contendo as mesmas emissões na zona baixa.
O buraco negro em questão foi encontrado num sistema a cerca de 10.000 anos-luz de distância, chamado MAXI J1820+070. Este sistema contém um buraco negro com uma massa de cerca de 8,5 vezes a massa do Sol – e uma estrela companheira binária, da qual o buraco negro retira material à medida que os dois objetos giram, alimentando-se em rajadas. Aparece como um flash de raios X.
Os astrónomos têm monitorizado este buraco negro para compreender melhor o seu comportamento, para que os investigadores tenham acesso a dados de alta qualidade obtidos através de raios-X. Nustar E O mais bonito Instrumentos em órbita baixa da Terra. Eles se concentraram em particular na explosão ocorrida em 2018.
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Estudos anteriores indicaram que existe um brilho adicional detectado nas observações desta explosão completamente inexplicável.
a Estudo 2020 Ele especulou que este brilho poderia ter origem na órbita circular mais interna, a zona de mergulho. Mummery e os seus colegas estudaram este brilho com especial cuidado e descobriram que correspondia à emissão que derivaram das suas simulações.
Os investigadores dizem que isto finalmente confirma a existência da região que afunda, sem sombra de dúvida, dando-nos uma nova sonda do intenso sistema gravitacional na região fora do horizonte de eventos do buraco negro.
“O que é realmente emocionante é que existem muitos buracos negros na galáxia, e agora temos uma nova e poderosa técnica para estudar os campos gravitacionais mais fortes conhecidos.” Mamãe diz.
“Acreditamos que isto representa um novo e excitante desenvolvimento no estudo dos buracos negros, permitindo-nos estudar esta região final que os rodeia.
Só então poderemos compreender completamente a força da gravidade. “Esta gota final de plasma ocorre na borda do buraco negro e mostra a resposta da matéria à gravidade no seu nível mais forte possível.”
Os astrónomos descobriram um planeta do tamanho da Terra que é banhado por tanta radiação que a sua atmosfera já foi erodida há muito tempo, deixando-o vazio. A vida como a conhecemos não poderia existir neste mundo quente, mas os astrónomos estão interessados nela por outra razão: pela primeira vez, poderão ser capazes de estudar o Universo. geologia Para um planeta fora do nosso sistema solar.
Recém-descoberto Exoplaneta, chamado SPECULOOS-3 b, é um planeta rochoso a cerca de 55 anos-luz da Terra. Ele orbita a sua estrela hospedeira a cada 17 horas, mas os dias e as noites neste planeta são infinitos. Os astrónomos suspeitam que o planeta está ligado à sua estrela, tal como a Lua está à Terra. O único lado diurno sempre está voltado para a estrela, enquanto o lado noturno está preso na escuridão eterna.
Observações telescópicas mostram radiação recorrente da estrela do exoplaneta, uma anã vermelha com 7 mil milhões de anos, aproximadamente do tamanho da Terra. Júpiter, assando o planeta a temperaturas semelhantes às de Vênus. Portanto, qualquer atmosfera do planeta pode ter escapado facilmente para o espaço há muito tempo e deixado para trás uma bola de rocha escaldante e sem ar, relataram os astrônomos no novo estudo, publicado em 15 de maio na revista. Astronomia da natureza.
“A vida como a conhecemos não poderia ter surgido na superfície do planeta – atmosférica ou não – porque não poderia sustentar grandes quantidades de água na forma líquida”, disse o principal autor do estudo. Michael GillonO astrônomo da Universidade de Liège, na Bélgica, disse ao Live Science. “É como um planeta vazio e rochoso Mercúrio“.
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Embora SPECULOOS-3 b não seja favorável à vida, os astrónomos disseram que está suficientemente perto da Terra para realizar estudos detalhados de acompanhamento da sua composição química, o que revelaria se o planeta é geologicamente activo. Notas já planejadas com Telescópio Espacial James Webb (JWST), por exemplo, poderá confirmar se vulcões entraram em erupção no planeta. Isto revelaria como planetas rochosos como SPECULOOS-3 b se formam em torno de estrelas fracas e leves e se alguns deles são adequados para a vida, apesar da sua proximidade com as suas estrelas.
Gillon disse que os pesquisadores “procuraram extensivamente” por irmãos planetários de SPECULOOS-3 b no mesmo sistema estelar, mas não encontraram nenhum. Ele notou que esses planetas adicionais podem existir, mas são simplesmente demasiado pequenos ou demasiado distantes da sua estrela hospedeira para serem vistos.
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Uma representação artística do recém-descoberto exoplaneta do tamanho da Terra, SPECULOOS-3 b, orbitando sua estrela anã vermelha. (Crédito da imagem: NASA/JPL-Caltech)
Um planeta quente em torno de uma estrela fria
Gillon e seus colegas descobriram SPECULOOS-3 b usando uma rede de seis telescópios espalhados pelo Chile, Ilhas Canárias e México desde 2011. Essa rede é chamada de rede Search for Planets Obscuring Ultracool Stars, ou SPECULOOS, que compartilha seu nome com um grupo de estrelas. Um bolinho belga apimentado tradicionalmente servido às crianças todo dia 6 de dezembro, no Dia de São Nicolau.
O principal objetivo do projeto é descobrir planetas rochosos orbitando estrelas anãs ultrafrias, cujo pequeno tamanho torna mais fácil para os telescópios detectarem planetas orbitando-as. Além de serem milhares de graus mais frios que o Sol e centenas de vezes mais escuros, queimam o seu combustível mais lentamente e acabam por viver muito mais tempo – cerca de 100 mil milhões de anos. (O Sol terá cerca de 10 bilhões de anos Quando você morrer daqui a cerca de 4,5 bilhões de anos.)
“Espera-se que sejam as últimas estrelas ainda brilhantes no universo”, disse o coautor do estudo Triodo AmoryUm professor de ciência exoplanetária da Universidade de Birmingham, na Inglaterra, disse: declaração. Os investigadores dizem que a sua vida útil extremamente longa proporciona janelas favoráveis para o surgimento de vida nos planetas dentro dos seus sistemas.
No entanto, sua extrema fraqueza torna difícil estudá-los. Para descobrir SPECULOOS-3 b, o telescópio robótico SPECULOOS no México observou quedas visíveis na luz da estrela hospedeira continuamente durante cinco noites em 2021. Os primeiros indícios do planeta recém-descoberto apareceram então e foram confirmados um ano depois, de acordo com o estudo.
“Se não houvesse atmosfera, não haveria céu azul ou nuvens – seria apenas escuridão, como existe na superfície da Terra.” a lua“, coautor do estudo Benjamin Rackhamum cientista pesquisador do Instituto de Tecnologia de Massachusetts disse em um artigo separado Declaração do MIT. O “Sol” será uma grande estrela brilhante, vermelho-púrpura, salpicada, que parecerá cerca de 18 vezes maior do que o Sol nos parece no céu.
SPECULOOS-3 b é o nono planeta encontrado pelo projeto, e a equipe espera descobrir mais planetas nos próximos anos, disse Gillon. Tal como os planetas previamente descobertos pelo projeto – incluindo uma família de sete no conhecido sistema TRAPPIST-1, alguns dos quais são considerados habitáveis – o recém-descoberto SPECULOOS-3 b “é um excelente alvo para o JWST”, disse Gillon.
“Com este mundo, podemos essencialmente começar a estudar a geologia dos exoplanetas”, disse o coautor do estudo. Juliano de WitProfessor Assistente de Ciências Planetárias do MIT disse em um comunicado do MIT. “Quão legal é isso?”
