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A misteriosa ‘aranha’ cósmica encontrada para ser uma fonte de poderosos raios gama

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Impressão artística da evolução de uma anã branca (em primeiro plano) e um sistema binário de pulsar (em segundo plano). Usando o telescópio SOAR de 4,1 metros em Cerro Passion no Chile, parte do Observatório Pan-Americano Cerro Tololo, um programa do NSF NOIRLab, os astrônomos descobriram o primeiro exemplo de um sistema binário que consiste em uma anã branca em evolução orbitando um pulsar de milissegundo, em qual o pulsar de milissegundo está na fase final do processo de rotação. A fonte, descoberta pelo Telescópio Espacial Fermi, é o “elo perdido” na evolução de tais sistemas binários. Crédito: NOIRLab/NSF/AURA/J. Agradecimentos da Silva/Spaceengine: M. Zamani (NSF’s NOIRLab)

O sistema binário foi investigado pelo telescópio SOAR operado pelo NOIRLab, o primeiro sistema encontrado no penúltimo estágio de seu desenvolvimento.

Usando o telescópio SOAR de 4,1 metros no Chile, os astrônomos descobriram o primeiro exemplo de um sistema binário onde uma estrela está em processo de transformação em anã branca girar em torno Estrêla de Neutróns Que acabou de se transformar em um spinner rápido pulsar. Este par foi originalmente descoberto pelo Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi e é o “elo perdido” na evolução de tais sistemas binários.

Descobriu-se que uma fonte brilhante e misteriosa de raios gama é uma estrela de nêutrons em rápida rotação – apelidada de estrela de milissegundos – orbitando uma estrela no processo de evoluir para uma anã branca de massa extremamente baixa. Os astrônomos se referem a esses tipos de sistemas binários como “aranhas” porque um pulsar tende a “comer” as partes externas da estrela companheira quando se transforma em uma anã branca.

A dupla foi descoberta por astrônomos usando o telescópio SOAR de 4,1 metros em Cerro Pachón, no Chile, parte do Observatório Interamericano Cerro Tololo (CTIO), um programa do NSF NOIRLab.

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NASAO Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi catalogou objetos no universo que produzem copiosos raios gama desde seu lançamento em 2008, mas nem todas as fontes de raios gama que ele detecta foram classificadas. Uma dessas fontes, que os astrônomos chamaram de 4FGL J1120.0-2204, foi a segunda fonte de raios gama mais brilhante em todo o céu que ainda não foi identificada.

Astrônomos dos Estados Unidos e Canadá, liderados por Samuel Swehart do Laboratório de Pesquisa Naval dos EUA em Washington, DC, usaram o Goodman Spectrograph no telescópio SOAR para determinar a verdadeira identidade do 4FGL J1120.0-2204. A fonte de raios gama, que também emite raios X, conforme observado pelos telescópios espaciais Swift da NASA e pelo XMM-Newton da Agência Espacial Européia, mostrou ser um sistema binário que consiste em um “pulsar de milissegundos” girando centenas de vezes por segundo, e Introdução a uma anã branca de massa muito baixa. O par está localizado a mais de 2.600 anos-luz de distância.

“O tempo atribuído à MSU no telescópio SOAR, sua localização no Hemisfério Sul e a precisão e estabilidade do espectrômetro Goodman foram aspectos importantes dessa descoberta”, diz Swihart.

“Este é um ótimo exemplo de como os telescópios de tamanho médio em geral, e o SOAR em particular, podem ser usados ​​para ajudar a caracterizar descobertas extraordinárias que foram feitas usando outras instalações terrestres e espaciais”, observa Chris Davis, diretor do NOIRLab. programa da Fundação Nacional de Ciências dos EUA. “Esperamos que o SOAR desempenhe um papel crítico na busca de muitas outras fontes de várias mensagens que variam no tempo na próxima década.”

O espectro óptico do sistema binário medido pelo espectrômetro de Goodman mostrou que a luz da companheira da anã branca primária é Doppler – deslocada alternadamente para vermelho e azul – indicando que ela orbita uma estrela de nêutrons compacta massiva a cada 15 horas.

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“Os espectros também nos permitiram restringir a temperatura aproximada e a gravidade da superfície da estrela companheira”, diz Swihart, cuja equipe foi capaz de pegar essas propriedades e aplicá-las a modelos que descrevem como os sistemas estelares binários evoluíram. Isso permitiu que eles determinassem que a companheira é uma precursora de uma anã branca de massa extremamente baixa, com uma temperatura de superfície de 8.200 graus Celsius (15.000 graus Fahrenheit) e uma massa de apenas 17% da massa do Sol.

Quando uma estrela com massa comparável à do Sol ou menos chega ao fim de sua vida, o hidrogênio usado para alimentar os processos de fusão nuclear em seu núcleo se esgotará. Por um tempo, o hélio assume a liderança e fortalece a estrela, fazendo com que ela encolha e aqueça, empurrando sua expansão e evolução para uma gigante vermelha com centenas de milhões de quilômetros de tamanho. Eventualmente, as camadas externas dessa estrela em balão poderiam se acumular em uma companheira binária e a fusão nuclear pararia, deixando para trás uma anã branca aproximadamente do tamanho da Terra e cuspindo a temperaturas superiores a 100.000 graus Celsius (180.000 graus Fahrenheit).

A anã branca primária no sistema 4FGL J1120.0-2204 ainda não terminou de evoluir. “Atualmente está inchado e seu raio é cerca de cinco vezes maior do que o de anãs brancas comuns de massa semelhante”, diz Swihart. “Ela continuará a esfriar e encolher e, em cerca de dois bilhões de anos, parecerá idêntica a muitas das anãs brancas de massa muito baixa que já conhecemos”.

Os pulsares de milissegundos giram centenas de vezes a cada segundo. É girado acumulando material de um companheiro, neste caso de uma estrela que se tornou uma anã branca. A maioria dos pulsares de milissegundos emite raios gama e raios-X, muitas vezes quando ventos estelares, um fluxo de partículas carregadas que emanam de uma estrela de nêutrons em rotação, colidem com o material emitido por uma estrela companheira.

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Cerca de 80 anãs brancas de massa muito baixa são conhecidas, mas “este é o primeiro prenúncio de uma anã branca de massa muito baixa descoberta provavelmente orbitando uma estrela de nêutrons”, diz Swihart. Assim, 4FGL J1120.0-2204 é um olhar único no final deste processo de ciclagem. Todos os outros binários anões e pulsares que foram descobertos contornaram a fase de rotação.

“A continuidade da espectroscopia com o telescópio SOAR, que visa fontes de raios gama Fermi não relacionadas, nos permitiu ver que o companheiro estava orbitando algo”, diz Swihart. “Sem essas observações, não teríamos sido capazes de encontrar este sistema emocionante.”

Referência: “4FGL J1120.0-2204: Uma estrela de nêutrons brilhante binária de raios gama única com uma anã branca primária muito baixa” por Samuel J. Quach, Kirill F. Sokolovsky, Elizabeth C. Ferrara, Maqbool, Jornal Astrofísico.
arXiv: 2201.03589

A equipe consistia em Samuel J. Swihart (Assistente de Pesquisa no Conselho Nacional de Pesquisa, Academia Nacional de Ciências e Laboratório de Pesquisa Naval dos EUA, Washington, DC), Jay Strader (Centro de Dados Astronômicos Intensivos e Domínio do Tempo, Departamento de Física e Astronomia, Michigan State University), Elias Aydi (Department of Physics, McGill University, Canadá), Laura Chomiuk (McGill Space Institute, McGill University, Canadá), Kristen C. Dage (McGill Space Institute and Department of Physics, McGill University, Canadá), Adam Kawash (Center for Intensive Data and Field Astronomy Chronology, Department of Physics and Astronomy, Michigan State University), Kirill F. Sokolovsky (Centre for Intensive Data and Time Domain Astronomy, Department of Physics and Astronomy, Michigan State University) e Elizabeth C. Ferrara (Departamento de Astronomia da Universidade de Maryland e Centro de Exploração e Estudos Espaciais (CRESST) no Goddard Space Flight Center da NASA).

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Cientistas descobriram acidentalmente um novo órgão no corpo humano que nunca havia sido visto antes

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Cientistas descobriram acidentalmente um novo órgão no corpo humano que nunca havia sido visto antes

Eles descobriram enquanto pesquisavam o câncer de próstata

Uma equipe de cientistas descobriu um novo órgão no corpo humano enquanto procurava por algo completamente diferente.

Especialistas holandeses estavam estudando o câncer de próstata quando fizeram uma descoberta científica na outra extremidade do corpo.

Acontece que esse órgão recém-descoberto esteve bem debaixo de nossos narizes o tempo todo, ou, mais precisamente, logo atrás dele.

A equipe de cientistas estava trabalhando no Instituto do Câncer da Holanda e realizando uma série de tomografias computadorizadas e tomografias por emissão de pósitrons em pacientes que haviam sido injetados com glicose radioativa.

Eles não estavam fazendo isso sem razão, porque a glicose faria os tumores brilharem durante os exames e seriam facilmente detectados.

O novo órgão só foi descoberto em 2020 e esteve o tempo todo debaixo do nosso nariz.  (YouTube/Anthony van Leeuwenhoek)

O novo órgão só foi descoberto em 2020 e esteve o tempo todo debaixo do nosso nariz. (YouTube/Anthony van Leeuwenhoek)

Funciona ligando-se à proteína PSMA, que é frequentemente encontrada nas células do câncer de próstata.

Felizmente, a proteína PSMA também é muito boa na detecção de glândulas salivares e, ao analisar os resultados, os especialistas notaram que dois pontos dentro da cabeça humana também se acendem.

Isso os levou a especular que continha glândulas salivares, e acredita-se que essas glândulas específicas estavam lá para lubrificar a parte superior da garganta, atrás do nariz e da boca.

Outras pesquisas descobriram o que a equipe chamou de “glândula salivar tubular”, que está localizada atrás do nariz, perto do ponto onde a cavidade nasal encontra a garganta.

Está basicamente bem atrás do seu rosto e os cientistas garantiram que não tiveram azar apenas uma vez, examinando 100 pacientes.

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Todos eles tinham uma “glândula salivar tubular”, assim como dois cadáveres que a equipe examinou, então tínhamos certeza de que isso significava que tínhamos todos eles.

Estes são os locais onde estão localizadas as glândulas salivares.  (Instituto do Câncer da Holanda)

Estes são os locais onde estão localizadas as glândulas salivares. (Instituto do Câncer da Holanda)

Num pequeno incidente científico, quando a radioterapia é realizada na cabeça ou pescoço de um paciente, os médicos tentam ficar o mais longe possível das glândulas salivares porque podem ser danificadas, fazendo com que os pacientes tenham problemas para engolir, comer ou falar.

Por outro lado, antes de as glândulas serem descobertas, esta parte do corpo era alvo de radioterapia, o que poderia levar a alguns efeitos colaterais não intencionais, como sensação de boca seca após o tratamento.

O corpo humano contém três outras glândulas salivares principais, todas localizadas na cabeça, exceto uma onde as glândulas tubulares podem ser encontradas.

As glândulas parótidas são as glândulas principais e fornecem saliva que ajuda a mastigar e engolir os alimentos.

Abaixo da mandíbula estão as glândulas submandibulares, responsáveis ​​pela maior parte da saliva da boca. Você pode senti-las um pouco acima do pomo de Adão e a cerca de cinco centímetros de distância.

Por último e talvez menos importante, estão as glândulas sublinguais localizadas sob a língua, que fazem o que podem para ajudar.

Crédito da imagem em destaque: YouTube/Anthony van Leeuwenhoek/Netherlands Cancer Institute

Temas: Saúde, Ciência e Tecnologia

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A primeira radiografia de um único átomo do mundo

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A primeira radiografia de um único átomo do mundo

Pensar em radiografias pode desencadear lembranças de ossos quebrados ou exames dentários. Mas esta luz altamente activa pode mostrar-nos mais do que apenas os nossos ossos: também é usada para estudar o mundo molecular e até reacções bioquímicas em tempo real. Mas um problema é que os investigadores nunca foram capazes de estudar um único átomo utilizando raios X. Até aqui.

Os cientistas conseguiram caracterizar um único átomo usando raios X. Eles não apenas conseguiram distinguir o tipo de átomos que estavam vendo (havia dois átomos diferentes), mas também estudaram o comportamento químico que esses átomos exibiam.

“Os átomos podem ser fotografados rotineiramente usando microscópios de varredura, mas sem um de cada vez, e podemos medir seu estado químico ao mesmo tempo.” declaração.

“Assim que conseguirmos fazer isto, poderemos rastrear os materiais até ao limite final de apenas um átomo. Isto terá um enorme impacto na ciência ambiental e médica e talvez seja encontrada uma cura que poderá ter um enorme impacto na humanidade. Esta descoberta mudará o mundo.”

Microscopia de varredura por tunelamento de montagens supramoleculares de moléculas de térbio, com o átomo de térbio no centro de cada estrutura.

Crédito da imagem: Ajayi et al., Nature, 2023

O trabalho conseguiu rastrear um átomo de ferro e um átomo de térbio, elemento que faz parte dos chamados metais de terras raras. Ambos são inseridos em seus hospedeiros moleculares. O detector de raios X convencional é complementado com um detector especial adicional. Este último tinha uma ponta de metal afiada especializada que precisava ser colocada perto da amostra para coletar os elétrons excitados por raios X. Através das medidas coletadas pelo partido, a equipe conseguiu determinar se era ferro ou térbio, e não é tudo.

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“Também descobrimos os estados químicos de átomos individuais”, explicou Hala. “Ao comparar os estados químicos do átomo de ferro e do átomo de térbio dentro de seus hospedeiros moleculares, descobrimos que o átomo de térbio, um metal de terras raras, é bastante isolado e não muda seu estado químico enquanto o átomo de ferro interage fortemente com seus átomos. . O oceano.”

Átomos de rubídio

Imagens de conjuntos supramoleculares contendo seis átomos de rubídio e um átomo de ferro.

Crédito da imagem: Ajayi et al., Nature, 2023

O sinal visto pelo detector foi comparado a uma impressão digital. Permite aos pesquisadores compreender a composição da amostra, bem como estudar suas propriedades físicas e químicas. Isto pode ser crítico para melhorar o desempenho e a aplicação de uma variedade de materiais comuns e incomuns.

“A técnica utilizada e o conceito demonstrado neste estudo abriram novos horizontes na ciência dos raios X e nos estudos em nanoescala”, disse Tolulope Michael Ajayi, primeiro autor do artigo e que está realizando este trabalho como parte de sua tese de doutorado. “Além disso, o uso de raios X para detectar e caracterizar átomos individuais poderia revolucionar a pesquisa e gerar novas tecnologias em áreas como informação quântica e detecção de oligoelementos em pesquisas ambientais e médicas, para citar algumas. ferramentas científicas.” Materiais avançados.

O estudo está publicado na revista natureza.

Uma versão anterior deste artigo foi publicada em Maio de 2023.

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Cientistas descobriram padrões solares que podem ajudar a entender o clima espacial

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O sol é mais do que apenas uma lâmpada de calor para a Terra. Eles estão constantemente expelindo fluxos de partículas solares em nossa direção e, ocasionalmente, poderosos bolsões de material solar que podem abalar nosso planeta. Agora, os cientistas estão a resolver outro mistério sobre o que poderá levar à intensa atividade solar, que poderá bombardear a Terra e perturbar a nossa tecnologia.

A peça que falta pode estar ligada a padrões incomuns de explosões de alta energia da superfície do Sol, de acordo com o Science Alert Pesquisa recente.

Estamos acostumados a ouvir falar dos raios ultravioleta do sol, dos quais nos protegemos com protetor solar. O Sol também emite raios gama muito mais fortes, que são as ondas mais energéticas da Terra. Campo eletromagnetico. Cada fóton de raio gama carrega um bilhão de vezes mais energia que um fóton ultravioleta.

Os raios gama não afetam diretamente as pessoas na superfície da Terra porque os fótons são absorvidos pela atmosfera. Mas os cientistas estão a investigar se alguns destes raios altamente energéticos podem rastrear a atividade solar, tais como as poderosas explosões do Sol, como erupções solares ou explosões na sua superfície. Eventos tão poderosos podem criar “clima espacial”, que pode atingir a Terra, afectar as operações dos satélites e destruir sistemas ferroviários ou eléctricos.

Prever eventos solares extremos seria uma enorme melhoria na nossa compreensão do Sol, como prever um terremoto antes que ele aconteça.

Num estudo recente, os cientistas descobriram que algumas partes do Sol emitem raios gama mais intensos do que outras, uma descoberta surpreendente porque os modelos anteriormente indicavam que os raios gama deveriam ser uniformes em todo o Sol. A pesquisa mais recente descobriu que os pólos do Sol emitem a maior radiação durante os momentos em que os campos magnéticos norte e sul do Sol se invertem.

“Trata-se de ter melhores ferramentas para prever a atividade solar”, disse Bruno Arseoli, coautor e investigador da Universidade de Lisboa e da Universidade de Trieste. “Talvez possamos usar esta nova informação de energias muito altas para ajudar os nossos modelos a prever o comportamento do Sol.”

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A justificativa científica para esta estranha tendência permanece um mistério, dizem os autores. Mas o campo magnético do Sol provavelmente irá mudar nos próximos um ou dois anos, permitindo aos cientistas observar este estranho fenómeno em tempo real e recolher mais dados para explicar este fenómeno.

Simetria sob a superfície do sol

Os raios gama são os reis de toda a energia. Eles são gerados pelos objetos mais energéticos do nosso universo, como explosões de supernovas ou estrelas de nêutrons. Explosões nucleares e relâmpagos na Terra também podem produzir raios gama.

O Sol também pode emitir raios gama de diversas maneiras. Quando a erupção do Sol liberta gás e plasma da sua superfície, os raios gama também podem ser emitidos, mas em níveis de energia relativamente pequenos.

A maior fonte de radiação gama solar ocorre quando o Sol é bombardeado por partículas altamente energéticas emitidas por supernovas e estrelas de nêutrons em todo o universo, chamadas raios cósmicos. Quando uma partícula cósmica carregada atinge o Sol, ela é orbitada pelo campo magnético do Sol e volta para fora. Ao sair, ele colide com o gás na superfície do Sol e excita as partículas solares em fótons de raios gama.

O astrofísico Tim Linden disse que esta conversão dos raios gama pode ocorrer a uma profundidade de 100 a 1.000 quilômetros abaixo da superfície do Sol, onde o campo magnético é forte o suficiente para desviar os raios cósmicos.

“Com os raios gama no Sol, podemos ver alguns milhares de quilómetros abaixo”, disse Linden, astrofísico da Universidade de Estocolmo que não esteve envolvido no novo estudo. “Qual Poderia fornecer uma sonda sobre o que está acontecendo nas profundezas da superfície do Sol.

A atividade do sol não é constante. A cada 11 anos, a nossa estrela hospedeira sofre uma mudança de traje à medida que os seus pólos magnéticos norte e sul mudam de posição, conhecido como ciclo solar. À medida que os pólos mudam, o nível de atividade na superfície do Sol muda. O Sol é menos ativo no início, conhecido como mínimo solar, e mais ativo no meio, quando os pólos magnéticos invertem oficialmente, conhecido como máximo solar. Espera-se que o Sol atinja o máximo solar no próximo ano ou depois.

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No novo estudo, os pesquisadores estudaram como a radiação gama solar muda ao longo de todo um ciclo solar, usando dados coletados pelo Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi da NASA. Eles descobriram que a radiação gama era mais intensa nos pólos do Sol, onde a atividade solar atingiu o pico durante o ciclo, coincidindo com a inversão formal dos campos magnéticos.

“Isso foi inesperado”, disse Arceoli. “É apenas algo novo que estamos descobrindo sobre o sol.”

Linden acrescentou que esta descoberta foi surpreendente porque a força real do campo magnético do Sol não muda muito durante um período de 11 anos. Durante o pico de atividade, o campo magnético do Sol torna-se mais emaranhado, levando a mais atividade, como erupções e explosões na superfície, mas a força geral não muda necessariamente.

“Ninguém tinha nenhum modelo que afirmasse que certas partes do Sol seriam mais brilhantes do que outras em função do ciclo solar”, disse Linden, mas estudos anteriores sugeriram um padrão incomum. Ele mostrou que certas áreas do Sol são mais brilhantes que outras em A Estudo prévioMas este novo estudo analisa as tendências com mais detalhes.

Agora, os modelos e a compreensão das energias gama do nosso Sol devem ser revistos. Como esta estrutura desequilibrada aparece no momento em que o Sol passa pelo seu núcleo magnético, é possível que os raios gama estejam relacionados com a formação magnética e a atividade solar, disse Arcioli.

Elena Orlando, autora do estudo e pesquisadora da Universidade de Trieste e da Universidade de Stanford, disse que a explicação exata permanece um mistério. Uma ideia pode ser que os raios cósmicos atinjam diferentes regiões durante o máximo solar. Ou talvez haja algo especial nos pólos durante o máximo solar, que atrai mais raios cósmicos para alcançá-los. Também poderia haver uma interpretação completamente diferente.

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“Isso sugere que os raios gama transportam informações sobre a atividade solar”, disse Arseoli. “Isso meio que abre uma nova área de estudo para esta associação.”

Uma ferramenta potencial para prever a atividade solar

Prever um evento solar extremo é como prever um terremoto. Os processos subterrâneos começam a mudar e podem levar à atividade na superfície, mas é difícil prever exatamente quando e onde.

“Este estudo ajuda a expandir o nosso conhecimento sobre a origem exata dos raios gama na superfície do Sol”, disse o físico de partículas Mihr On Nisa, que não esteve envolvido no estudo.

Estudos anteriores também indicaram que os raios gama não brilham uniformemente no Sol, mas este é o primeiro estudo a mostrar uma mudança durante o pico da atividade solar.

Orlando disse que os raios gama podem ajudar a observar antecipadamente os processos na superfície e dar pistas sobre o estado geral do Sol. Por exemplo, um aumento na radiação gama nos pólos poderia indicar que o campo magnético do Sol está em processo de inversão e que a actividade do Sol está a aumentar – levando a mais erupções solares que poderão atingir a Terra.

Estudos futuros também poderiam analisar como a radiação gama muda antes que ocorra uma grande explosão solar, disse Linden, potencialmente usando as observações como uma ferramenta de previsão – muito parecido com determinar se choverá na Terra devido às condições climáticas.

“Os mesmos campos magnéticos responsáveis ​​pela modulação das partículas de alta energia que produzem esses raios gama também são responsáveis ​​pelos altos e baixos do clima espacial”, disse Nyssa. “Independentemente de a vida ser perturbada pelo clima espacial, compreender adequadamente a física da nossa estrela mais próxima apenas aumentará o nosso conhecimento do nosso lugar no universo.”

Este artigo faz parte Planeta escondidouma coluna que explora a ciência maravilhosa, inesperada e bizarra do nosso planeta e além.

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