Esta ilustração mostra um fluxo brilhante de material de uma estrela sendo devorado por um buraco negro supermassivo no brilho da perturbação das marés. Quando uma estrela passa a uma certa distância de um buraco negro – perto o suficiente para ser interrompida pela gravidade – a matéria estelar é esticada e comprimida à medida que cai no buraco negro. Crédito: NASAJPL-Caltech
Um grupo de físicos desenvolveu um modelo que traça a órbita inesperada de uma estrela em torno de uma massa supermassiva[{” attribute=””>black hole, uncovering new insights into one of the cosmos’ most extreme environments.
Millions of light-years away in a remote galaxy, a star is being torn apart by the immense gravitational pull of a supermassive black hole. The destruction of the star results in a stream of debris that falls back onto the black hole, forming an accretion disk – a bright and hot disk of material that swirls around the black hole.
The process of a star being destroyed by a supermassive black hole and fueling a bright accretion flare is known as a tidal disruption event (TDE). These events are believed to occur approximately once every 10,000 to 100,000 years in any given galaxy.
With luminosities exceeding entire galaxies (i.e., billions of times brighter than our Sun) for brief periods of time (months to years), accretion events enable astrophysicists to study supermassive black holes (SMBHs) from cosmological distances, providing a window into the central regions of otherwise-quiescent – or dormant – galaxies. By probing these “strong-gravity” events, where Einstein’s general theory of relativity is critical for determining how matter behaves, TDEs yield information about one of the most extreme environments in the universe: the event horizon – the point of no return – of a black hole.
TDEs are usually “once-and-done” because the extreme gravitational field of the SMBH destroys the star, meaning that the SMBH fades back into darkness following the accretion flare. In some instances, however, the high-density core of the star can survive the gravitational interaction with the SMBH, allowing it to orbit the black hole more than once. Researchers call this a repeating partial TDE.
This illustration depicts a star (in the foreground) experiencing spaghettification as it’s sucked in by a supermassive black hole (in the background) during a ‘tidal disruption event’. Credit: ESOM Kornmesser
A team of physicists, including lead author Thomas Wevers, Fellow of the European Southern Observatory, and co-authors Eric Coughlin, assistant professor of physics at Syracuse University, and Dheeraj R. “DJ” Pasham, a research scientist at MIT’s Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, have proposed a model for a repeating partial TDE.
Their findings, published in Astrophysical Journal Letters, describe the capture of the star by a SMBH, the stripping of the material each time the star comes close to the black hole, and the delay between when the material is stripped and when it feeds the black hole again. The team’s work is the first to develop and use a detailed model of a repeating partial TDE to explain the observations, make predictions about the orbital properties of a star in a distant galaxy, and understand the partial tidal disruption process.
The team is studying a TDE known as AT2018fyk (AT stands for “Astrophysical Transient”). The star was captured by a SMBH through an exchange process known as “Hills capture,” where the star was originally part of a binary system (two stars that orbit one another under their mutual gravitational attraction) that was ripped apart by the gravitational field of the black hole. The other (non-captured) star was ejected from the center of the galaxy at speeds comparable to ~ 1000 km/s, which is known as a hypervelocity star.
Once bound to the SMBH, the star powering the emission from AT2018fyk has been repeatedly stripped of its outer envelope each time it passes through its point of closest approach with the black hole. The stripped outer layers of the star form the bright accretion disk, which researchers can study using X-Ray and Ultraviolet /Optical telescopes that observe light from distant galaxies.
Animação descrevendo um evento parcial de perturbação das marés – onde um buraco negro destrói repetidamente uma estrela. Crédito: Syracuse University, Weavers, Coughlin, Basham et al. (2022)
De acordo com Wevers, ter a oportunidade de estudar TDE parcial dá uma visão sem precedentes sobre a existência de buracos negros supermassivos e a dinâmica orbital de estrelas em centros galácticos.
“Até agora, a suposição era que, quando vemos as consequências de um encontro próximo entre uma estrela e um buraco negro supermassivo, o resultado seria fatal para a estrela, ou seja, a estrela seria completamente destruída”, diz ele. “Mas, ao contrário de todos os outros TDEs que conhecemos, quando apontamos nossos telescópios para o mesmo local novamente vários anos depois, descobrimos que ele havia voltado a brilhar novamente. Isso nos levou a sugerir que, em vez de ser fatal, parte do A estrela sobreviveu ao encontro inicial e voltou ao mesmo.
Descoberto pela primeira vez em 2018, o AT2018fyk foi inicialmente visto como um TDE normal. A fonte permaneceu brilhante por cerca de 600 dias em raios-X, mas de repente escureceu e ficou indetectável – o resultado da reentrada do núcleo estelar no buraco negro, explica ele.[{” attribute=””>MIT physicist Dheeraj R. Pasham.
“When the core returns to the black hole it essentially steals all the gas away from the black hole via gravity and as a result, there is no matter to accrete and hence the system goes dark,” Pasham says.
It wasn’t immediately clear what caused the precipitous decline in the luminosity of AT2018fyk, because TDEs normally decay smoothly and gradually – not abruptly – in their emission. But around 600 days after the drop, the source was again found to be X-ray bright. This led the researchers to propose that the star survived its close encounter with the SMBH the first time and was in orbit about the black hole.
Using detailed modeling, the team’s findings suggest that the orbital period of the star about the black hole is roughly 1,200 days, and it takes approximately 600 days for the material that is shed from the star to return to the black hole and start accreting. Their model also constrained the size of the captured star, which they believe was about the size of the sun. As for the original binary, the team believes the two stars were extremely close to one another before being ripped apart by the black hole, likely orbiting each other every few days.
So how could a star survive its brush with death? It all comes down to a matter of proximity and trajectory. If the star collided head-on with the black hole and passed the event horizon – the threshold where the speed needed to escape the black hole surpasses the speed of light – the star would be consumed by the black hole. If the star passed very close to the black hole and crossed the so-called “tidal radius” – where the tidal force of the hole is stronger than the gravitational force that keeps the star together – it would be destroyed. In the model they have proposed, the star’s orbit reaches a point of closest approach that is just outside of the tidal radius, but doesn’t cross it completely: some of the material at the stellar surface is stripped by the black hole, but the material at its center remains intact.
How, or if, the process of the star orbiting the SMBH can occur over many repeated passages is a theoretical question that the team plans to investigate with future simulations. Syracuse physicist Eric Coughlin explains that they estimate between 1 to 10% of the mass of the star is lost each time it passes the black hole, with the large range due to uncertainty in modeling the emission from the TDE.
“If the mass loss is only at the 1% level, then we expect the star to survive for many more encounters, whereas if it is closer to 10%, the star may have already been destroyed,” notes Coughlin.
The team will keep their eyes to the sky in the coming years to test their predictions. Based on their model, they forecast that the source will abruptly disappear around August 2023 and brighten again when the freshly stripped material accretes onto the black hole in 2025.
The team says their study offers a new way forward for tracking and monitoring follow-up sources that have been detected in the past. The work also suggests a new paradigm for the origin of repeating flares from the centers of external galaxies.
“In the future, it is likely that more systems will be checked for late-time flares, especially now that this project puts forth a theoretical picture of the capture of the star through a dynamical exchange process and the ensuing repeated partial tidal disruption,” says Coughlin. “We’re hopeful this model can be used to infer the properties of distant supermassive black holes and gain an understanding of their “demographics,” being the number of black holes within a given mass range, which is otherwise difficult to achieve directly.”
The team says the model also makes several testable predictions about the tidal disruption process, and with more observations of systems like AT2018fyk, it should give insight into the physics of partial tidal disruption events and the extreme environments around supermassive black holes.
“This study outlines methodology to potentially predict the next snack times of supermassive black holes in external galaxies,” says Pasham. “If you think about it, it is pretty remarkable that we on Earth can align our telescopes to black holes millions of light years away to understand how they feed and grow.”
Reference: “Live to Die Another Day: The Rebrightening of AT 2018fyk as a Repeating Partial Tidal Disruption Event” by T. Wevers, E. R. Coughlin, D. R. Pasham, M. Guolo, Y. Sun, S. Wen, P. G. Jonker, A. Zabludoff, A. Malyali, R. Arcodia, Z. Liu, A. Merloni, A. Rau, I. Grotova, P. Short and Z. Cao, 12 January 2023, The Astrophysical Journal Letters. DOI: 10.3847/2041-8213/ac9f36
Aglomerado de galáxias, à esquerda, com um anel de matéria escura visível, à direita. Crédito da imagem: NASA, ESA, MJ Jee e H. Ford (Universidade Johns Hopkins)
As explorações da matéria escura estão a avançar utilizando novas técnicas experimentais concebidas para detectar eixos e aproveitando a tecnologia avançada e a colaboração interdisciplinar para descobrir os segredos desta componente indescritível do universo.
Um fantasma assombra nosso mundo. Isso é conhecido na astronomia e na cosmologia há décadas. Notas eu sugiro cerca de 85% Toda a matéria do universo é misteriosa e invisível. Essas duas qualidades estão refletidas em seu nome: matéria escura.
Vários experimentos Eles pretendem descobrir os seus ingredientes, mas apesar de décadas de investigação, os cientistas não conseguiram. agora Nossa nova experiênciaem construção em Universidade de Yale Nos Estados Unidos, oferece uma nova tática.
A matéria escura existe no universo desde o início dos tempos. Junte estrelas e galáxias. Invisível e sutil, não parece interagir com a luz ou qualquer outro tipo de matéria. Na verdade, deveria ser algo completamente novo.
O Modelo Padrão da física de partículas está incompleto e isso é um problema. Temos que procurar o novo Partículas fundamentais. Surpreendentemente, as mesmas falhas do modelo padrão dão pistas preciosas sobre onde podem estar escondidas.
O problema com o nêutron
Veja o nêutron, por exemplo. Forma o núcleo atômico com o próton. Embora geralmente neutra, a teoria afirma que é composta por três partículas carregadas chamadas quarks. Por esta razão, esperamos que algumas partes do nêutron tenham carga positiva e outras negativamente – o que significa que ele teve o que os físicos chamam de momento de dipolo elétrico.
Até agora, Muitas tentativas Medi-lo levou à mesma conclusão: é pequeno demais para ser descoberto. Outro fantasma. Não estamos a falar de deficiências nos instrumentos, mas sim de um factor que deve ser inferior a uma parte em dez mil milhões. É tão pequeno que as pessoas se perguntam se poderia ser completamente zero.
Mas na física, o zero matemático é sempre uma afirmação forte. No final da década de 1970, os físicos de partículas Roberto Picci e Helen Coyne (e mais tarde Frank Wilczek e Steven Weinberg) tentaram descobrir Compreendendo a teoria e as evidências.
Eles sugeriram que o parâmetro provavelmente não é zero. Em vez disso, é uma quantidade dinâmica que perde lentamente a sua carga e depois evolui para zero. a grande explosão. Cálculos teóricos mostram que, se tal evento ocorreu, deve ter deixado para trás um grande número de partículas de luz ilusórias.
Eles são chamados de “áxions” em homenagem a uma marca de detergente porque podem “resolver” o problema dos nêutrons. E ainda mais. Se os áxions foram criados no início do universo, eles existem desde então. Mais importante ainda, as suas propriedades definem todos os elementos esperados da matéria escura. Por estas razões, os hubs tornaram-se um dos Partículas candidatas preferidas Para matéria escura.
Os áxions interagirão fracamente com outras partículas. No entanto, isso significa que eles ainda interagirão bastante. Eixos invisíveis podem se transformar em partículas comuns, incluindo – ironicamente – fótons, a essência da luz. Isto pode acontecer sob certas condições, como a presença de um campo magnético. Esta é uma dádiva de Deus para os físicos experimentais.
Design experimental
Muitos experimentos Eles tentam conjurar o fantasma de Axion em um ambiente de laboratório controlado. Alguns deles visam converter a luz em eixo, por exemplo, e depois transformar o eixo em luz do outro lado da parede.
Atualmente, a abordagem mais sensível tem como alvo o halo de matéria escura que permeia a galáxia (e, portanto, a Terra) usando um dispositivo chamado coroa. É uma cavidade condutora imersa em um forte campo magnético. O primeiro capta a matéria escura que nos rodeia (presumindo que sejam axônios), enquanto o segundo a faz se transformar em luz. O resultado é um sinal eletromagnético que aparece dentro da cavidade, oscilando em uma frequência característica dependendo da massa do áxion.
O sistema funciona como um receptor de rádio. Deve ser devidamente ajustado para interceptar a frequência de interesse. Na prática, as dimensões da cavidade são alteradas para acomodar diferentes frequências características. Se as frequências do áxion e da cavidade não corresponderem, é como sintonizar o rádio no canal errado.
O poderoso ímã é transportado para o laboratório da Universidade de Yale. Crédito: Universidade de Yale
Infelizmente, o canal que procuramos não pode ser previsto com antecedência. Não temos escolha a não ser varrer todas as frequências possíveis. É como selecionar uma estação de rádio em um mar de ruído branco – uma agulha em um palheiro – com um rádio antigo que precisa ser aumentado ou menor toda vez que giramos o botão de frequência.
Contudo, estes não são os únicos desafios. Cosmologia refere-se a Dezenas de gigahertz Como a última fronteira promissora da busca por axions. Como frequências mais altas requerem cavidades menores, a exploração dessa região exigiria cavidades muito pequenas para capturar uma quantidade significativa de sinal.
Os metamateriais são materiais compósitos com propriedades universais que diferem dos seus componentes – são mais do que a soma das suas partes. Uma cavidade preenchida com hastes condutoras tem uma frequência característica como se fosse um milhão de vezes menor, enquanto seu tamanho quase não muda. É exatamente disso que precisamos. Além disso, as barras oferecem um sistema de ajuste integrado e fácil de ajustar.
Atualmente estamos construindo a configuração, que estará pronta para receber dados em alguns anos. A tecnologia é promissora. Seu desenvolvimento foi resultado da colaboração entre físicos do estado sólido, engenheiros elétricos, físicos de partículas e até matemáticos.
A 30ª nave de carga robótica Dragon da SpaceX retornou ao seu lar na Terra.
A espaçonave Dragon partiu da Estação Espacial Internacional (ISS) hoje (28 de abril) às 13h10 EDT (1710 GMT), enquanto ambas as espaçonaves sobrevoavam a Tailândia. Era uma noite tropical naquela área, então não havia boas fotos do momento da atracação.
Dragon retornou à Terra após pousar no oceano na costa da Flórida por volta das 2h30 EDT (06h30 GMT) de terça-feira (30 de abril), confirmou a SpaceX em seu relatório. Compartilhar no X.
Relacionado: SpaceX lança a 30ª missão de carga Dragon para a Estação Espacial Internacional (vídeo)
A atual missão Dragon é conhecida como CRS-30, porque é a 30ª missão que a SpaceX envia à Estação Espacial Internacional sob um contrato comercial de serviços de reabastecimento com a NASA.
O lançamento do CRS-30 começou em 21 de março a bordo de um foguete SpaceX Falcon 9. A cápsula atracou no laboratório orbital em 23 de março, entregando aproximadamente 3 toneladas de instrumentos científicos e suprimentos ao laboratório orbital.
O pod também reboca carga para baixo – “mais de 4.100 libras [1,860 kilograms] “A partir de suprimentos e experimentos científicos projetados para aproveitar as vantagens do ambiente de microgravidade da estação espacial”, escreveram funcionários da NASA em um artigo. Atualizado na sexta-feira (26 de abril).
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“O lançamento na costa da Flórida permite o transporte rápido de experimentos para o Centro de Processamento de Sistemas Espaciais da NASA no Centro Espacial Kennedy, na Flórida, permitindo aos pesquisadores coletar dados com exposição mínima da amostra à gravidade da Terra”, acrescentaram.
Dragon é o único veículo de carga capaz de trazer equipamentos da Estação Espacial Internacional para casa com segurança. As outras duas espaçonaves de carga atualmente operacionais, a espaçonave Progress da Rússia e a espaçonave Cygnus da Northrop Grumman, queimam na atmosfera da Terra após a conclusão de seu trabalho em órbita.
Ainda há uma espaçonave SpaceX acoplada à ISS, mesmo após a separação do CRS-30, o veículo Dragon que voa na missão de astronauta Crew-8 da empresa para a NASA.
A Crew-8 foi lançada em 3 de março, enviando os astronautas da NASA Matthew Dominick, Michael Barratt, Janet Epps e Alexander Grebenkin da agência espacial russa Roscosmos à Estação Espacial Internacional para uma estadia de seis meses.
Um estilo de vida saudável pode compensar a influência dos genes em mais de 60% e acrescentar mais cinco anos à sua vida, de acordo com um estudo que é o primeiro do género.
Está bem estabelecido que algumas pessoas têm uma predisposição genética para uma vida mais curta. Sabe-se também que fatores de estilo de vida, especificamente tabagismo, consumo de álcool, dieta alimentar e atividade física, podem ter impacto na longevidade.
No entanto, até agora não houve pesquisas para compreender como um estilo de vida saudável pode equilibrar os genes.
Os resultados de vários estudos de longo prazo indicam que um estilo de vida saudável pode compensar os efeitos dos genes que encurtam a vida em 62% e acrescentar até cinco anos à sua vida. E os resultados foram Publicado no BMJ Medicina Baseada em Evidências.
Os pesquisadores concluíram: “Este estudo demonstra o papel fundamental de um estilo de vida saudável na mitigação do efeito de fatores genéticos na redução da expectativa de vida”. “As políticas de saúde pública para melhorar estilos de vida saudáveis servirão como complementos poderosos aos cuidados de saúde tradicionais e mitigarão o impacto dos factores genéticos na esperança de vida humana.”
O estudo incluiu 353.742 pessoas do Biobank do Reino Unido e mostrou que aqueles com alto risco genético para vidas mais curtas tinham um risco 21% maior de morte prematura em comparação com aqueles com baixo risco genético, independentemente do estilo de vida.
Entretanto, investigadores da Escola de Medicina da Universidade de Zhejiang, na China, e da Universidade de Edimburgo descobriram que as pessoas que levam estilos de vida pouco saudáveis têm uma probabilidade 78% maior de morte prematura, independentemente do seu risco genético.
O estudo acrescentou que seguir um estilo de vida pouco saudável e genes com menor expectativa de vida aumenta o risco de morte prematura em mais que o dobro em comparação com pessoas com genes mais afortunados e estilos de vida saudáveis.
No entanto, os pesquisadores descobriram que as pessoas pareciam ter um certo grau de controle sobre o que acontecia. Os pesquisadores descobriram que o risco genético de redução da expectativa de vida ou morte precoce pode ser compensado por um estilo de vida adequado em cerca de 62%.
“Os participantes com alto risco genético poderiam prolongar aproximadamente 5,22 anos de expectativa de vida aos 40 anos com um estilo de vida adequado”, escreveram.
Acontece que a “combinação ideal de estilo de vida” para uma vida mais longa é “nunca fumar, praticar atividade física regular, dormir adequadamente e ter uma dieta saudável”.
O estudo acompanhou pessoas por uma média de 13 anos, durante os quais ocorreram 24.239 mortes. Os indivíduos foram agrupados em três categorias de idade geneticamente determinadas, incluindo longo (20,1%), médio (60,1%) e curto (19,8%), e três categorias de estilo de vida incluindo favorável (23,1%), intermediário (55,6%) e desfavorável. (21,3%). ).
Os pesquisadores usaram pontuações de risco poligênico para observar múltiplas variantes genéticas e chegar à predisposição genética geral de uma pessoa para uma vida mais longa ou mais curta. Outros resultados analisaram se as pessoas fumavam, bebiam álcool, faziam exercício, a forma do corpo, a dieta saudável e o sono.
Matt Lambert, diretor de informação de saúde do Fundo Mundial de Pesquisa do Câncer, disse: “Esta nova pesquisa mostra que, apesar dos fatores genéticos, viver um estilo de vida saudável, incluindo uma dieta equilibrada e permanecer ativo, pode nos ajudar a viver mais”.
