3499: Descobertos novos planetas menores para lá de Neptuno

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

A cúpula do Telescópio Blanco no Observatório Inter-Americano de Cerro Tololo no Chile, onde a câmara DES usada para o levantamento DES estava instalada.
Crédito: Reidar Hahn, Fermilab

Usando dados do DES (Dark Energy Survey), investigadores descobriram mais de 300 objectos transneptunianos (OTNs), planetas menores localizados nos confins do Sistema Solar, incluindo mais de 100 novas descobertas. Publicado na revista The Astrophysical Journal Supplement Series, o estudo também descreve uma nova abordagem para encontrar tipos semelhantes de objectos e pode ajudar pesquisas futuras do hipotético Planeta Nove e de outros planetas não descobertos. O trabalho foi liderado pelo aluno Pedro Bernardinelli e pelos professores Gary Bernstein e Masao Sako da Universidade da Pensilvânia, EUA.

O objectivo do DES, que completou em Janeiro seis anos de recolha de dados, é entender a natureza da energia escura, recolhendo imagens de alta precisão do céu do hemisfério sul. Embora o DES não tenha sido desenhado especificamente para os OTNs, a sua abrangência e profundidade de cobertura tornaram-no particularmente hábil em encontrar novos objectos para lá de Neptuno. “O número de OTNs que podemos encontrar depende de quanto do céu podemos observar e do objecto mais ténue que podemos encontrar,” diz Bernstein.

Dado que o DES foi projectado para estudar galáxias e super-novas, os investigadores tiveram que desenvolver uma mova maneira de rastrear movimento. Dois levantamentos dedicados a OTNs recolhem medições com a frequência de uma ou duas horas, o que permite que os cientistas sigam mais facilmente os seus movimentos. “As pesquisas dedicadas a OTNs têm como ver o objeto a mover-se e é fácil rastreá-los,” diz Bernardinelli. “Uma das principais coisas que fizemos neste artigo foi descobrir uma maneira de recuperar esses movimentos.”

Usando os primeiros quatros anos de dados do DES, Bernardinelli começou com um conjunto de dados de 7 mil milhões de ‘pontos’, todos os possíveis objectos detectados pelo software que estavam acima dos níveis de fundo da imagem. Seguidamente, removeu quaisquer objectos presentes em noites múltiplas – objectos como estrelas, galáxias e super-novas – para criar uma lista “transiente” de 22 milhões de objectos antes de iniciar um jogo massivo de “liga os pontos”, procurando pares ou trios de objectos detectados a fim de ajudar a determinar onde o objecto apareceria nas noites subsequentes.

Com os 7 mil milhões de pontos reduzidos a uma lista de aproximadamente 400 candidatos vistos em pelo menos seis noites de observações, os investigadores tiveram que verificar os seus resultados. “Temos esta lista de candidatos e depois precisamos de garantir que os nossos candidatos são realmente verdadeiros,” explica Bernardinelli.

Para filtrar a sua lista de candidatos até OTNs reais, os investigadores voltaram ao conjunto de dados originais para ver se conseguiam encontrar mais imagens do objecto em questão. “Digamos que encontrámos algo em seis noites diferentes,” realça Bernstein. “Para os OTNs que existem, observámo-los na realidade em 25 noites diferentes. Isto significa que há imagens onde esse objecto deveria estar, mas não conseguiu passar pela primeira etapa de ser chamado de ‘ponto’.”

Bernardinelli desenvolveu uma maneira de “empilhar” várias imagens para criar uma visão mais nítida, o que ajudou a confirmar se um objecto detectado era um OTN real. Também verificaram que o seu método era capaz de detectar OTNs conhecidos nas áreas do céu em estudo e foram capazes de detectar objectos falsos injectados na análise. “A parte mais difícil foi tentar garantir que encontrássemos o que deveríamos encontrar,” diz Bernardinelli.

Após muitos meses de desenvolvimento de método e de análise, os cientistas encontraram 316 OTNs, incluindo 245 descobertas feitas pelo DES e 139 novos objectos que não tinham sido publicados anteriormente. Com apenas 3000 objectos actualmente conhecidos, este catálogo DES representa 10% de todos os objectos transneptunianos conhecidos. Plutão, o OTN mais famoso, está 40 vezes mais distante do Sol do que a Terra, e os OTNs encontrados usando os dados do DES estão entre 30 e 90 vezes a distância Terra-Sol. Alguns destes objectos estão em órbitas extremamente longas que os levam muito além de Plutão.

Agora que o DES está completo, os investigadores estão a executar novamente a sua análise de todo o conjunto de dados do DES, desta vez com um limite mais baixo para a detecção de objectos no primeiro estágio de filtragem. Isto significa que há um potencial ainda maior para, no futuro próximo, encontrar novos OTNs, possivelmente até 500, com base nas estimativas dos investigadores.

O método desenvolvido por Bernardinelli também pode ser usado para procurar OTNs nos próximos levantamentos astronómicos, incluindo o do novo Observatório Vera C. Rubin. Este observatório vai examinar todo o céu do hemisfério sul e será capaz de detectar objectos ainda mais fracos e mais distantes do que o DES. “Muitos dos programas que desenvolvemos podem ser facilmente aplicados a outros grandes conjuntos de dados, como o que o Observatório Rubin vai produzir,” salienta Bernardinelli.

Este catálogo de OTNs também será uma ferramenta científica útil para investigações futuras do Sistema Solar. Dado que o DES recolhe um amplo espectro de dados sobre cada objecto detectado, os investigadores podem tentar descobrir a origem do objecto transneptuniano, tendo em conta que se espera que objectos que se formam mais perto do Sol tenham cores diferentes daqueles formados em regiões mais distantes e mais frias. E, ao estudar as órbitas destes objectos, os cientistas podem estar um passo mais perto de encontrar o Planeta Nove, um planeta hipotético do tamanho de Neptuno que se pensa existir para lá de Plutão.

“Há muitas ideias sobre planetas gigantes que costumavam existir no Sistema Solar e que não existem mais, ou planetas muito distantes e massivos, mas que são demasiado ténues para os termos ainda descoberto,” diz Bernardinelli. “Fazer este catálogo é a parte divertida da descoberta. Depois, quando criamos este recurso, podemos comparar o que encontramos com o que a teoria disse que devíamos encontrar.”

Astronomia On-line
17 de Março de 2020

 

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3498: Sais de amónio descobertos no cometa da Rosetta

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Esquerda – uma superfície cometária “artificial” criada em laboratório; Direita – imagem do Cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko.
Crédito: Esquerda – O. Poch, IPAG, UGA/CNES/CNRS; Direita – ESA/Rosetta/NavCam

Através da análise de dados recolhidos pelo instrumento VIRTIS (Visible, Infrared and Thermal Imaging Spectrometer) da missão Rosetta da ESA, entre Agosto de 2014 e Maio de 2015, os cientistas detectaram sais de amónio na superfície do Cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko.

O novo estudo, liderado por Olivier Poch do Instituto de Planetologia e Astrofísica de Grenoble, França, e publicado na revista Science, acrescenta às medições complementares obtidas na atmosfera do cometa, ou cabeleira, usando outro instrumento, o ROSINA (Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis) da Rosetta e publicadas na Nature Astronomy no início deste ano.

À medida que o VIRTIS mapeava o cometa durante a primeira metade da missão da Rosetta, os dados revelaram como a sua superfície é tão escura quanto carvão e ligeiramente avermelhada por uma mistura de compostos à base de carbono e minerais opacos. O instrumento também detectou manchas locais de água gelada e dióxido de carbono gelado, juntamente com uma característica de absorção intrigante, mas quase omnipresente, que ronda os 3,2 µm (no infravermelho). A natureza da substância que podia provocar esta característica, no entanto, permaneceu incerta até agora.

Para resolver o enigma, uma equipa de cientistas tem criado superfícies cometárias “artificiais” em laboratório, testando as suas propriedades e comparando-as com as observações VIRTIS. Com este objectivo, os cientistas produziram finas partículas de água gelado contendo grãos de poeira escura e uma variedade de compostos. Em seguida, expuseram estas partículas a condições semelhantes às dos cometas – vácuo e baixa temperatura. Após várias horas, todo o gelo havia sublimado, deixando uma superfície feita de poeira porosa, análoga a uma superfície cometária.

O resultado de tais experiências indica que a misteriosa característica de absorção observada pelo VIRTIS no Cometa 67P é predominantemente devida a sais de amónio (NH4+), misturados com poeira escura e detectados em todos os tipos de terrenos do cometa.

A presença destes sais pode aumentar consideravelmente a quantidade de azoto que os cientistas esperavam encontrar anteriormente neste cometa e, possivelmente, noutros cometas também. Os resultados estão em concordância com a detecção recente, pelo instrumento ROSINA na Rosetta, de gases produzidos pela sublimação de sais de amónio em grãos de poeira ejectados do cometa.

Uma característica de absorção parecida também foi observada em vários asteróides, tanto nos da cintura principal como na família de Troianos de Júpiter, além de na lua de Júpiter, Himalia, sugerindo que estes corpos também contêm sais de amónio. A presença destes sais pode sugerir uma ligação na composição química entre asteróides, cometas e possivelmente a nebulosa proto-solar, fornecendo um cenário tentador para a entrega do azoto – um elemento-chave para a química da vida como a conhecemos na Terra – aos planetas do Sistema Solar interior.

Astronomia On-line
17 de Março de 2020

 

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3497: Novas descobertas de ondas gravitacionais

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Simulação numérica da primeira fusão de buracos negros binários observada pelo detector Advanced LIGO no dia 14 de Setembro de 2015.
Crédito: S. Ossokine, A. Buonanno (Instituto Max Planck para Física Gravitacional), projecto Simulating eXtreme Spacetimes, W. Benger (Airborne Hydro Mapping GmbH)

Investigadores do Instituto Max Planck para Física Gravitacional (Instituto Albert Einstein) em Hannover, juntamente com colegas internacionais, publicaram o seu segundo Catálogo Aberto de Ondas Gravitacionais (2-OGC). Usaram métodos de investigação aprimorados para aprofundar os dados publicamente disponíveis da primeira e da segunda campanha de observações. Além de confirmarem as dez fusões conhecidas buracos negros binários e de uma fusão de estrelas de neutrões binárias, também identificaram quatro candidatos promissores à fusão de buracos negros, que passaram despercebidos nas análises iniciais do LIGO/Virgo. Estes resultados demonstram o valor das investigações dos dados públicos do LIGO/Virgo por grupos independentes das colaborações LIGO/Virgo. A equipa de investigação também disponibilizou o seu catálogo completo, além da análise detalhada de mais de uma dúzia possíveis fusões de buracos negros binários.

“Nós incorporamos os métodos mais avançados,” diz Alexander Nitz, cientista da equipa do Instituto Max Planck para Física Gravitacional (Instituto Albert Einstein) em Hannover, que liderou a equipa de investigação internacional. “As nossas melhorias permitem descobrir fusões mais fracas de buracos negros binários: os quatro sinais adicionais mostram que isto funciona!”

Os resultados foram publicados a semana passada na revista The Astrophysical Journal.

Novas descobertas em dados antigos

A equipa internacional de pesquisa analisou os dados de ondas gravitacionais disponíveis ao público, obtidos pelos detectores Advanced LIGO e Advanced Virgo na sua primeira (de Setembro de 2015 a Janeiro de 2016) e na sua segunda (de Novembro de 2016 a Agosto de 2017) campanha de observações. Estes foram previamente analisados pela colaboração LIGO e Virgo. Foram encontradas dez fusões de buracos negros binários e uma fusão de estrelas de neutrões binárias. Outra análise independente já havia encontrado várias fusões adicionais de buracos negros.

O trabalho liderado por Nitz confirma 14 destes eventos e encontra mais uma possível fusão de buracos negros binários não avistada pelas análises anteriores. A ser real, GW151205 veio de uma fusão bastante distante de dois buracos negros massivos com mais ou menos 70 e 40 vezes a massa do Sol, respectivamente.

O truque não foi apenas uma maneira aprimorada de classificar potenciais sinais de ondas gravitacionais, mas também ter como alvo as propriedades que os buracos negros binários devem ter. “Temos uma ideia do que é a típica massa de um buraco negro binário a partir dos sinais que já foram detectados,” explica Collin Capano, investigador sénior do Instituto Albert Einstein em Hannover e co-autor da publicação. “A nossa sensibilidade a buracos negros binários melhorou 50% a 60% usando estas informações para ajustar a nossa pesquisa e procurar os sinais mais prováveis.”

Nenhuma nova fusão de estrelas de neutrões binárias

A equipa não encontrou novos candidatos a fusões de estrelas de neutrões binárias nos dados das duas campanhas de observação do LIGO/Virgo. Dado que apenas foram identificadas duas fusões de estrelas de neutrões binárias, graças às suas ondas gravitacionais, e a população subjacente não é bem conhecida, uma pesquisa direccionado ainda não é possível.

Os 15 sinais relatados agora são apenas uma pequena parte de um maior catálogo online. A equipa publicou o seu catálogo completo de eventos, incluindo candidatos estatisticamente menos significativos e os resultados detalhados das suas análises. “Esperamos que estes dados permitam que outros cientistas realizem futuramente investigações profundas, fornecendo uma melhor compreensão da população de buracos negros binários, bem como do ruído de fundo,” diz Sumit Kumar, investigador sénior do Instituto Albert Einstein e co-autor da publicação.

Astronomia On-line
17 de Março de 2020

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