3578: Astrónomos podem ter encontrado o “irmão gémeo” de Saturno num sistema solar vizinho

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

INAF

Uma equipa de astrónomos encontrou um segundo planeta em torno da estrela vizinha do Sol. E, como Saturno, este corpo celeste parece estar rodeado de anéis.

Em Janeiro, a revista Science Advances publicou a detecção do Proxima c, um segundo planeta em Próxima Centauri, o sistema solar mais próximo da Terra, a quatro anos-luz de distância. O primeiro planeta, o Proxima b, um mundo temperado do tamanho da Terra, foi descoberto em 2016.

Com base na separação entre os dois planetas, uma equipa liderada pelo INAF (Instituto Nacional de Astrofísica) da Itália tentou observar esse novo planeta usando o Método de Imagem Directa. Embora não tenha sido totalmente bem-sucedido, as suas observações levantam a possibilidade de que este planeta tenha um sistema de anéis ao seu redor.

A equipa contou com os dados obtidos pelo instrumento SPHERE no Very Large Telescope (VLT) do ESO. De acordo com o Universe Today, durante anos, a SPHERE tem revelado a existência de discos proto-planetários em torno de estrelas distantes.

O objectivo era caracterizar novos sistemas planetários e explorar como se formaram. Um desses sistemas foi o Proxima Centauri, uma estrela do tipo M de baixa massa (anã vermelha), localizada a apenas 4,25 anos-luz do nosso Sistema Solar. No momento da investigação, a existência do Proxima c ainda não era conhecida.

Assim como o Proxima b, o Proxima c foi descoberto com o método Radial Velocity, que consiste em medir o movimento de uma estrela para frente e para trás (“oscilação”) para determinar se está a ser accionado pela influência gravitacional de um sistema de planetas.

A equipa estava confiante de que, se o Proxima c estivesse a produzir um sinal infravermelho suficientemente grande, a SPHERE detectaria.

Porém, os dados SPHERE não revelaram nenhuma detecção clara de Proxima c. O que encontraram foi um sinal candidato que apresentava uma forte relação sinal/ruído e que a orientação do seu plano orbital se encaixava bem com uma imagem anterior tirada com o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA).

No entanto, também observaram que a sua posição e movimento orbital não eram consistentes com o que foi observado pela missão Gaia da ESA. Por último, descobriram que o candidato tinha um brilho aparente inesperadamente alto de um planeta que orbita uma estrela anã vermelha.

Este último aspecto levantou outra possibilidade: o brilho incomum poderia ser o resultado de um material circum-planetário. Ou seja, o brilho poderia ser causado por um sistema de anéis ao redor do Proxima c, que estaria a irradiar luz adicional no espectro infravermelho e contribuindo para o brilho total.

Isto faz do Proxima c um alvo principal para estudos de acompanhamento com medições de velocidade radial, imagens de infravermelho próximo e outros métodos. Além disso, telescópios da próxima geração, como o Telescópio de Trinta Metros (TMT), o Telescópio Gigante de Magalhães (GMT) e o Telescópio Extremamente Grande do ESO (ELT), serão adequados para estudos directos de imagem deste sistema para detectar Proxima C.

As conclusões do estudo foram publicadas este mês na revista científica Astronomy & Astrophysics.

ZAP //

Por ZAP
21 Abril, 2020

 

spacenews

 

Buraco negro “alimenta” bebés estelares a um milhão de anos-luz

CIÊNCIA

Esta imagem contém um buraco negro que está a despoletar formação estelar à maior distância alguma vez vista. À medida que o gás gira em torno do buraco negro, emite grandes quantidades de raios-X que o Chandra detecta. O buraco negro é também a fonte de emissão de ondas de rádio de um jacto de partículas altamente energéticas – anteriormente detectadas pelos cientistas com o VLA – que alcança um milhão de anos-luz. Os astrónomos descobriram que este buraco negro e o jacto são responsáveis por aumentar o ritmo de formação estelar em galáxias recém-descobertas.
Crédito: raios-X – NASA/CXC/INAF/R. Gilli et al.; rádio – NRAO/VLA; ótico – NASA/STScI

Os buracos negros são famosos por rasgar objectos astronómicos, incluindo estrelas. Mas agora, os astrónomos descobriram um buraco negro que pode ter provocado os nascimentos de estrelas a uma distância incompreensível e através de várias galáxias.

Se confirmada, esta descoberta, feita com o Observatório de raios-X Chandra da NASA e outros telescópios, representaria o maior alcance já visto para um buraco negro que age como “gatilho” estelar. O buraco negro parece ter melhorado a formação estelar a mais de um milhão de anos-luz de distância.

“Esta é a primeira vez que vimos um único buraco negro aumentar o nascimento estelar em mais de uma galáxia,” disse Roberto Gilli do INAF (Instituto Nacional de Astrofísica) em Bolonha, Itália, autor principal do estudo que descreve a descoberta. “É incrível pensar que o buraco negro de uma galáxia pode ter alguma influência no que acontece noutras galáxias a triliões de quilómetros de distância.”

Um buraco negro é um objecto extremamente denso do qual nenhuma luz pode escapar. A imensa gravidade do buraco negro atrai gás e poeira, mas partículas de uma pequena quantidade desse material também podem ser catapultadas para longe quase à velocidade da luz. Essas partículas em movimento rápido formam dois feixes estreitos ou “jactos” perto dos pólos do buraco negro.

O buraco negro super-massivo que os cientistas observaram no novo estudo está localizado no centro de uma galáxia a cerca de 9,9 mil milhões de anos-luz da Terra. Esta galáxia possui pelo menos sete galáxias vizinhas, de acordo com observações do VLT (Very Large Telescope) do ESO e do LBT (Large Binocular Telescope).

Usando o VLA (Karl Jansky Very Large Array) da NSF (National Science Foundation), os cientistas já haviam detectado emissões de ondas de rádio de um jacto de partículas altamente energéticas com cerca de um milhão de anos-luz. O jacto pode ser rastreado até ao buraco negro super-massivo, que o Chandra detectou como uma poderosa fonte de raios-X produzidos pelo gás quente que gira em torno do buraco negro. Gilli e colegas também detectaram uma nuvem difusa de emissão de raios-X em torno de uma extremidade do jacto de rádio. Esta emissão de raios-X é provavelmente de uma gigantesca bolha de gás quente aquecida pela interacção das partículas energéticas no jacto de rádio com a matéria circundante.

À medida que a bolha quente se expandia e varria as quatro galáxias vizinhas, pode ter criado uma onda de choque que comprimiu o gás frio nas galáxias, provocando formação estelar. Todas as quatro galáxias estão aproximadamente à mesma distância, cerca de 400.000 anos-luz, do centro da bolha. Os autores estimam que o ritmo de formação estelar é cerca de duas a cinco vezes mais elevado que nas galáxias típicas com massas semelhantes e a distâncias semelhantes da Terra.

“A história do rei Midas fala do seu toque mágico que pode transformar metal em ouro,” disse o co-autor Marco Mignoli, também do INAF em Bolonha, Itália. “Aqui temos um caso de um buraco negro que ajudou a transformar gás em estrelas e o seu alcance é intergaláctico.”

Os astrónomos já viram muitos casos onde um buraco negro afecta os seus arredores através de “feedback negativo” – por outras palavras, restringindo a formação de novas estrelas. Isto pode ocorrer quando os jactos do buraco negro injectam tanta energia no gás quente de uma galáxia, ou enxame de galáxias, que o gás não consegue arrefecer o suficiente para formar um grande número de estrelas.

Nesta recém-descoberta colecção de estrelas, os astrónomos encontraram um exemplo menos comum de “feedback positivo”, em que os efeitos do buraco negro reforçam a formação estelar. Além disso, quando os astrónomos encontraram feedback positivo anteriormente, este ou envolveu aumentos de 30% ou menos no que toca à formação estelar, ou ocorreu a escalas de apenas aproximadamente 20.000 a 50.000 anos-luz numa galáxia companheira próxima. Se o feedback é positivo ou negativo, depende de um delicado equilíbrio entre o ritmo de aquecimento e de arrefecimento de uma nuvem. Isto porque as nuvens que são inicialmente mais frias, quando atingidas por uma onda de choque, são mais propensas a receber feedback positivo, formando assim mais estrelas.

“Os buracos negros têm a reputação bem merecida de serem poderosos e mortíferos, mas nem sempre,” disse o co-autor Alessandro Peca, ex-INAF em Bolonha e agora estudante de doutoramento da Universidade de Miami. “Este é um excelente exemplo de que às vezes desafiam esse estereótipo e podem ao invés estimular a formação estelar.”

Os investigadores usaram um total de seis dias de tempo de observação do Chandra, distribuído ao longo de cinco meses.

“É apenas por causa desta observação muito profunda que vimos a bolha de gás quente produzida pelo buraco negro,” disse o co-autor Colin Norman da Universidade Johns Hopkins em Baltimore, no estado norte-americano de Maryland. “Ao observar objectos parecidos com este, podemos vir a descobrir que o feedback positivo é muito comum na formação de grupos ou enxames de galáxias.”

O artigo que descreve estes resultados foi publicado na edição mais recente da revista Astronomy and Astrophysics e está disponível online.

Astronomia on-line
3 de Dezembro de 2019

spacenews

 

Planetas gigantes e cometas “à luta” no disco circum-estelar em torno de HD 163296

O disco circum-estelar em torno de HD 163296 e o sistema de divisões e anéis criados pelos seus jovens planetas gigantes, observado recentemente pelo ALMA (Projecto DSHARP).
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), S. Dagnello

Num estudo publicado na revista The Astrophysical Journal, uma equipa de investigadores do INAF (Istituto Nazionale di Astrofisica), Itália, investigou se as características anómalas nas distribuições de poeira e gás no disco de HD 163296, reveladas pelas observações do ALMA, poderiam surgir das interacções dos planetas gigantes com um componente do disco anteriormente não encontrado: planetesimais.

Os discos circum-estelares compostos de gás e poeira que rodeiam as jovens estrelas em formação são o ambiente no qual os planetas nascem. A sua poeira fornece o material de construção a partir do qual os planetas começam o seu crescimento e, como resultado da sua incorporação nos corpos planetários, a sua abundância deve diminuir com o tempo. Desde as suas primeiras imagens de anéis concêntricos brilhantes do disco circum-estelar em torno de HL Tau, o ALMA tem revolucionado a nossa visão dos discos circum-estelares revelando a presença generalizada de um número de estruturas de pequena escala (divisões, anéis e braços espirais) no seu gás e poeira, a maioria das quais pensa-se estar ligada à presença de planetas jovens e surgir da interacção da sua gravidade com o ambiente circundante.

Entre os discos mais bem estudados, observados pelo ALMA, está o que rodeia HD 163296, uma estrela com cinco milhões de anos e com cerca de duas vezes a massa do Sol. O disco de HD 163296 é tanto massivo (pouco menos de um-décimo da massa do Sol) quanto largo (cerca de 500 UA, duas vezes o tamanho do limite externo da Cintura de Kuiper no Sistema Solar) e foi proposto abrigar pelo menos três planetas com massas compreendidas entre duas vezes a de Úrano e uma vez a de Júpiter. As observações mais recentes do ALMA permitiram caracterizar espacialmente e composicionalmente a estrutura do disco de HD 163296 para um nível anteriormente nem sonhado e mostrou como a poeira ainda é bastante abundante (mais de 300 vezes a massa da Terra) neste disco apesar da sua idade e de ter produzido pelo menos três planetas gigantes. As mesmas observações também relevaram alguns comportamentos estranhos da distribuição espacial da poeira que não podiam ser facilmente explicados apenas como resultado da sua interacção com o gás e os planetas gigantes recém-formados.

Espera-se que a poeira migre para dentro a partir das regiões externas do disco devido ao seu agrupamento e fricção com o gás, mas também se espera que a migração seja interrompida por planetas massivos. Como resultado desse fluxo para o interior, a poeira deveria desaparecer, com o tempo, da região imediatamente para dentro do planeta mais interior de HD 163296. Ao mesmo tempo, a poeira proveniente das regiões externas do disco deve acumular-se fora das órbitas do segundo e do terceiro planeta. As observações do ALMA revelaram, em vez disso, que as regiões para dentro do primeiro planeta e entre o primeiro e o segundo planeta têm algumas das maiores concentrações de poeira de todo o disco. Num estudo publicado na revista The Astrophysical Journal, uma equipa de investigadores explorou se estas características anómalas podem surgir da interacção dos planetas gigantes com um componente do disco anteriormente não contabilizado: planetesimais.

“A partir do estudo do Sistema Solar, sabemos que os discos circum-estelares maduros como o de HD 163296 não são compostos apenas por gás e poeira, mas também contêm uma população invisível de pequenos objectos planetários semelhantes aos nossos asteróides e cometas,” explica Diego Turrini, autor principal do estudo e investigador do IAPS (Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali) do INAF (Istituto Nazionale di Astrofisica). “Sabemos também que o aparecimento de planetas gigantes afecta estes planetesimais causando, na sua evolução, um breve, mas intenso pico de excitação dinâmica que, embora curto do ponto de vista da longa vida de um sistema planetário, pode ter uma duração comparável à vida dos discos circum-estelares,” continua Turrini.

A equipa quis saber se estas interacções entre os planetas gigantes jovens de HD 163296 e os planetesimais invisíveis podiam produzir as anomalias observadas na distribuição da poeira. As simulações que realizaram mostraram como, durante o crescimento dos três planetas gigantes, uma fracção cada vez maior da população de planetesimais na vizinhança é injectada em órbitas muito excêntricas e muito inclinadas, semelhantes às dos cometas no Sistema Solar. “O principal resultado dessa excitação dinâmica é uma taxa mais alta de colisões violentas entre os planetesimais”, explica Francesco Marzari, professor da Universidade de Pádua e co-autor do estudo.

Quando analisaram o resultado das simulações dinâmicas através de um modelo colisional, a equipa descobriu que as colisões entre os planetesimais permanecem bastante gentis até que os planetas gigantes se aproximam das suas massas finais, mas que depois crescem drasticamente em violência e começam a “moer” os planetesimais. “Estas colisões violentas reabastecem a população de poeira no disco,” salienta Marzari. “A nova poeira produzida por este processo, no entanto, tem uma distribuição orbital diferente da original e concentra-se principalmente em dois lugares: a região orbital dentro do primeiro planeta gigante e no anel entre o primeiro e o segundo planeta.” As mesmas duas regiões onde as observações do ALMA revelaram as maiores discrepâncias com o que era teoricamente esperado.

A equipa descobriu que a excitação dinâmica provocada pela formação dos três planetas gigantes ainda deveria estar a agir até ao momento sobre os planetesimais incorporados no disco de HD 163296. Os autores também descobriram que a produção colisional resultante e sustentada de poeira é capaz de injectar dezenas de vezes a massa da Terra, em poeira, nessas duas regiões orbitais, explicando as observações do ALMA também de um ponto de vista quantitativo. “Até agora, o estudo deste tipo de processo enquanto ocorria nos discos circum-estelares só era possível por meio de simulações,” comenta Turrini. “Graças ao ALMA, podemos agora estudá-lo e aprender muito sobre a interacção entre a formação planetária e o ambiente circundante.”

“A rapidez com que o ALMA está a fornecer dados novos e mais detalhados sobre HD 163296 permitiu-nos expandir o nosso estudo para lá do seu objectivo original,” explica Danai Polychroni, co-autor do estudo e na altura professor na Universidade do Atacama e investigador adjunto do INAF-IAPS. “Percebemos que muitos planetesimais são excitados a velocidades supersónicas em relação ao gás circundante do disco e que podem criar ondas de choque que podem aquecer tanto os próprios planetesimais quanto o gás. Embora ainda não pudéssemos modelar esse processo em detalhe, observações recentes relataram a presença inesperada do gás CO (monóxido de carbono) em regiões caracterizadas por temperaturas onde deveria encontrar-se no estado sólido e por possíveis anomalias na estrutura térmica do disco. Ambos os achados podem, em princípio, ser explicados graças à presença destes planetesimais supersónicos e às ondas de choque que produzem.”

“Este estudo começou como um projecto para explorar se a excitação dinâmica provocada por planetas gigantes recém-formados podia realmente produzir efeitos observáveis. Como tal, nós apenas ‘arranhámos a superfície’ deste processo e das suas implicações,” observa Leonardo Testi, também co-autor do estudo e chefe do Centro de Apoio ALMA do ESA e investigador do INAF em licença. “No entanto, a sua ‘receita’ física é bastante simples: planetas massivos que se formam num disco de planetesimais. Dadas as assinaturas generalizadas de possíveis planetas gigantes jovens que estamos a descobrir com o ALMA e dada a longa duração dos efeitos dinâmicos provocados pelo seu aparecimento, podemos estar à procura de um processo que é bastante comum entre os discos circum-estelares.”

“O contexto do trabalho liderado por Diego Turrini é um dos pilares da sinergia GENESIS,” explica Claudio Codella do INAF (Osservatorio Astrofisico di Arcetri), investigador principal do projecto GENESIS-SKA, financiado pelo INAF. “O GENESIS-SKA é um projecto nacional onde participam mais de 60 investigadores de 8 institutos do INAF e onde trabalham em íntima colaboração com o objectivo geral de investigar as condições favoráveis à formação de sistemas planetários parecidos com o nosso Sistema Solar”. “Os resultados do presente projecto,” acrescenta Codella, “serão de extrema importância também para o estudo das composições químicas do gás localizado nas regiões onde os planetas se formarão e, possivelmente, das suas atmosferas.”

Astronomia On-line
31 de Maio de 2019


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