3915: TESS e Spitzer descobrem um mundo em órbita de jovem estrela única

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Impressão de artista do planeta AU Mic b e da sua jovem estrela anã vermelha. O sistema fica a cerca de 32 anos-luz de distância na direcção da constelação do hemisfério sul de Microscópio.
Crédito: Centro de Voo Espacial Goddard da NASA/Chris Smith (USRA)

Há mais de uma década que os astrónomos procuram planetas em órbita de AU Microscopii, uma estrela próxima ainda rodeada por um disco de detritos deixado para trás durante a sua formação. Agora, os cientistas usaram dados do TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) e do aposentado Telescópio Espacial Spitzer para relatar a descoberta de um planeta tão grande quanto Neptuno que completa uma órbita em torno da jovem estrela em pouco mais de uma semana.

O sistema, conhecido pela abreviação AU Mic, fornece um laboratório único para estudar como os planetas e as suas atmosferas se formam, evoluem e interagem com as suas estrelas.

“AU Mic é uma jovem estrela anã M. Está cercada por um vasto disco de detritos no qual foram rastreados aglomerados de poeira em movimento e, agora, graças ao TESS e ao Spitzer, sabemos hospedar um planeta e temos uma medição directa do tamanho,” disse Bryson Cale, estudante de doutoramento da Universidade George Mason em Fairfax, no estado norte-americano da Virgínia. “Não existe outro sistema conhecido que preencha todos estes importantes requisitos.”

O novo planeta, Au Mic b, é descrito num novo artigo em que Cale é co-autor e liderado pelo seu orientador Peter Plavchan, professor assistente de física e astronomia na mesma universidade. O seu trabalho foi publicado dia 24 de Junho na revista Nature.

AU Mic é uma estrela anã vermelha e fria, com uma idade estimada entre 20 a 30 milhões de anos, o que torna numa “criança” estelar em comparação com o nosso Sol, que é pelo menos 150 vezes mais velho. A estrela é tão jovem que brilha principalmente do calor gerado quando a sua própria gravidade a puxou para dentro e comprimiu. Menos de 10% da energia da estrela vem da fusão do hidrogénio em hélio no seu núcleo, o processo que alimenta estrelas como o nosso Sol.

O sistema está localizado a 31,9 anos-luz de distância na direcção da constelação do hemisfério sul de Microscópio. Faz parte de uma colecção próxima de estrelas chamada Grupo Móvel de Beta Pictoris, cujo nome refere-se a uma estrela maior e mais quente, do tipo-A, que abriga dois planetas e também é rodeada por um disco de detritos.

Embora os sistemas tenham a mesma idade, os seus planetas são marcadamente diferentes. O planeta AU Mic b quase que abraça a sua estrela, completando uma órbita a cada 8,5 dias. Tem menos de 58 vezes a massa da Terra, colocando-o na categoria de mundos semelhantes a Neptuno. Beta Pictoris b e c, no entanto, são pelo menos 50 vezes mais massivos do que Au Mic b e levam 21 e 3,3 anos, respectivamente, a orbitar a sua estrela.

“Nós pensamos que AU Mic b se formou longe da estrela e migrou para dentro até à sua órbita actual, algo que pode acontecer à medida que os planetas interagem gravitacionalmente com um disco de gás ou com outros planetas,” disse o co-autor Thomas Barclay, cientista associado da Universidade de Maryland em Baltimore County e cientista associado do projecto TESS no Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, Maryland, EUA. “Por outro lado, a órbita de Beta Pictoris b não parece ter migrado muito. As diferenças entre estes sistemas com idades semelhantes podem dizer-nos muito sobre a formação e migração dos planetas.”

A detecção de planetas em torno de estrelas como AU Mic representa um desafio particular. Estas estrelas tempestuosas possuem fortes campos magnéticos e podem estar cobertas por manchas estelares – regiões mais frias, mais escuras e altamente magnetizadas parecidas com as manchas solares – que frequentemente despoletam fortes explosões estelares. Tanto as manchas como as suas proeminências contribuem para as mudanças de brilho da estrela.

Em Julho e Agosto de 2018, quando o TESS estava a observar AU Mic, a estrela produziu várias erupções, algumas das quais eram mais poderosas do que as mais fortes já registadas no Sol. A equipa realizou uma análise detalhada para remover estes efeitos dos dados do TESS.

Quando um planeta passa em frente da sua estrela, da perspectiva da Terra, um evento a que chamamos trânsito, a sua passagem provoca uma distinta queda de brilho estelar. O TESS monitoriza grandes áreas do céu, chamadas sectores, durante 27 dias de cada vez. Durante este longo olhar, as câmaras da missão capturam regularmente instantâneos que permitem com que os cientistas rastreiem alterações no brilho estelar.

Quedas regulares no brilho de uma estrela assinalam a possibilidade de um planeta em trânsito. Geralmente, são necessários pelo menos dois trânsitos observados para reconhecer a presença de um planeta.

“Por azar, o segundo dos três trânsitos observados com o TESS ocorreu quando a nave espacial estava no seu ponto mais próximo da Terra. Nestas alturas, o TESS não observa porque está ocupado a transmitir todos os dados armazenados,” disse a co-autora Diana Dragomir, professora assistente da Universidade do Novo México em Albuquerque. “Para preencher a lacuna, a nossa equipa recebeu tempo de observação com o Spitzer, que capturou dois trânsitos adicionais em 2019 e nos permitiu confirmar o período orbital de AU Mic b.”

O Spitzer foi um observatório infravermelho polivalente que operou de 2003 até à sua desactivação no dia 30 de Janeiro de 2020. A missão mostrou-se especialmente hábil na detecção e estudo de exoplanetas em torno de estrelas frias. O Spitzer observou AU Mic durante o seu último ano de observações.

Como a quantidade de luz bloqueada por um trânsito depende do tamanho do planeta e da sua distância orbital, os trânsitos observados pelo TESS e pelo Spitzer forneceram uma medição directa do tamanho de AU Mic b. A análise destas medições mostra que o planeta é aproximadamente 8% maior do que Neptuno.

Observações com instrumentos acoplados a telescópios terrestres fornecem limites superiores para a massa do planeta. À medida que um planeta se desloca, a sua gravidade puxa a estrela hospedeira, que se move levemente em resposta. Os instrumentos sensíveis de telescópios grandes podem detectar a velocidade radial da estrela, o seu movimento para a frente e para trás ao longo da nossa linha de visão. Graças à combinação de observações com o Observatório W. M. Keck e com o IRTF (InfraRed Telescope Facility) da NASA no Hawaii, juntamente com o ESO no Chile, a equipa concluiu que AU Mic b tem uma massa equivalente a pouco menos que 58 Terras.

Esta descoberta mostra o poder do TESS em fornecer novas informações para estrelas bem estudadas como Au Mic, onde podem existir mais planetas à espera de serem encontrados.

“Há um candidato adicional a evento de trânsito visto nos dados do TESS, e esperamos que o TESS revisite AU Mic ainda este ano durante a sua missão estendida,” disse Plavchan. “Continuamos a monitorizar a estrela com medições de velocidade radial, portanto fiquem atentos.”

Durante décadas, AU Mic intrigou os astrónomos como um possível lar para planetas, graças à sua proximidade, juventude e brilhante disco de detritos. Agora que o TESS e o Spitzer encontraram lá um planeta, a história completa-se. AU Mic é um sistema importante, um laboratório próximo para entender a formação e a evolução de estrelas e de planetas que continuará a ser estudado nas próximas décadas.

Astronomia On-line
26 de Junho de 2020

 

 

3631: Spitzer detecta “dança” de dois buracos negros. Brilham mais do que um bilião de estrelas

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

NASA / JPL-Caltech
Dois buracos negros na galáxia OJ 287

Observações feitas com o Telescópio Espacial Spitzer da NASA – que se reformou no início do ano depois de 16 anos de observações – revelaram o momento exacto de uma dança entre dois buracos negros.

No centro da galáxia OJ 287 moram dois buracos negros dançantes. Um deles é cercado por um disco de gás e o segundo buraco negro que o orbita colide a cada 12 anos com o disco, produzindo um brilho intenso, muito mais brilhante do que um bilião de estrelas.

Segundo adianta o portal EurekAlert, o fenómeno que ocorre nesta galáxia, a 3,5 mil milhões de anos-luz da Terra, foi captado pelo telescópio Spitzer.

O buraco negro no centro da OJ 287 é 18 mil milhões de vezes mais massivo que o Sol, sendo um dos maiores que a NASA alguma vez detectou. O segundo é um buraco negro mais “pequeno”, mas ainda assim, 150 milhões de vezes mais massivo do que a nossa estrela.

De acordo com a agência espacial norte-americana, os buracos negros estão numa “dança” porque não estão parados no espaço, movendo-se activamente pela galáxia. No entanto, como são negros não podem ser observados directamente, o que dificulta o seu estudo.

A cada 12 anos, o buraco negro mais pequeno choca contra o enorme disco de gás do outro buraco. Por ter uma orbita irregular de 12 anos, os buracos negros colidem em diferentes alturas do seu ciclo.

O choque cria um flash de luz muito mais brilhante do que toda a Via Láctea. Quando ocorre o choque, são criadas duas nuvens de gás quente que se movem do disco em direcções opostas e, em menos de 48 horas, o brilho do sistema parece quadruplicar de intensidade.

Como este fenómeno ocorre de 12 em 12 anos, é muito difícil registar a sua previsão. No entanto, um grupo de investigadores afirma que o último choque ocorreu no dia 31 de Julho de 2019 e foi captado pelo telescópio Spitzer. Este foi um dos seus últimos registos, antes de se reformar em Janeiro deste ano.

ZAP //

Por ZAP
4 Maio, 2020

 

spacenews

 

Spitzer revela o “timing” preciso de uma dança de dois buracos negros

Esta imagem mostra dois buracos negros massivos na galáxia OJ 287. O buraco negro mais pequeno orbita o maior, que também está rodeado por um disco de gás. Quando o buraco negro mais pequeno atravessa o disco, produz um clarão mais brilhante do que um bilião de estrelas.
Crédito: NASA/JPL-Caltech

Os buracos negros não são estacionários no espaço; de facto, podem ser bastante activos no que toca aos seus movimentos. Mas como são completamente escuros e não podem ser observados directamente, não são fáceis de estudar. Os cientistas finalmente descobriram o movimento exacto de uma dança complicada entre dois buracos negros enormes, revelando detalhes ocultos sobre as características físicas destes misteriosos objectos.

A galáxia OJ 287 abriga um dos maiores buracos negros já encontrados, com mais de 18 mil milhões de vezes a massa do nosso Sol. Em órbita deste gigante está outro buraco negro com cerca de 150 milhões de massas solares. Duas vezes a cada 12 anos, o buraco negro mais pequeno atinge o enorme disco de gás que rodeia o seu companheiro maior, criando um “flash” de luz mais brilhante do que um bilião de estrelas – ainda mais brilhante do que toda a Via Láctea. A luz demora 3,5 mil milhões de anos para chegar à Terra.

Mas a órbita do buraco negro mais pequeno é oblonga, não é circular, e é irregular: muda de posição a cada translação em torno do buraco negro maior e está inclinada em relação ao disco de gás. Quando o buraco negro mais pequeno atravessa o disco, cria duas bolhas de gás quente em expansão que se afastam em direcções opostas e, em menos de 48 horas, o sistema parece quadruplicar em brilho.

Por causa da órbita irregular, o buraco negro colide com o disco a diferentes alturas de cada órbita de 12 anos. Às vezes, os surtos de brilho surgem com apenas um ano de diferença; outras vezes, com até 10 anos de diferença. As tentativas de modelar a órbita e prever estas explosões de brilho levaram décadas, mas, em 2010, os cientistas criaram um modelo que podia prever a sua ocorrência com um grau de incerteza de uma a três semanas. Demonstraram que o seu modelo estava correto prevendo o aparecimento de um surto em Dezembro de 2015 com um grau de incerteza tão pequeno quanto três semanas.

Em 2018, um grupo de cientistas liderados por Lankeswar Dey, estudante do Instituto Tata de Pesquisa Fundamental em Mumbai, Índia, publicaram um artigo com um modelo ainda mais detalhado que afirmam ser capaz de prever o momento de futuros surtos até 4 horas. Num novo estudo publicado na revista The Astrophysical Journal Letters, esses cientistas relataram que a sua previsão, com precisão, de um surto que ocorreu no dia 31 de Julho de 2019 confirma que o modelo está correto.

A observação desse surto quase que não aconteceu. Dado que OJ 287 estava perto do Sol, a partir da perspectiva da Terra, fora da vista de todos os telescópios no solo e em órbita da Terra, o buraco negro só voltaria a ser visto por esses telescópios no início de Setembro, muito depois do clarão. Mas o sistema estava à vista do Telescópio Espacial Spitzer da NASA, que a agência reformou em Janeiro de 2020.

Após 16 anos de operações, a sua órbita colocou o telescópio a 254 milhões de quilómetros da Terra, ou mais de 600 vezes a distância Terra-Lua. A partir deste ponto de vista, o Spitzer pôde observar o sistema de 31 de Julho (o mesmo dia que o surto estava previsto ocorrer) até ao início de Setembro, quando OJ 287 se tornaria observável aos telescópios da Terra.

“Quando verifiquei pela primeira vez a visibilidade de OJ 287, fiquei chocado ao descobrir que ficou visível ao Spitzer no dia em que se previa a próxima explosão de brilho,” disse Seppo Laine, cientista associado do Caltech/IPAC em Pasadena, no estado norte-americano da Califórnia, que supervisionou as observações do sistema pelo Spitzer. “Tivemos muita sorte em poder capturar o pico deste surto com o Spitzer, porque nenhum outro instrumento feito por humanos era capaz de alcançar este feito naquele momento específico.”

Ondulações no espaço

Os cientistas modelam regularmente as órbitas de objectos pequenos no nosso Sistema Solar, como um cometa que gira em torno do Sol, levando em consideração os factores que mais influenciam significativamente os seus movimentos. Para esse cometa, a gravidade do Sol é geralmente a força dominante, mas a força gravitacional dos planetas próximos também pode mudar o seu percurso.

A determinação do movimento de buracos negros enormes é muito mais complexa. Os cientistas têm que ter em conta factores que podem não impactar visivelmente objectos mais pequenos; o factor principal é algo a que chamamos ondas gravitacionais. A teoria da relatividade geral de Einstein descreve a gravidade como a distorção do espaço devido à massa de um objecto. Quando um objecto se move pelo espaço, estas distorções transformam-se em ondas. Einstein previu a existência de ondas gravitacionais em 1916, mas só foram observadas directamente em 2015 pelo LIGO (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory).

Quanto maior a massa de um objecto, maiores e mais energéticas as ondas gravitacionais que cria. No sistema OJ 287, os cientistas esperam que as ondas gravitacionais sejam tão grandes que transportem energia suficiente para fora do sistema e alterem de forma mensurável a órbita do buraco negro mais pequeno – e, portanto, o momento das explosões de brilho.

Embora estudos anteriores de OJ 287 tenham tido em conta as ondas gravitacionais, o modelo de 2018 é o mais detalhado até agora. Ao incorporar as informações recolhidas das detecções de ondas gravitacionais pelo LIGO, refina a janela temporal na qual se espera a ocorrência de um surto até apenas dia e meio.

Para refinar ainda mais a previsão dos surtos até um grau de incerteza de 4 horas, os cientistas analisaram detalhes sobre as características físicas do buraco negro maior. Especificamente, o novo modelo incorpora algo chamado teorema “sem cabelo” dos buracos negros.

Publicado na década de 1960 por um grupo de físicos que incluía Stephen Hawking, o teorema faz uma previsão sobre a natureza das “superfícies” dos buracos negros. Embora os buracos negros não tenham superfícies verdadeiras, os cientistas sabem que há um limite em seu redor além do qual nada – nem mesmo a luz – pode escapar. Algumas ideias postulam que a orla externa, chamada horizonte de eventos, pode ser irregular, mas o teorema sem cabelo postula que a “superfície” não possui essas características, nem mesmo cabelo (o nome do teorema é uma piada).

Por outras palavras, se alguém cortasse o buraco negro ao meio ao longo do seu eixo de rotação, a superfície seria simétrica (o eixo de rotação da Terra está quase perfeitamente alinhado com os pólos norte e sul. Se cortássemos o planeta pela metade, ao longo desse eixo, e comparássemos as duas partes, descobriríamos que o nosso planeta é basicamente simétrico, embora características como oceanos e montanhas criem algumas pequenas variações entre as metades).

Encontrando Simetria

Na década de 1970, o professor emérito Kip Thorne, de Caltech, descreveu como este cenário – um satélite que orbita um buraco negro massivo – podia potencialmente revelar se a superfície do buraco negro era macia ou irregular. Ao antecipar correctamente a órbita do buraco negro menor com tanta precisão, o novo modelo suporta o teorema sem cabelo, o que significa que a nossa compreensão básica destes objectos cósmicos incrivelmente estranhos está correta. O sistema OJ 287, por outras palavras, suporta a ideia de que as superfícies dos buracos negros são simétricas ao longo dos seus eixos de rotação.

Então, como é que a suavidade da superfície do buraco negro massivo impacta o “timing” da órbita do buraco negro mais pequeno? Essa órbita é determinada principalmente pela massa do buraco negro maior. Se crescesse mais ou perdesse um pouco da sua massa, isso mudaria o tamanho da órbita do buraco negro mais pequeno. Mas a distribuição da massa também importa. Uma protuberância massiva de um lado do buraco negro maior distorceria o espaço em seu redor de maneira diferente do que se o buraco negro fosse simétrico. Isso alteraria o percurso do buraco negro mais pequeno à medida que orbita o seu companheiro e mudaria de maneira mensurável o tempo da colisão do buraco negro com o disco nessa órbita em particular.

“É importante, para os cientistas dos buracos negros, que provemos ou refutemos o teorema sem cabelo. Sem ele, não podemos confiar que os buracos negros imaginados por Hawking e outros existam,” disse Mauri Valtonen, astrofísico da Universidade de Turku na Finlândia e co-autor do artigo.

Astronomia On-line
1 de Maio de 2020

 

spacenews

Spitzer estuda “parque” estelar com uma longa história

CIÊNCIA/ESPAÇO

Uma colecção de gás e poeira com mais de 500 anos-luz de diâmetro, a Nuvem Molecular de Perseu contém uma abundância de estrelas jovens. Foi capturada aqui pelo Telescópio Espacial Spitzer da NASA.
Crédito: NASA/JPL-Caltech

Esta imagem do Telescópio Espacial Spitzer da NASA mostra a Nuvem Molecular de Perseu, uma enorme colecção de gás e poeira que se estende por mais de 500 anos-luz em diâmetro. Lar de uma abundância de jovens estrelas, há décadas que atrai a atenção dos astrónomos.

O instrumento MIPS (Multiband Imaging Photometer) do Spitzer obteve esta imagem durante a “missão fria” do telescópio, que decorreu desde o seu lançamento em 2003 até 2009, quando o telescópio espacial esgotou o seu reservatório refrigerante de hélio líquido (isto marcou o início da “missão quente” do Spitzer). A luz infravermelha não pode ser vista pelo olho humano, mas os objectos quentes, desde corpos humanos a nuvens de poeira interestelar, emitem radiação infravermelha.

A radiação infravermelha da poeira quente gera grande parte do brilho visto aqui da Nuvem Molecular de Perseu. Os enxames estelares, como aquele perto do lado esquerdo da imagem, geram ainda mais luz infravermelha e iluminam as nuvens em redor, como o Sol iluminando um céu nublado ao pôr-do-Sol. Grande parte da poeira vista aqui emite pouca ou nenhuma luz visível (na verdade, a poeira bloqueia a luz visível) e, portanto, é revelada mais claramente em observatórios infravermelhos como o Spitzer.

No lado direito da imagem, há um grupo brilhante de jovens estrelas conhecido como NGC 1333, que o Spitzer observou várias vezes. Está localizado a cerca de 1000 anos-luz da Terra. Parece distante, mas está próximo em comparação com o tamanho da nossa Galáxia, que tem cerca de 100.000 anos-luz em diâmetro. A proximidade de NGC 1333 e as fortes emissões no infravermelho tornaram-no visível para os astrónomos, usando alguns dos primeiros instrumentos infravermelhos.

De facto, algumas das suas estrelas foram observadas na década de 1980 com o IRAS (Infrared Astronomical Survey), uma missão conjunta entre a NASA, o Reino Unido e os Países Baixos. O primeiro telescópio espacial do seu género observou o céu nestes comprimentos de onda bloqueados pela atmosfera da Terra, fornecendo a primeira visão infravermelha do Universo.

Só sobre NGC 1333 foram escritos mais de 1200 artigos científicos, e tem sido estudado noutros comprimentos de onda, incluindo pelo Telescópio Espacial Hubble, que detecta principalmente a luz visível, e pelo Observatório de raios-X Chandra.

Muitas estrelas jovens no enxame estão a libertar quantidades enormes de material – o mesmo material que forma a estrela – para o espaço. À medida que o material é expelido, é aquecido e colide com o meio interestelar circundante. Estes factores fazem com que os jactos irradiem intensamente e podem ser vistos em estudos detalhados da região. Isto proporcionou aos astrónomos uma visão clara de como as estrelas passam de uma adolescência às vezes turbulenta para uma idade adulta mais calma.

Um mistério em evolução

Outros aglomerados de estrelas vistos abaixo de NGC 1333 nesta imagem representam um mistério fascinante para os astrónomos: parecem conter estrelas bebés, adolescentes e adultas. De acordo com Luisa Rebull, astrofísica do IRSA (Infrared Science Archive) da NASA no Caltech-IPAC, que estudou NGC 133 e alguns dos enxames na região, uma mistura tão compacta de idades é extremamente invulgar. Embora muitas irmãs estelares se possam formar em grupos íntimos, as estrelas estão sempre a mover-se e, à medida que envelhecem, tendem a afastar-se cada vez mais.

Encontrar uma mistura tão compacta de idades aparentes não encaixa bem nas ideias actuais sobre como as estrelas evoluem. “Esta região está a dizer aos astrónomos que há algo que não entendemos sobre a formação estelar,” disse Rebull. O puzzle apresentado por esta zona é algo que mantém os astrónomos interessados. “É uma das minhas regiões favoritas de estudar,” acrescentou.

Desde as primeiras observações do IRAS que a área passou a ter um foco mais nítido, um processo comum na astronomia, disse Rebull. Novos instrumentos fornecem mais sensibilidade e novas técnicas, e a história torna-se mais clara a cada nova geração de observatórios. No dia 30 de Janeiro de 2020, a NASA vai desactivar o Telescópio Espacial Spitzer, mas o seu legado abriu caminho para os próximos observatórios, incluindo o Telescópio Espacial James Webb, que também observará no infravermelho.

Os dados do Spitzer-MIPS usados nesta imagem estão no comprimento de onda dos 24 micrómetros. Pequenas lacunas ao longo dos lados desta imagem, áreas não observadas pelo Spitzer, foram preenchidas com dados de 22 micrómetros do WISE (Wide-Field Infrared Survey Explorer) da NASA.

Astronomia On-line
31 de Dezembro de 2019

 

spacenews