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406: Estudo do Webb revela que os planetas rochosos podem formar-se em ambientes extremos

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CIÊNCIA // ASTRONOMIA // WEBB

Uma equipa internacional de astrónomos utilizou o Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA para obter a primeira observação de água e outras moléculas nas regiões interiores de formação de planetas rochosos de um disco num dos ambientes mais extremos da nossa Galáxia.

Impressão de artista de uma estrela jovem rodeada por um disco protoplanetário no qual se estão a formar planetas.
Crédito: ESO/L. Calçada

Uma equipa internacional de astrónomos utilizou o Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA para obter a primeira observação de água e outras moléculas nas regiões interiores de formação de planetas rochosos de um disco num dos ambientes mais extremos da nossa Galáxia.

Estes resultados sugerem que as condições para a formação de planetas rochosos, tipicamente encontradas em discos de regiões onde se formam estrelas de baixa massa, podem também ocorrer em regiões onde se formam estrelas massivas e possivelmente numa gama mais alargada de ambientes.

Estes são os primeiros resultados do programa XUE (eXtreme UV Environments) do Telescópio Espacial James Webb, que se centra na caracterização de discos de formação planetária em regiões onde se formam estrelas massivas.

Estas regiões são provavelmente representativas do ambiente em que se formou a maioria dos sistemas planetários.

Compreender o impacto do ambiente na formação dos planetas é importante para que os cientistas possam compreender a diversidade das populações observadas de exoplanetas.

O programa XUE tem como alvo um total de 15 discos em três áreas da Nebulosa da Lagosta (também conhecida como NGC 6357), uma grande nebulosa de emissão a cerca de 5500 anos-luz de distância da Terra, na direcção da constelação de Escorpião.

A Nebulosa da Lagosta é uma das regiões de formação estelar mais jovens e mais próximas, albergando algumas das estrelas mais massivas da nossa Galáxia.

As estrelas massivas são mais quentes e, por isso, emitem mais radiação ultravioleta (UV). Este facto pode dispersar o gás no disco, fazendo com que o seu tempo de vida esperado seja de apenas um milhão de anos.

Graças ao Webb, os astrónomos podem agora estudar o efeito da radiação UV nas regiões interiores de formação de planetas rochosos dos discos protoplanetários em torno de estrelas como o nosso Sol.

Este gráfico apresenta alguns dos primeiros resultados do programa XUE (eXtreme UV Environments) do Telescópio Espacial James Webb. Estes resultados sugerem que as condições para a formação de planetas rochosos, tipicamente encontradas em discos de regiões onde se formam estrelas de baixa massa, podem também ocorrer em regiões onde se formam estrelas massivas e possivelmente numa gama mais vasta de ambientes.
Este primeiro resultado centra-se no disco protoplanetário denominado XUE 1, que está localizado no enxame estelar Pismis 24.
O disco interior em torno de XUE 1 revelou assinaturas de água (aqui destacada a azul e centrada em cerca de 14,2 micrómetros), bem como acetileno (C2H2, destacado a verde; centrado em cerca de 13,7 micrómetros), cianeto de hidrogénio (HCN, destacado a castanho; centrado em cerca de 14,0 micrómetros) e dióxido de carbono (CO2, destacado a vermelho; centrado em cerca de 14,95 micrómetros). Como indicado, algumas das emissões detectadas eram mais fracas do que alguns dos modelos previstos, o que pode implicar um pequeno raio do disco exterior.
Crédito: NASA, ESA, CSA, STScI, J. Olmsted (STScI), M. C Ramírez-Tannus (Instituto Max Planck de Astronomia)

“O Webb é o único telescópio com a resolução espacial e a sensibilidade necessárias para estudar discos de formação planetária em regiões onde se formam estrelas massivas”, disse a chefe da equipa, María Claudia Ramírez-Tannus, do Instituto Max Planck de Astronomia, na Alemanha.

Os astrónomos pretendem caracterizar as propriedades físicas e a composição química das regiões formadoras de planetas rochosos nos discos protoplanetários da Nebulosa da Lagosta, utilizando o MRS (Medium Resolution Spectrometer) do MIRI (Mid-InfraRed Instrument) do Webb. Este primeiro resultado centra-se no disco protoplanetário denominado XUE 1, que se situa no enxame estelar Pismis 24.

“Só a gama de comprimentos de onda e a resolução espectral do MIRI nos permitem sondar o inventário molecular e as condições físicas do gás quente e da poeira onde se formam os planetas rochosos”, disse o membro da equipa Arjan Bik, da Universidade de Estocolmo, na Suécia.

Devido à sua localização perto de várias estrelas massivas em NGC 6357, os cientistas esperam que XUE 1 tenha estado constantemente exposta a um campo de radiação ultravioleta elevada durante toda a sua vida. No entanto, neste ambiente extremo, a equipa ainda detectou uma série de moléculas que são os blocos de construção de planetas rochosos.

“Descobrimos que o disco interior em torno de XUE 1 é notavelmente semelhante ao das regiões de formação estelar próximas”, disse Rens Waters, membro da equipa, da Universidade de Radboud, nos Países Baixos.

“Detectámos água e outras moléculas como monóxido de carbono, dióxido de carbono, cianeto de hidrogénio e acetileno. No entanto, a emissão encontrada foi mais fraca do que alguns modelos previam. Isto pode implicar um pequeno raio exterior do disco”.

Este gráfico apresenta alguns dos primeiros resultados do programa XUE (eXtreme UV Environments) do Telescópio Espacial James Webb. Estes resultados sugerem que as condições para a formação de planetas rochosos, tipicamente encontradas em discos em regiões onde se formam estrelas de baixa massa, podem também ocorrer em regiões onde se formam estrelas massivas e possivelmente numa gama mais vasta de ambientes.
Os astrónomos concentraram-se em regiões de discos com formação de planetas rochosos na Nebulosa da Lagosta, utilizando o MRS (Medium Resolution Spectrometer) do MIRI (Mid-InfraRed Instrument) do Webb. Este primeiro resultado centra-se no disco protoplanetário denominado XUE 1, que está localizado no enxame estelar Pismis 24.
Este gráfico apresenta as assinaturas observadas de monóxido de carbono entre 4,95 e 5,15 micrómetros.
Crédito: NASA, ESA, CSA, STScI, J. Olmsted (STScI), M. C Ramírez-Tannus (Instituto Max Planck de Astronomia)

“Ficámos surpreendidos e entusiasmados porque esta é a primeira vez que estas moléculas foram detectadas em condições tão extremas”, acrescentou Lars Cuijpers da Universidade de Radboud.

A equipa também encontrou evidências de pequenos grãos de poeira de silicato, parcialmente cristalinos, na superfície do disco. Estes são considerados os blocos de construção dos planetas rochosos.

Estes resultados são uma boa notícia para a formação de planetas rochosos, uma vez que a equipa científica descobriu que as condições no disco interior se assemelham às encontradas nos discos bem estudados localizados em regiões de formação estelar próximas, onde apenas se formam estrelas de baixa massa. Isto sugere que os planetas rochosos podem formar-se numa gama muito mais ampla de ambientes do que se pensava anteriormente.

A equipa nota que as restantes observações do programa XUE são cruciais para estabelecer a semelhança destas condições.

“XUE1 mostra-nos que as condições para a formação de planetas rochosos existem, por isso o próximo passo é verificar até que ponto são comuns”, diz Ramírez-Tannus. “Vamos observar outros discos na mesma região para determinar a frequência com que estas condições são observadas.”

// ESA (comunicado de imprensa)
// ESA/Webb (comunicado de imprensa)
// NASA (comunicado de imprensa)
// STScI (comunicado de imprensa)
// Instituto Max Planck de Astronomia (comunicado de imprensa)
// Universidade de Estocolmo (comunicado de imprensa)
// Universidade de Radboud (comunicado de imprensa)
// Universidade Estatal da Pensilvânia (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (The Astrophysical Journal Letters)
// Artigo científico (arXiv.org)

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5 de Dezembro de 2023



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Os astrónomos encontram planetas “inclinados” mesmo em sistemas solares pristinos

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CIÊNCIA // ASTRONOMIA // PLANETAS

Há muito que os cientistas se interrogam sobre a razão pela qual todos os planetas do nosso Sistema Solar têm órbitas ligeiramente inclinadas em torno do Sol. Mas um novo estudo, liderado pela Universidade de Yale, sugere que este fenómeno pode não ser assim tão invulgar. Mesmo em sistemas solares “pristinos”, os planetas exibem uma certa inclinação.

Neste diagrama, dois planetas em órbita exibem uma ligeira inclinação em comparação com o eixo de rotação da sua estrela hospedeira.
Crédito: Malena Rice

Os astrónomos há muito que supunham que os planetas com órbitas inclinadas – órbitas que não se alinham com o eixo de rotação da estrela que os acolhe – eram o resultado de alguma “confusão” cósmica de alto nível, como estrelas e planetas próximos que empurram os seus vizinhos.

Mas um novo estudo publicado na revista The Astronomical Journal indica o contrário.

Para o estudo, uma equipa internacional de investigadores liderada pela astrónoma de Yale, Malena Rice, efectuou uma análise exaustiva de sistemas multi-planetários, onde as órbitas dos planetas permaneceram relativamente inalteradas desde a sua formação.

“Este tipo de configuração, em que a órbita de um planeta está precisamente ordenada com a de outro numa relação exacta de períodos orbitais, é provavelmente comum num sistema solar no início do seu desenvolvimento”, disse Rice, professora assistente de astronomia na Faculdade de Artes e Ciências de Yale e autora principal do estudo.

“É uma configuração maravilhosa – mas apenas uma pequena percentagem de sistemas a mantém”, disse ela.

E mesmo nestes sistemas solares, descobriram Rice e os seus co-autores, os planetas podem ter uma inclinação orbital de até 20 graus.

Os investigadores começaram o seu trabalho medindo a órbita inclinada de TOI-2202 b, um “Júpiter ameno” num sistema solar pristino. Um Júpiter ameno é um planeta muito maior do que a Terra com um período orbital significativamente mais curto do que os 365 dias da Terra.

Os investigadores compararam a órbita de TOI-2202 b com os dados orbitais do censo completo de planetas semelhantes que se encontram no Arquivo de Exoplanetas da NASA.

Neste contexto mais alargado, havia uma inclinação típica de até 20 graus para tais planetas, sendo o sistema TOI-2202 b um dos mais fortemente inclinados.

Rice disse que a descoberta fornece informações valiosas sobre o desenvolvimento do sistema exoplanetário primitivo – e diz algo importante sobre o nosso Sistema Solar: que um pouco de inclinação é cosmicamente natural.

“É tranquilizador”, disse Rice. “Diz-nos que não somos um Sistema Solar super-esquisito. É como olhar para nós próprios num espelho e ver como nos encaixamos no quadro geral do Universo”.

O novo estudo também ajuda Rice na sua pesquisa para compreender os sistemas solares com “Júpiteres quentes”, que são sistemas que contêm planetas gigantes gasosos que podem ser semelhantes a Júpiter, mas com períodos orbitais muito curtos.

“Estou a tentar perceber porque é que os sistemas com Júpiteres quentes têm órbitas extremamente inclinadas”, disse Rice. “Quando é que se tornaram inclinados? Será que nasceram assim? Para descobrir isso, primeiro preciso de descobrir que tipos de sistemas não têm uma inclinação tão acentuada”.

O novo estudo é o oitavo resultado do levantamento SOLES (Stellar Obliquities in Long-period Exoplanet Systems), que foi fundado por Rice e co-liderado por Songhu Wang, antigo pós-doutorando de Yale, que está agora na Universidade de Indiana e é co-autor do novo estudo.

Outros co-autores incluem investigadores da Bélgica, Espanha, Chile, Austrália e Estados Unidos.

// Universidade de Yale (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (The Astronomical Journal)
// Artigo científico (arXiv.org)

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5 de Dezembro de 2023



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353: Astrónomos descobrem pela primeira vez um disco em torno de uma estrela noutra galáxia

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CIÊNCIA // ASTRONOMIA // UNIVERSO // GALÁXIAS

Numa descoberta notável, os astrónomos encontraram um disco em torno de uma estrela jovem na Grande Nuvem de Magalhães, uma galáxia vizinha da nossa. Trata-se da primeira vez que um disco deste tipo, idêntico aos que formam planetas na nossa Via Láctea, é encontrado fora da nossa Galáxia.

As novas observações revelam uma estrela jovem de grande massa a crescer e a acretar matéria do meio que a envolve, dando assim origem a um disco em rotação. Esta detecção foi feita com o auxílio do ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) no Chile, do qual o ESO é um parceiro.

Esta imagem artística mostra o sistema HH 1177, situado na Grande Nuvem de Magalhães, uma galáxia vizinha da nossa. O objecto estelar jovem e de grande massa que brilha intensamente no centro da imagem, acreta matéria de um disco de poeira ao mesmo tempo que lança para o espaço matéria sob a forma de poderosos jactos. Com o auxílio do ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), do qual o ESO é um parceiro, uma equipa de astrónomos conseguiu descobrir evidências da presença deste disco ao observar a sua rotação. Trata-se da primeira vez que um disco em torno de uma estrela jovem — o tipo de disco idêntico aos que formam planetas na nossa própria Galáxia — foi descoberto noutra galáxia.
Crédito: ESO/M. Kornmesser

“Quando vi pela primeira vez evidências de uma estrutura giratória nos dados do ALMA, nem queria acreditar que tínhamos detectado o primeiro disco de acreção extra-galáctico, foi mesmo um momento especial”, disse Anna McLeod, professora associada da Universidade de Durham, no Reino Unido, e autora principal do estudo publicado na revista Nature.

“Sabemos que os discos são vitais para a formação de estrelas e planetas na nossa Galáxia e, pela primeira vez, temos agora evidências directas da ocorrência do mesmo fenómeno noutra galáxia.”

Este estudo surge no seguimento de observações com o instrumento MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer) do VLT (Very Large Telescope) do ESO, que detectou um jato lançado por uma estrela em formação — o sistema foi designado HH 1177 — no interior de uma nuvem de gás na Grande Nuvem de Magalhães.

“Descobrimos um jacto a ser lançado por esta estrela jovem de grande massa, o que é um sinal da existência de um disco de acreção em formação”, explicou McLeod.

No entanto, para ter a prova irrefutável de que este disco estava de facto presente, a equipa teve que medir o movimento do gás denso em torno da estrela.

Quando a matéria é atraída por uma estrela em crescimento, não cai directamente sobre ela; em vez disso, achata-se num disco que gira em torno da estrela.

Mais perto do centro, o disco roda mais depressa, e esta diferença de velocidade é a pista que assinala aos astrónomos a existência de um disco de acreção.

Com as capacidades combinadas do VLT (Very Large Telescope) do ESO e do ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), do qual o ESO é um parceiro, observou-se um disco em torno de uma estrela jovem de grande massa noutra galáxia. À esquerda temos observações levadas a cabo com o instrumento MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer), acoplado ao VLT, e que mostram a nuvem progenitora, LHA 120-N 180B, na qual o sistema, denominado HH 1177, foi inicialmente observado. A imagem do centro mostra os jactos que o acompanham. A parte superior do jacto desloca-se ligeiramente na nossa direcção e por isso apresenta-se com um desvio para o azul; a parte inferior do jacto está a afastar-se de nós e por isso vemo-la com um desvio para o vermelho. À direita, as observações executadas com o ALMA revelam o disco em rotação em torno da estrela, do mesmo modo com partes a aproximarem-se e a afastarem-se de nós.
Crédito: ESO/ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/A. McLeod et al.

“A frequência da radiação varia consoante a velocidade a que o gás que emite essa radiação se move em direcção a nós ou na direcção oposta”, explica Jonathan Henshaw, investigador da Universidade John Moores de Liverpool, no Reino Unido, e co-autor deste estudo.

“Trata-se exactamente do mesmo fenómeno que ocorre quando o tom da sirene de uma ambulância muda ao passar por nós e a frequência do som muda de mais alta para mais baixa.”

As medições de frequência detalhadas de que o ALMA é capaz permitiram aos autores distinguir a rotação característica de um disco, confirmando a primeira detecção de um disco em torno de uma estrela extra-galáctica jovem.

As estrelas de grande massa, como a que foi aqui observada, formam-se muito mais rapidamente e têm vidas muito mais curtas do que as estrelas de pequena massa, como é o caso do nosso Sol.

Na nossa Galáxia, estas estrelas massivas são notoriamente difíceis de observar, estando frequentemente obscurecidas pelo material poeirento a partir do qual se formaram na altura em que um disco se está a formar à sua volta.

No entanto, na Grande Nuvem de Magalhães, uma galáxia situada a 160.000 anos-luz de distância da Terra, o material a partir do qual se estão a formar novas estrelas é fundamentalmente diferente do da Via Láctea.

Graças à menor quantidade de poeira aí presente, HH 1177 já não está envolvida no seu casulo natal, oferecendo, por isso, aos astrónomos uma visão desobstruída, ainda que distante, da formação de estrelas e planetas.

“Estamos numa era de rápidos avanços tecnológicos no que toca às instalações astronómicas”, conclui McLeod. “Ser capaz de estudar como é que as estrelas se formam a distâncias tão incríveis e numa galáxia diferente é realmente muito entusiasmante.”

// ESO (comunicado de imprensa)
// Observatório ALMA (comunicado de imprensa)
// Universidade de Durham (comunicado de imprensa)
// Universidade Rice (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Nature)
// Artigo científico (arXiv.org)
// Fazendo zoom até à jovem estrela HH 1177 (ESO via YouTube)

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1 de Dezembro de 2023


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352: CHEOPS ajuda a desvendar um raro sistema com seis planetas

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CIÊNCIA // ASTRONOMIA // CHEOPS

O satélite CHEOPS (CHaracterising ExOPlanet Satellite) da ESA forneceu os dados cruciais para compreender um misterioso sistema exoplanetário que há anos deixa os investigadores perplexos.

Rastreando uma ligação entre dois planetas vizinhos em intervalos de tempo regulares ao longo das suas órbitas cria um padrão único para cada par. Os seis planetas do sistema HD 110067 criam em conjunto um padrão geométrico hipnotizante devido à sua cadeia de ressonância.
Crédito: Thibaut Roger/NCCR PlanetS

A estrela HD 110067 encontra-se a cerca de 100 anos-luz de distância, na direcção da constelação setentrional de Cabeleira de Berenice. Em 2020, o TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) da NASA detectou quedas no brilho da estrela que indicavam que os planetas estavam a passar em frente à sua superfície.

Uma análise preliminar revelou dois possíveis planetas. Um com um período orbital – o tempo que demora a completar uma órbita à volta da estrela – de 5,642 dias, e o outro com um período que ainda não era possível determinar.

Dois anos mais tarde, o TESS voltou a observar a mesma estrela. A análise dos conjuntos de dados combinados excluiu a interpretação original, mas apresentou dois possíveis planetas diferentes.

Embora estas detecções fossem muito mais certas do que as originais, havia muita coisa nos dados do TESS que ainda não fazia sentido. Foi nessa altura que Rafael Luque, da Universidade de Chicago, e os seus colegas ficaram interessados.

“Foi nessa altura que decidimos usar o CHEOPS. Fomos à procura de sinais entre todos os potenciais períodos que aqueles planetas poderiam ter”, diz Rafael.

Os seus esforços deram frutos. Confirmaram a existência de um terceiro planeta no sistema e aperceberam-se de que tinham encontrado a chave para desvendar todo o sistema, porque era agora claro que os três planetas estavam em ressonância orbital.

O planeta mais exterior demora 20,519 dias a completar uma órbita, o que é extremamente perto de 1,5 vezes o período orbital do planeta seguinte, com 13,673 dias. Este, por sua vez, é quase exactamente 1,5 vezes o período orbital do planeta interior, com 9,114 dias.

A previsão de outras ressonâncias orbitais e a sua correspondência com os restantes dados inexplicados permitiu à equipa descobrir os outros três planetas do sistema. “O CHEOPS deu-nos esta configuração ressonante que nos permitiu prever todos os outros períodos. Sem essa detecção do CHEOPS, teria sido impossível”, explica Rafael.

Uma família rara de seis exoplanetas foi desvendada com a ajuda da missão CHEOPS da ESA. Os planetas desta família são todos mais pequenos do que Neptuno e giram em torno da sua estrela HD 110067 numa valsa muito precisa. Quando o planeta mais próximo da estrela dá três voltas completas à sua volta, o segundo dá exactamente duas durante o mesmo tempo. A isto chama-se uma ressonância 3:2. Os seis planetas formam uma cadeia de ressonância em pares de 3:2, 3:2, 3:2, 4:3 e 4:3, resultando no facto de o planeta mais próximo completar seis órbitas enquanto o planeta mais afastado faz uma. O CHEOPS confirmou o período orbital do terceiro planeta do sistema, o que foi a chave para desvendar o ritmo de todo o sistema. Este é o segundo sistema planetário em ressonância orbital que o CHEOPS ajudou a revelar. O primeiro chama-se TOI-178.
Crédito: ESA

A descoberta de sistemas orbitais ressonantes é extremamente importante, porque dá aos astrónomos informações sobre a formação e a evolução subsequente do sistema planetário.

Os planetas em torno de estrelas tendem a formar-se em ressonância, mas podem ser facilmente perturbados. Por exemplo, um planeta muito massivo, um encontro próximo com uma estrela passageira, ou um evento de impacto gigante podem perturbar o equilíbrio cuidadoso.

Como resultado, muitos dos sistemas multi-planetários conhecidos pelos astrónomos não estão em ressonância, mas parecem suficientemente próximos para poderem ter sido ressonantes em tempos. No entanto, os sistemas multi-planetários que preservam a sua ressonância são raros.

“Pensamos que apenas cerca de um por cento de todos os sistemas permanecem em ressonância”, diz Rafael. É por isso que HD 110067 é especial e convida a um estudo mais aprofundado. “Mostra-nos a configuração prístina de um sistema planetário que sobreviveu intocado”.

“Como a nossa equipa científica diz: O CHEOPS está a fazer com que descobertas extraordinárias pareçam comuns. Dos apenas três sistemas ressonantes com seis planetas conhecidos, este é agora o segundo encontrado pelo CHEOPS, e em apenas três anos de operações”, diz Maximilian Günther, cientista do projecto CHEOPS da ESA.

HD 110067 é o sistema mais brilhante conhecido com quatro ou mais planetas. Uma vez que esses planetas são todos do tamanho de um sub-Neptuno, com atmosferas que são provavelmente alargadas, são candidatos ideais para o Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA, e os futuros telescópios ARIEL (Atmospheric Remote-sensing Infrared Exoplanet Large-survey) e PLATO (PLAnetary Transits and Oscillations of stars) da ESA, estudarem a composição das suas atmosferas.

// ESA (comunicado de imprensa)
// NASA (comunicado de imprensa)
// Universidade de Chicago (comunicado de imprensa)
// Universidade de Berna (comunicado de imprensa)
// Universidade de Warwick (comunicado de imprensa)
// IAC (comunicado de imprensa)
// Universidade de Genebra (comunicado de imprensa)
// UCL (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Nature)
// Artigo científico (arXiv.org)

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1 de Dezembro de 2023


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Neblina alienígena, “cozinhada” num laboratório, esclarece a visão de mundos aquáticos distantes

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CIÊNCIA // ASTRONOMIA // UNIVERSO

Os cientistas simularam as condições que permitem a formação de céus nublados em exoplanetas ricos em água, um passo crucial para determinar de que forma a nebulosidade dificulta as observações dos telescópios terrestres e espaciais.

Dois exoplanetas ricos em água, com enormes camadas de neblina, orbitam a sua estrela hospedeira.
Crédito: Roberto Molar Candanosa/Universidade Johns Hopkins

A investigação fornece novas ferramentas para estudar a química atmosférica dos exoplanetas e ajudará os cientistas a modelar a forma como os exoplanetas com água se formam e evoluem, descobertas que poderão ajudar na procura de vida para além do nosso Sistema Solar.

“O grande objectivo é saber se existe vida fora do Sistema Solar, mas tentar responder a esse tipo de pergunta requer uma modelação muito detalhada de todos os tipos diferentes, especificamente em planetas com muita água”, disse a co-autora Sarah Hörst, professora associada de Ciências da Terra e Planetárias da Universidade Johns Hopkins.

“Isto tem sido um enorme desafio porque não temos o trabalho de laboratório para o fazer, por isso estamos a tentar usar estas novas técnicas de laboratório para obter mais dos dados que estamos a receber com todos estes grandes e sofisticados telescópios”.

A equipa publicou as suas conclusões na revista Nature Astronomy.

Segundo os investigadores, o facto de a atmosfera de um planeta conter neblinas ou outras partículas tem uma influência marcante nas temperaturas globais, nos níveis de entrada da luz estelar e noutros factores que podem dificultar ou promover a actividade biológica.

A equipa realizou as experiências numa câmara concebida à medida no laboratório de Hörst. São os primeiros a determinar a quantidade de neblina que se pode formar em planetas aquáticos fora do Sistema Solar, disse Hörst.

A neblina é constituída por partículas sólidas suspensas em gás e altera a forma como a luz interage com esse gás. Diferentes níveis e tipos de neblina podem afectar a forma como as partículas se espalham através de uma atmosfera, alterando o que os cientistas conseguem detectar sobre planetas distantes com telescópios.

“A água é a primeira coisa que procuramos quando estamos a tentar ver se um planeta é habitável, e já há observações interessantes de água nas atmosferas de exoplanetas.

Mas as nossas experiências e modelos sugerem que estes planetas muito provavelmente também contêm neblina”, disse Chao He, um cientista planetário que liderou a investigação na Johns Hopkins.

“Esta névoa complica realmente as nossas observações, pois turva a nossa visão da química atmosférica e das características moleculares de um exoplaneta.”

Os cientistas estudam os exoplanetas com telescópios que observam a forma como a luz atravessa a sua atmosfera, detectando a forma como os gases atmosféricos absorvem diferentes tonalidades ou comprimentos de onda dessa luz.

Observações distorcidas podem levar a erros de cálculo das quantidades de substâncias importantes no ar, como a água e o metano, e do tipo e níveis de partículas na atmosfera.

Tais interpretações erróneas podem prejudicar as conclusões dos cientistas sobre as temperaturas globais, a espessura de uma atmosfera e outras condições planetárias, disse Hörst.

A equipa criou duas misturas de gás contendo vapor de água e outros compostos que se supõe serem comuns em exoplanetas. A equipa emitiu um feixe de luz ultravioleta sobre essas misturas para simular a forma como a luz de uma estrela iniciaria as reacções químicas que produzem as partículas de neblina.

Depois mediram a quantidade de luz que as partículas absorviam e reflectiam para compreender como interagiam com a luz na atmosfera.

Os novos dados coincidiram com as assinaturas químicas de um exoplaneta bem estudado chamado GJ 1214 b com mais exactidão do que a investigação anterior, demonstrando que neblinas com diferentes propriedades ópticas podem levar a interpretações erradas da atmosfera de um planeta.

As atmosferas exoplanetárias podem ser muito diferentes das do nosso Sistema Solar, disse Hörst, acrescentando que há mais de 5000 exoplanetas confirmados com diferentes químicas atmosféricas.

A equipa está agora a trabalhar para criar mais “análogos” de neblina feitos em laboratório com misturas de gases que representem com maior precisão o que se vê com os telescópios.

“As pessoas poderão usar esses dados quando modelarem essas atmosferas para tentar compreender coisas como a temperatura da atmosfera e da superfície do planeta, se existem nuvens, qual a sua altura e de que são feitas, ou a velocidade dos ventos”, disse Hörst.

“Todo este tipo de coisas pode ajudar-nos a concentrar a nossa atenção em planetas específicos e a tornar as nossas experiências únicas, em vez de fazermos apenas testes generalizados quando tentamos compreender o panorama geral.”

// Universidade Johns Hopkins (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Nature Astronomy)
// Artigo científico (arXiv.org)

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1 de Dezembro de 2023


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308: Uma visão radicalmente nova das galáxias anãs que rodeiam a Via Láctea

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CIÊNCIA // ASTRONOMIA // UNIVERSO // VIA LÁCTEA

Embora se pense que são, há muito tempo, satélites da nossa Galáxia, um novo estudo revela agora indícios de que a maioria dessas galáxias anãs pode, de facto, ser destruída pouco depois da sua entrada no halo Galáctico. Graças ao mais recente catálogo do satélite Gaia da ESA, uma equipa internacional demonstrou agora que as galáxias anãs podem estar fora de equilíbrio.

O estudo levanta questões importantes sobre o modelo cosmológico padrão, nomeadamente sobre a prevalência da matéria escura no nosso ambiente mais próximo. Há muito que se supõe que as galáxias anãs em torno da Via Láctea são satélites antigos que orbitam a nossa Galáxia há cerca de 10 mil milhões de anos.

Isto obriga-as a conter enormes quantidades de matéria escura para as proteger dos enormes efeitos de maré da atracção gravitacional da nossa Galáxia.

Partiu-se do princípio que a matéria escura causava as grandes diferenças observadas nas velocidades das estrelas dentro destas galáxias anãs.

As galáxias anãs em torno da Via Láctea.
Crédito: ESA/Gaia/DPAC

Os últimos dados Gaia revelaram agora uma visão completamente diferente das propriedades das galáxias anãs. Astrónomos do Observatório de Paris, do CNRS (Centre national de la recherche scientifique) e do Instituto Leibniz de Astrofísica de Potsdam conseguiram datar a história da Via Láctea, graças à relação que liga a energia orbital de um objecto à sua época de entrada no halo, o momento em que foram capturados pela primeira vez pelo campo gravitacional da Via Láctea: os objectos que chegaram mais cedo, quando a Via Láctea era menos massiva, têm energias orbitais mais baixas do que os que chegaram mais recentemente.

As energias orbitais da maioria das galáxias anãs são, surpreendentemente, substancialmente maiores do que a da galáxia anã Sagitário que entrou no halo há 5 a 6 mil milhões de anos. Isto implica que a maioria das galáxias anãs chegou muito mais recentemente, há menos de três mil milhões de anos.

Uma chegada tão recente implica que as anãs próximas vêm de fora do halo, onde se observa que quase todas as galáxias anãs contêm enormes reservatórios de gás neutro.

As galáxias ricas em gás perderam o seu gás quando colidiram com o gás quente do halo Galáctico. A violência dos choques e da turbulência neste processo alterou completamente as galáxias anãs.

Enquanto as galáxias anãs anteriormente ricas em gás eram dominadas pela rotação do gás e das estrelas, quando se transformam em sistemas sem gás a sua gravidade passa a ser equilibrada pelos movimentos aleatórios das estrelas que restam.

As galáxias anãs perdem o seu gás num processo tão violento que as coloca fora de equilíbrio, o que significa que a velocidade a que as suas estrelas se movem já não está em equilíbrio com a sua aceleração gravitacional.

Os efeitos combinados da perda de gás e dos choques gravitacionais devido ao mergulho na Galáxia explicam bem a grande dispersão de velocidades das estrelas no interior da galáxia anã remanescente.

Uma das curiosidades deste estudo é o papel da matéria escura. Em primeiro lugar, a ausência de um equilíbrio impede qualquer estimativa da massa dinâmica das galáxias anãs da Via Láctea e do seu conteúdo de matéria escura.

Em segundo lugar, enquanto no cenário anterior a matéria escura protegia a suposta estabilidade das galáxias anãs, o invocar da matéria escura torna-se bastante estranho para objectos fora de equilíbrio.

De facto, se a anã já contivesse muita matéria escura, esta teria estabilizado o seu disco inicial de estrelas em rotação, impedindo a transformação da anã numa galáxia com movimentos estelares aleatórios, como observado.

A descrição da recente chegada de galáxias anãs e das suas transformações no halo explica bem muitas das propriedades observadas destes objectos, em particular a razão pela qual têm estrelas a grandes distâncias do seu centro.

As suas propriedades parecem compatíveis com a ausência de matéria escura, contrariamente à ideia anterior de que as galáxias anãs são os objectos mais dominados pela matéria escura.

Surgem agora muitas questões, tais como: onde estão as muitas galáxias anãs dominadas por matéria escura que o modo cosmológico padrão espera em torno da Via Láctea?

Como podemos inferir o conteúdo de matéria escura de uma galáxia anã se não se pode assumir o equilíbrio? Que outras observações poderiam distinguir entre as galáxias anãs fora de equilíbrio propostas e o quadro clássico com anãs dominadas por matéria escura?

// Instituto Leibniz de Astrofísica de Potsdam (comunicado de imprensa)
// Observatório de Paris (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)
// Artigo científico (arXiv.org)

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28 de Novembro de 2023


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307: As galáxias anãs utilizam um período calmo de 10 milhões de anos para formar estrelas

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CIÊNCIA // ASTRONOMIA // UNIVERSO // GALÁXIAS

Se olharmos para as galáxias massivas repletas de estrelas, podemos pensar que são fábricas de estrelas, produzindo bolas brilhantes de gás. Mas, na verdade, as galáxias anãs menos evoluídas têm regiões maiores de fábricas de estrelas, com taxas mais elevadas de formação estelar.

A astrónoma Sally Oey, da Universidade do Michigan, estudou uma região de formação estelar na galáxia NGC 2366, que é uma típica galáxia irregular anã.
Crédito: Observatório de Calar Alto, J. van Eymeren (AIRUB, ATNF) e Á.R. López-Sánchez (CSIRO/ATNF)

Agora, investigadores da Universidade do Michigan descobriram a razão subjacente a este facto: estas galáxias gozam de um atraso de 10 milhões de anos na expulsão do gás que “atulha” o seu ambiente. As regiões de formação estelar conseguem manter o seu gás e poeira, permitindo que mais estrelas coalesçam e evoluam.

Nestas galáxias anãs relativamente pristinas, as estrelas massivas – estrelas com cerca de 20 a 200 vezes a massa do nosso Sol – colapsam em buracos negros em vez de explodirem como super-novas.

Mas em galáxias mais evoluídas e poluídas, como a nossa Via Láctea, é mais provável que expludam, gerando assim um super-vento colectivo. O gás e a poeira são expulsos da Galáxia e a formação estelar pára rapidamente.

As suas descobertas foram publicadas na revista The Astrophysical Journal.

“Quando as estrelas se tornam super-novas, poluem o seu ambiente produzindo e libertando metais”, disse Michelle Jecmen, primeira autora do estudo e investigadora universitária.

“Argumentamos que em ambientes galácticos com baixa metalicidade – relativamente não poluídos – há um atraso de 10 milhões de anos no início de fortes super-ventos, o que, por sua vez, resulta numa maior formação estelar.”

Os investigadores da Universidade do Michigan apontam para o que se chama o diapasão de Hubble, um diagrama que representa a forma como o astrónomo Edwin Hubble classificou as galáxias.

Na pega do diapasão estão as maiores galáxias. Enormes, redondas e repletas de estrelas, estas galáxias já transformaram todo o seu gás em estrelas.

Ao longo dos dentes do diapasão estão as galáxias espirais que têm gás e regiões de formação estelar ao longo dos seus braços compactos. Na extremidade do diapasão estão as galáxias mais pequenas e menos evoluídas.

“Mas estas galáxias anãs têm regiões de formação estelar realmente peculiares”, disse Sally Oey, astrónoma da Universidade do Michigan, autora principal do estudo.

“Tem havido algumas ideias sobre o porquê disso, mas a descoberta de Michelle fornece uma explicação muito boa: estas galáxias têm dificuldade em parar a sua formação estelar porque não expulsam o seu gás”.

Além disso, este período de 10 milhões de anos de silêncio oferece aos astrónomos a oportunidade de observar cenários semelhantes ao alvorecer cósmico, um período de tempo logo após o Big Bang, disse Jecmen. Nas galáxias anãs, o gás aglomera-se e forma espaços através dos quais a radiação pode escapar.

Este fenómeno anteriormente conhecido é designado por modelo da “cerca de estacas”, com a radiação UV a escapar entre as lacunas da cerca. O atraso explica porque é que o gás teria tido tempo para se aglomerar.

A radiação ultravioleta é importante porque ioniza o hidrogénio – um processo que também ocorreu logo após o Big Bang, fazendo com que o Universo passasse de opaco a transparente.

“Assim, olhar para as galáxias anãs de baixa metalicidade com muita radiação UV é um pouco semelhante a olhar para trás, para o alvorecer cósmico”, disse Jecmen. “Compreender o período perto do Big Bang é muito interessante.

É fundamental para o nosso conhecimento. É algo que aconteceu há tanto tempo – é tão fascinante que podemos ver situações semelhantes nas galáxias que existem actualmente”.

Um segundo estudo, publicado na revista The Astrophysical Journal Letters e liderado por Oey, utilizou o Telescópio Espacial Hubble para observar Mrk 71, uma região numa galáxia anã próxima, a cerca de 10 milhões de anos-luz de distância.

Em Mrk 71, a equipa encontrou evidências observacionais do cenário de Jecmen. Usando uma nova técnica com o Telescópio Espacial Hubble, a equipa utilizou um conjunto de filtros que analisa a luz do carbono triplamente ionizado.

Em galáxias mais evoluídas, com muitas explosões de super-nova, essas explosões aquecem o gás num enxame de estrelas a temperaturas muito elevadas – até milhões de graus Kelvin, disse Oey. À medida que este super-vento quente se expande, expulsa o resto do gás dos enxames estelares.

Mas em ambientes de baixa metalicidade como o de Mrk 71, onde as estrelas não estão a explodir, a energia dentro da região é irradiada. Não tem hipótese de formar um super-vento.

Os filtros da equipa captaram um brilho difuso do carbono ionizado em Mrk 71, demonstrando que a energia é irradiada para longe. Por conseguinte, não existe um super-vento quente, permitindo que o gás denso permaneça em todo o ambiente.

Oey e Jecmen dizem que há muitas implicações para o seu trabalho.

“As nossas descobertas podem também ser importantes para explicar as propriedades das galáxias que estão a ser observadas no alvorecer cósmico pelo Telescópio Espacial James Webb neste momento”, disse Oey. “Penso que ainda estamos no processo de compreender as consequências”.

// Universidade do Michigan (comunicado de imprensa)
// Artigo científico #1 (The Astrophysical Journal)
// Artigo científico #1 (arXiv.org)
// Artigo científico #2 (The Astrophyical Journal Letters)
// Artigo científico #2 (arXiv.org)

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28 de Novembro de 2023


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306: Novos conhecimentos sobre a evolução estelar

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CIÊNCIA // FÍSICA // ASTRONOMIA // EVOLUÇÃO ESTELAR

Uma nova descoberta pioneira poderá transformar a forma como os astrónomos compreendem algumas das maiores e mais comuns estrelas do Universo.

Impressão de artista de uma estrela “vampira” (esquerda) que rouba material da sua “vítima”.
Crédito: ESO/M. Kornmesser/S.E. de Mink

A investigação levada a cabo pelo estudante de doutoramento Jonathan Dodd e pelo Professor René Oudmaijer, da Escola de Física e Astronomia da Universidade de Leeds, aponta para novas e intrigantes evidências de que as estrelas massivas Be – que até agora se pensava existirem principalmente em sistemas duplos – podem de facto ser “triplas”.

A notável descoberta poderá revolucionar a nossa compreensão destes objectos – um subconjunto das estrelas B – que são considerados um importante “banco de ensaio” para o desenvolvimento de teorias sobre a evolução das estrelas em geral.

Estas estrelas Be estão rodeadas por um disco característico feito de gás – semelhante aos anéis de Saturno no nosso próprio Sistema Solar. E embora as estrelas Be sejam conhecidas há já cerca de 150 anos – tendo sido identificadas pela primeira vez pelo famoso astrónomo italiano Angelo Secchi em 1866 – até agora, ninguém sabia como se formavam.

Até à data, o consenso entre os astrónomos diz que os discos são formados pela rápida rotação das estrelas Be, que pode ser provocada pela interacção das estrelas com a outra estrela no sistema binário.

Sistemas triplos

Dodd, autor correspondente da investigação, disse: “O melhor ponto de referência para isso é ver a ‘Guerra das Estrelas’, onde há planetas com dois sóis”.

Mas agora, ao analisar os dados do satélite Gaia da ESA, os cientistas dizem ter encontrado evidências de que estas estrelas existem de facto em sistemas triplos – com três corpos a interagir em vez de apenas dois.

Dodd acrescentou: “Observámos a forma como as estrelas se movem no céu nocturno, em períodos mais longos, como 10 anos, e períodos mais curtos, de cerca de seis meses.

Se uma estrela se move em linha recta, sabemos que há apenas uma estrela, mas se houver mais do que uma, veremos uma ligeira oscilação ou, no melhor dos casos, uma espiral.

“Aplicámos isto aos dois grupos de estrelas que estamos a analisar – as estrelas B e as estrelas Be – e o que descobrimos, de forma confusa, é que, à primeira vista, parece que as estrelas Be têm uma taxa mais baixa de companheiras do que as estrelas B. Isto é interessante porque esperávamos que as estrelas Be tivessem uma taxa mais elevada”.

No entanto, o investigador principal, prof. Oudmaijer, disse: “O facto de não as vermos pode dever-se ao facto de serem agora demasiado ténues para serem detectadas”.

Impressão de artista composta por uma estrela com um disco à sua volta (uma estrela “vampira” Be; primeiro plano) e a sua estrela companheira que foi despojada das suas camadas exteriores (fundo).
Crédito: ESO/L. Calçada

Transferência de massa

Os investigadores analisaram depois um conjunto diferente de dados, procurando estrelas companheiras mais distantes, e descobriram que, a estas separações maiores, a taxa de estrelas companheiras é muito semelhante entre as estrelas B e Be.

A partir daí, puderam inferir que, em muitos casos, uma terceira estrela está em jogo, forçando a companheira a aproximar-se da estrela Be – suficientemente perto para que a massa possa ser transferida de uma para a outra e assim possa formar o disco característico da estrela Be.

Isto também pode explicar porque é que já não vemos estas companheiras; tornaram-se demasiado pequenas e ténues para serem detectadas depois da estrela Be “vampira” ter sugado tanta da sua massa.

A descoberta poderá ter um enorme impacto noutras áreas da astronomia – incluindo a nossa compreensão dos buracos negros, das estrelas de neutrões e das fontes de ondas gravitacionais.

O professor Oudmaijer afirmou: “Está a decorrer uma revolução na física em torno das ondas gravitacionais. Só há alguns anos é que começámos a observar estas ondas gravitacionais, que se descobriu serem devidas à fusão de buracos negros.

“Sabemos que estes objectos enigmáticos – buracos negros e estrelas de neutrões – existem, mas não sabemos muito sobre as estrelas que se transformam neles. As nossas descobertas fornecem uma pista para compreender estas fontes de ondas gravitacionais”.

E acrescentou: “Durante a última década, os astrónomos descobriram que a binariedade é um elemento incrivelmente importante na evolução estelar. Estamos agora a avançar mais para a ideia de que é ainda mais complexo do que isso e que as estrelas triplas devem ser consideradas.”

“De facto”, disse Oudmaijer, “as triplas tornaram-se as novas binárias”.

// Universidade de Leeds (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)
// Artigo científico (arXiv.org)

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242: Webb identifica metano na atmosfera de um exoplaneta

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CIÊNCIA // ASTRONOMIA // WEBB

O Telescópio Espacial James Webb da NASA observou o exoplaneta WASP-80 b à medida que este passava em frente e por detrás da sua estrela hospedeira, revelando espectros indicativos de uma atmosfera contendo o gás metano e vapor de água.

Embora o vapor de água tenha sido detectado em mais de uma dúzia de planetas até à data, até há pouco tempo o metano – uma molécula encontrada em abundância nas atmosferas de Júpiter, Saturno, Úrano e Neptuno no nosso Sistema Solar – permaneceu esquivo nas atmosferas de exoplanetas em trânsito quando estudado com espectroscopia espacial.

Representação artística do exoplaneta ameno WASP-80 b, cuja cor pode parecer azulada aos olhos humanos devido à ausência de nuvens de grande altitude e à presença de metano atmosférico identificado pelo Telescópio Espacial James Webb da NASA, semelhante aos planetas Úrano e Neptuno no nosso próprio Sistema Solar.
Crédito: NASA

Taylor Bell, do BAERI (Bay Area Environmental Research Institute), que trabalha no Centro de Investigação Ames da NASA, em Silicon Valley, no estado norte-americano da Califórnia, e Luis Welbanks, da Universidade do Estado do Arizona, explicam a importância da descoberta do metano nas atmosferas de exoplanetas e discutem como as observações do Webb facilitaram a identificação desta molécula há muito procurada. Estas descobertas foram recentemente publicadas na revista científica Nature.

“Com uma temperatura de cerca de 825 K (aproximadamente 552º C), WASP-80 b é o que os cientistas chamam um ‘Júpiter ameno’, que são planetas semelhantes em tamanho e massa ao planeta Júpiter no nosso Sistema Solar, mas que têm uma temperatura que se situa entre a dos Júpiteres quentes, como HD 209458 b (o primeiro exoplaneta em trânsito descoberto), com 1450 K (1177º C), e a dos Júpiteres frios, como o nosso, que tem cerca de 125 K (-148º C) “.

WASP-80 b dá uma volta à sua estrela anã vermelha de três em três dias e está situado a 163 anos-luz de distância, na direcção da constelação de Águia. Como o planeta está tão perto da sua estrela e ambos estão tão longe de nós, não podemos ver o planeta directamente, nem mesmo com os telescópios mais avançados como o Webb.

Em vez disso, os investigadores estudam a luz combinada da estrela e do planeta usando o método de trânsito (que tem sido usado para descobrir a maioria dos exoplanetas conhecidos) e o método do eclipse.

Usando o método de trânsito, observaram o sistema quando o exoplaneta se moveu em frente da sua estrela, a partir da nossa perspectiva, fazendo com que a luz da estrela que vemos diminuísse um pouco. É como quando alguém passa à frente de um candeeiro e a luz diminui.

Durante este tempo, um fino anel da atmosfera do planeta à volta da fronteira dia/noite é iluminado pela estrela e, em certas cores de luz em que as moléculas da atmosfera do planeta absorvem a luz, a atmosfera parece mais espessa e bloqueia mais a luz estelar, causando um escurecimento mais profundo do que noutros comprimentos de onda em que a atmosfera parece transparente.

Este método ajuda os cientistas a compreender de que é feita a atmosfera do planeta, vendo que cores de luz estão a ser bloqueadas.

Entretanto, utilizando o método do eclipse, observaram o sistema quando o planeta passou por detrás da sua estrela, a partir da nossa perspectiva, causando outro pequeno decréscimo na luz total que recebemos.

Todos os objectos emitem alguma luz, chamada radiação térmica, com a intensidade e a cor da luz emitida a depender do grau de aquecimento do objecto.

Pouco antes e pouco depois do eclipse, o lado quente do planeta está virado para nós e, medindo a queda de luz durante o eclipse, conseguimos medir a luz infravermelha emitida pelo planeta.

Nos espectros de eclipses, a absorção por moléculas na atmosfera do planeta aparece tipicamente como uma redução na luz emitida pelo planeta em comprimentos de onda específicos.

Além disso, dado que o planeta é muito mais pequeno e frio do que a sua estrela hospedeira, a profundidade de um eclipse é muito menor do que a profundidade de um trânsito.

O espectro de trânsito (em cima) e o espectro do eclipse (em baixo) de WASP-80 b medidos pelo modo de espectroscopia do NIRCam do Telescópio Espacial James Webb da NASA. Em ambos os espectros, há evidências claras de absorção de água e metano, cujas contribuições são indicadas com contornos coloridos. Durante um trânsito, o planeta passa em frente da estrela, e num espectro de trânsito, a presença de moléculas faz com que a atmosfera do planeta bloqueie mais luz em certas cores, causando um escurecimento mais profundo nesses comprimentos de onda. Durante um eclipse, o planeta passa por detrás da estrela e, neste espectro do eclipse, as moléculas absorvem alguma da luz emitida pelo planeta em cores específicas, o que leva a uma menor diminuição do brilho durante o eclipse em comparação com um trânsito.
Crédito: BAERI/NASA/Taylor Bell

O primeiro tipo de modelo é totalmente flexível, tentando milhões de combinações de abundâncias e temperaturas de metano e água para encontrar a combinação que melhor corresponde aos dados.

O segundo tipo, designado por “modelos auto-consistentes”, também explora milhões de combinações, mas utiliza os nossos conhecimentos actuais de física e química para determinar os níveis de metano e de água que podem ser esperados.

Ambos os tipos de modelos chegaram à mesma conclusão: uma detecção definitiva de metano.

Para validar os resultados, utilizaram métodos estatísticos robustos para avaliar a probabilidade de a detecção ser um ruído aleatório. “No nosso campo, consideramos que o ‘padrão de ouro’ é algo chamado de ‘detecção de 5-sigma’, o que significa que as probabilidades de uma detecção ser causada por ruído aleatório são de 1 em 1,7 milhões.

Entretanto, detectámos metano com 6,1-sigma em ambos os espectros do trânsito e do eclipse, o que coloca as probabilidades de uma falsa detecção em cada observação em 1 em 942 milhões, ultrapassando o ‘padrão de ouro’ de 5-sigma e reforçando a nossa confiança em ambas as detecções”.

Com uma detecção tão segura, não só encontraram uma molécula muito esquiva, como podem agora começar a explorar o que esta composição química nos diz sobre o nascimento, crescimento e evolução do planeta.

Por exemplo, ao medir a quantidade de metano e de água no planeta, podem inferir a relação entre átomos de carbono e átomos de oxigénio. Espera-se que este rácio mude dependendo de onde e quando os planetas se formam no seu sistema.

Assim, a análise deste rácio carbono/oxigénio pode fornecer pistas sobre se o planeta se formou perto da sua estrela ou mais longe, antes de se mover gradualmente para o interior.

Outra coisa que os entusiasma com esta descoberta é a oportunidade de, finalmente, comparar planetas fora do nosso Sistema Solar com os que se encontram nele.

A NASA tem um historial de enviar naves espaciais aos gigantes gasosos do nosso Sistema Solar para medir a quantidade de metano e outras moléculas nas suas atmosferas.

Agora, ao disporem de uma medição do mesmo gás num exoplaneta, podem começar a fazer uma comparação “de maçãs para maçãs” e ver se as expectativas do Sistema Solar correspondem ao que vemos fora dele.

“Finalmente, ao olharmos para as futuras descobertas com o Webb, este resultado mostra-nos que estamos à beira de mais descobertas excitantes. Observações adicionais de WASP-80 b com o MIRI e com o NIRCam do Webb permitir-nos-ão sondar as propriedades da atmosfera em diferentes comprimentos de onda da luz.

As nossas descobertas levam-nos a pensar que seremos capazes de observar outras moléculas ricas em carbono, como o monóxido de carbono e o dióxido de carbono, permitindo-nos traçar um quadro mais completo das condições da atmosfera deste planeta.

Além disso, à medida que formos encontrando metano e outros gases em exoplanetas, continuaremos a expandir o nosso conhecimento sobre como a química e a física funcionam em condições diferentes das que temos na Terra e, talvez em breve, noutros planetas que nos fazem lembrar o que temos aqui em casa.

Uma coisa é certa – a viagem de descoberta com o Telescópio Espacial James Webb está repleta de potenciais surpresas”.

// NASA (blog)
// Universidade do Estado do Arizona (comunicado de imprensa)
// Universidade da Califórnia, Santa Cruz (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Nature)
// Artigo científico (arXiv.org)

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24 de Novembro de 2023


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241: Astrónomos encontram a chave para detectar as maiores estruturas do Universo primitivo

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CIÊNCIA // ASTRONOMIA // UNIVERSO PRIMITIVO

Uma equipa internacional de investigação, liderada pelo IAC (Instituto de Astrofísica de Canarias) e pela ULL (Universidad de La Laguna), juntamente com um grupo de universidades italianas, confirmou um novo método para encontrar proto-enxames de galáxias, as maiores estruturas do Universo primitivo.

Estes progenitores dos actuais enxames galácticos desempenharam um papel essencial na evolução do Universo, mas não são fáceis de encontrar. Este estudo mostra que um tipo específico de galáxias, as que emitem radiação em comprimentos de onda submilimétricos, são bons indicadores da presença de proto-enxames distantes. Os resultados foram publicados na revista Astronomy & Astrophysics.

Impressão de artista de um proto-enxame de galáxias no Universo primitivo, mostrando galáxias a formar novas estrelas e a interagir umas com as outras.
Crédito: ESO/M. Kornmesser

Os proto-enxames galácticos eram as maiores estruturas no início do Universo, apenas 1000 milhões de anos após o Big Bang. A comunidade científica está muito interessada nestes sistemas, progenitores dos actuais enxames de galáxias; por serem tão antigos, podem ajudar-nos a compreender os processos de formação e evolução das estruturas de grande escala no Universo.

No entanto, a identificação de proto-enxames não é nada fácil e são muito poucos os que se conhecem.

Para resolver este problema, uma equipa científica internacional propôs um novo método, centrado num tipo particular de objectos, as galáxias submilimétricas.

Foram descobertas no final da década de 1990 e o seu nome deve-se à sua intensa radiação na banda de ondas submilimétricas, que é a região do espectro electromagnético entre o infravermelho e as micro-ondas.

Estão entre as galáxias mais massivas e poeirentas do Universo e têm altas taxas de formação estelar, que podem ser cem vezes maiores do que a da Via Láctea.

“Vários estudos anteriores mostraram evidências de que as galáxias submilimétricas estão no centro de proto-enxames de galáxias, mas havia uma grande controvérsia”, explica a primeira autora do artigo, Rosa Calvi, investigadora da Universidade de Ferrara, anteriormente investigadora no IAC.

“O nosso artigo apresenta o primeiro estudo sistemático em grande escala de uma amostra de galáxias submilimétricas confirmadas espetroscopicamente”.

Como resultado do estudo, a equipa mostrou, sem qualquer dúvida, que as galáxias submilimétricas são excelentes rastreadoras de proto-enxames distantes.

Para chegar a este resultado, procuraram proto-enxames em torno de doze galáxias submilimétricas, e descobriram que onze delas estão alojadas, no total, em oito proto-enxames. Destes oito proto-enxames, o novo estudo confirmou independentemente três que já eram conhecidos, e a equipa encontrou ainda indícios de cinco novos proto-enxames.

Um deles, em torno da galáxia GN10, está entre os proto-enxames mais distantes observados até agora. A sua luz demorou mais de 12.500 milhões de anos a chegar à Terra.

O estudo também avança a nossa compreensão da ligação física entre as galáxias submilimétricas e os seus ambientes, mostrando uma correlação, até agora não observada, entre a quantidade de gás molecular (o material a partir do qual se formam as estrelas) nas galáxias submilimétricas e as sobre-densidades das galáxias e dos proto-enxames.

“Para explicar esta correlação, propusemos a hipótese de que as interacções entre as galáxias e os seus ambientes mais densos facilitam o colapso do gás e a consequente elevada taxa de formação estelar que caracteriza as galáxias submilimétricas mais brilhantes”, afirma Helmut Dannerbauer, investigador do IAC e da ULL, co-autor do artigo.

Espera-se que, nos próximos anos, o número de proto-enxames confirmados aumente consideravelmente, devido à utilização da nova geração de instrumentos, como o satélite Euclid, uma das principais missões actuais da ESA.

“Com o satélite Euclid, um instrumento revolucionário para o estudo de estruturas de grande escala, esperamos descobrir e caracterizar milhares de proto-enxames distantes, dando assim um impulso sem precedentes ao estudo da evolução das galáxias”, conclui Gianluca Castignani, investigador da Universidade de Bolonha, outro participante neste estudo.

// IAC (comunicado de imprensa)
// ULL (comunicado de imprensa)
// Universidade de Bolonha (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Astronomy & Astrophysics)
// Artigo científico (arXiv.org)

CCVALG
24 de Novembro de 2023


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