Arquivo da Categoria: Telescópio Espacial James Webb

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)

CCVALG
5 de Dezembro de 2023



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404: James Webb detecta “estruturas inexplicáveis” no coração da nossa galáxia

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CIÊNCIA // ASTRONOMIA // VIA LÁCTEA

A NASA revelou uma nova imagem da Via Láctea, obtida pelo Telescópio Espacial James Webb, que apresenta uma região próxima do núcleo da nossa galáxia repleta daquilo a que a agência espacial chama de “estruturas inexplicáveis”, semelhantes a agulhas.

NASA, ESA, CSA, STScI, and S. Crowe (University of Virginia)

O Telescópio Espacial James Webb, um poderoso instrumento de infravermelhos, conseguiu tirar uma fotografia detalhada de Sagitário C, uma região central da Via Láctea onde nascem as estrelas. Esta região encontra-se a cerca de 300 anos-luz do gigantesco buraco negro que constitui o núcleo central da nossa galáxia.

A imagem contém cerca de 500 mil estrelas e um aglomerado de protoestrelas que emergem de densas nuvens escuras de poeira e gás. O telescópio também revelou mantos de plumas (a ciano na imagem), que se crê serem emissões de hidrogénio ionizado. Normalmente, estas nuvens são o produto de estrelas maciças que emitem fotões excitados que ionizam o hidrogénio gasoso circundante.

Segundo o Futurism, os cientistas estão intrigados com a existência de estruturas em forma de agulha que se encontram aleatoriamente distribuídas pelo hidrogénio ionizado. Apesar de não saberem o que são, estão determinados a procurar mais dados para descobrir.

“Nunca houve dados infravermelhos sobre esta região com o nível de resolução e sensibilidade que obtemos com o Webb, por isso estamos a ver muitas características aqui pela primeira vez”, explicou Samuel Crowe, estudante universitário e investigador principal da Universidade da Virgínia.

“O Webb revela uma quantidade incrível de detalhes, permitindo-nos estudar a formação de estrelas neste tipo de ambiente de uma forma que não era possível anteriormente”, acrescenta o astrónomo.

O telescópio foi lançado no final de 2021, com as suas primeiras imagens a serem divulgadas no ano seguinte. O objectivo do instrumento é levantar o véu sobre os primeiros períodos do Universo, procurar exoplanetas, examinar as primeiras galáxias e mapear a formação de estrelas.

Esta imagem pode, precisamente, ajudar os investigadores a compreender como é que estas se formam.

“O centro galáctico é um lugar cheio e tumultuoso”, começou por dizer Rubén Fedriani, investigador do Instituto Astrofísico de Andaluzia.

“Há nuvens de gás turbulentas e magnetizadas que estão a formar estrelas, que depois têm impacto no gás circundante com os seus ventos, jactos e radiação. O Webb forneceu-nos uma tonelada de dados sobre este ambiente extremo, e nós estamos apenas a começar a investigá-los“, rematou.

ZAP //
5 Dezembro, 2023



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389: Misteriosas sombras escuras observadas na Nebulosa de Órion

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CIÊNCIA // ASTRONOMIA // ORION

Apareceram umas misteriosas sombras escuras na Nebulosa de Órion. Não são visíveis noutros comprimentos de onda e nunca foram vistas anteriormente.

NASA, ESA, CSA / Condutas científicas e processamento de imagens: M. McCaughrean, S. Pearson

A Nebulosa de Órion é uma das nebulosas mais brilhantes visíveis a olho nu e a região região de formação estelar mais próxima da Terra.

As observações com JWST revelaram imagens deslumbrantes e descobertas incríveis, como a presença de objectos binários da massa de Júpiter, que desafiam as teorias actuais sobre a formação de planetas e estrelas.

Mas, algo ainda mais misterioso se esconde ali.

As incríveis observações da Nebulosa de Orion são um mosaico de milhares de imagens e múltiplos filtros.

No estudo publicado na revista Astronomy & Astrophysics, os investigadores que as reuniram notaram algo de estranho num dos filtros — F115W — que observava o Universo através de luz com comprimentos de onda da ordem dos 1,16 microns.

Segundo o IFLScience, em certas observações desse filtro, apareciam sombras peculiares. Não foi observada qualquer característica equivalente noutros instrumentos, o que intrigou os investigadores.

“Quando estava a olhar à minha volta, comecei a ver todas aquelas sombras escuras à volta das coisas. E isso aparece nas figuras mais tarde. E é apenas nesse filtro, exclusivamente nesse filtro.

Essas sombras não existem em nenhum outro comprimento de onda com o Hubble ou com o JWST”, disse Mark McCaughrean, Conselheiro Sénior para a Ciência e Exploração da Agência Espacial Europeia.

A primeira coisa que os investigadores consideraram foi a poeira, mas não fazia sentido, uma vez que a sombra desaparecia noutros filtros.

Por isso, pensaram em algo que pudesse ser encontrado em abundância numa nebulosa, mas que só fosse visível numa janela estreita do espectro electromagnético. A substância mais provável é o hélio.

O hélio é o segundo elemento mais abundante no Universo, constituindo cerca de um quarto de toda a matéria comum do Universo. E, em particular, este seria o hélio com os seus dois electrões ainda presentes — o hélio neutro.

“Pensamos que se trata de hélio neutro frio que absorve a luz da nebulosa de fundo. E, talvez o mais notável, vemos jactos proto-estelares em absorção contra o fundo”, disse McCaughrean.

O JWST já viu a sua quota-parte de jactos proto-estelares. As imagens partilhadas com o público mostram as incríveis interacções entre estes jactos e outros materiais cósmicos. As interacções violentas produzem luz, permitindo que os telescópios as vejam.

“Os meus amigos que trabalham nessa área acham que isso é muito mais excitante do que os JuMBOs, porque se se tratar de um absorvente neutro nesses fluxos de saída, isso permitir-nos-á essencialmente medir a sua massa directamente pela primeira vez”, explica McCaughrean.

 Teresa Oliveira Campos, ZAP //
3 Dezembro, 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)

CCVALG
1 de Dezembro de 2023


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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)

CCVALG
24 de Novembro de 2023


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211: Hubble mede o tamanho do exoplaneta mais próximo em trânsito

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CIÊNCIA // ASTRONOMIA // HUBBLE

O Telescópio Espacial Hubble da NASA mediu o tamanho do exoplaneta mais próximo da Terra que passa pela face de uma estrela vizinha. Este alinhamento, chamado trânsito, abre a porta a estudos posteriores para ver que tipo de atmosfera, se é que existe, o mundo rochoso poderá ter.

Ilustração do exoplaneta LTT 1445Ac, que tem o tamanho da Terra. O planeta orbita uma estrela anã vermelha. A estrela está num sistema triplo, com duas anãs vermelhas em órbita íntima, vistas no canto superior direito. O ponto preto à frente da brilhante esfera vermelho-clara no centro da imagem é o planeta LTT 1445Ac a transitar pela face da estrela. O planeta tem uma temperatura à superfície de cerca de 260º C. Em primeiro plano, no canto inferior esquerdo, está outro planeta do sistema, LTT 1445Ab. A vista é de 22 anos-luz de distância, olhando para trás em direcção ao nosso Sol, que é o ponto brilhante em baixo à direita. Algumas das estrelas de fundo fazem parte da constelação de Boieiro.
Crédito: NASA, ESA, Leah Hustak (STScI)

O pequeno planeta, LTT 1445Ac, foi descoberto pela primeira vez pelo TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) da NASA em 2022. Mas a geometria do plano orbital do planeta em relação à sua estrela, vista da Terra, era incerta porque o TESS não tem a resolução óptica necessária.

Isto significa que a detecção pode ter sido o chamado trânsito rasante, em que um planeta apenas atravessa uma pequena porção do disco da estrela-mãe. Isto daria origem a um limite inferior impreciso do diâmetro do planeta.

“Havia a possibilidade deste sistema ter uma geometria azarada e, se fosse esse o caso, não conseguiríamos medir o tamanho correto. Mas, com as capacidades do Hubble, conseguimos determinar o seu diâmetro”, disse Emily Pass, do Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian, em Cambridge, Massachusetts, EUA.

Este diagrama compara dois cenários de como um exoplaneta do tamanho da Terra passa em frente da sua estrela hospedeira. O percurso inferior mostra o planeta apenas a roçar a estrela. Estudar a luz de um trânsito deste tipo pode levar a uma estimativa incorrecta do tamanho do planeta, fazendo-o parecer mais pequeno do que realmente é. O percurso superior mostra a geometria óptima, em que o planeta transita por todo o disco da estrela. A precisão do Telescópio Espacial Hubble pode distinguir entre estes dois cenários, produzindo uma medição precisa do diâmetro do planeta.
Crédito: NASA, ESA, Elizabeth Wheatley (STScI)

As observações do Hubble mostram que o planeta faz um trânsito normal por todo o disco da estrela, o que lhe dá um tamanho real de apenas 1,07 vezes o diâmetro da Terra.

Isto significa que o planeta é um mundo rochoso, como a Terra, com aproximadamente a mesma gravidade à superfície. Mas, com uma temperatura à superfície de cerca de 260º C, é demasiado quente para a vida tal como a conhecemos.

O planeta orbita a estrela LTT 1445A, que faz parte de um sistema triplo de três estrelas anãs vermelhas, a 22 anos-luz de distância, na direcção da constelação de Erídano. A estrela tem dois outros planetas maiores que LTT 1445Ac.

Um par íntimo de duas outras estrelas anãs, LTT 1445B e C, encontra-se a cerca de 4,8 mil milhões de quilómetros de distância de LTT 1445A, também resolvido pelo Hubble. O alinhamento das três estrelas e a órbita do par BC, vista de lado, sugerem que tudo no sistema é coplanar, incluindo os planetas conhecidos.

“Os planetas em trânsito são excitantes porque podemos caracterizar as suas atmosferas com espectroscopia, não só com o Hubble, mas também com o Telescópio Espacial James Webb. A nossa medição é importante porque diz-nos que este é provavelmente um planeta terrestre muito próximo.

Aguardamos com expectativa as observações que se seguirão e que nos permitirão compreender melhor a diversidade de planetas à volta de outras estrelas”, disse Pass.

// Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian (comunicado de imprensa)
// NASA (comunicado de imprensa)
// ESA (comunicado de imprensa)
// ESA/Hubble (comunicado de imprensa)
// STScI (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (arXiv.org)

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21 de Novembro de 2023


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Telescópio Espacial James Webb detecta vapor de água, dióxido de enxofre e nuvens de areia na atmosfera de um exoplaneta “fofo”

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CIÊNCIA // ASTRONOMIA // JAMES WEBB

Uma equipa de astrónomos europeus, liderada por investigadores do Instituto de Astronomia, KU Leuven, e pelo Instituto Max Planck de Astronomia, utilizou observações recentes feitas com o Telescópio Espacial James Webb para estudar a atmosfera do exoplaneta WASP-107b.

Ao espreitarem para o interior da atmosfera “fofa” de WASP-107b, descobriram não só vapor de água e dióxido de enxofre, mas também nuvens de areia de silicato. Estas partículas residem numa atmosfera dinâmica que exibe um vigoroso transporte de material. Os resultados do estudo foram publicados na revista Nature.

Impressão artística do exoplaneta WASP-107b e da sua estrela-mãe. Embora a estrela hospedeira, bastante fria, emita uma fracção relativamente pequena de fotões altamente energéticos, estes conseguem penetrar profundamente na atmosfera “fofa” do planeta.
Crédito: ilustração – Escola de Artes LUCA, Bélgica/Klaas Verpoest; ciência – Achrène Dyrek (CEA e Université Paris Cité, França), Michiel Min (SRON, Países Baixos), Leen Decin (KU Leuven, Bélgica)/Equipa europeia MIRI EXO GTO/ESA/NASA

Astrónomos de todo o mundo estão a aproveitar as capacidades avançadas do MIRI (Mid-Infrared Instrument) a bordo do Telescópio Espacial James Webb (JWST) para realizar observações inovadoras de exoplanetas – planetas que orbitam outras estrelas que não o nosso Sol.

Um destes mundos fascinantes é WASP-107b, um exoplaneta gasoso que orbita uma estrela ligeiramente mais fria e menos massiva do que o nosso Sol.

A massa do planeta é semelhante à de Neptuno, mas o seu tamanho é muito maior do que o de Neptuno, quase do tamanho de Júpiter. Esta característica torna WASP-107b bastante “fofo” quando comparado com os planetas gigantes gasosos do nosso Sistema Solar.

A “fofura” deste exoplaneta permite aos astrónomos olhar cerca de 50 vezes mais profundamente na sua atmosfera, em comparação com a profundidade de exploração alcançada num gigante do Sistema Solar como Júpiter.

A equipa de astrónomos europeus aproveitou ao máximo a notável “fofura” deste exoplaneta, que lhes permitiu olhar profundamente para a sua atmosfera.

Esta oportunidade abriu uma janela para desvendar a complexa composição química da sua atmosfera. A razão por detrás disto é bastante simples: os sinais, ou características espectrais, são muito mais proeminentes numa atmosfera menos densa do que numa mais compacta.

O seu estudo recente, agora publicado na revista Nature, revela a presença de vapor de água, dióxido de enxofre (SO2) e nuvens de silicato, mas, mais notavelmente, não há vestígios do gás de efeito de estufa, metano (CH4).

Uma atmosfera dinâmica

Estas detecções fornecem informações cruciais sobre a dinâmica e a química deste exoplaneta cativante. Em primeiro lugar, a ausência de metano indica um interior potencialmente quente, oferecendo um vislumbre tentador do movimento da energia térmica na atmosfera do planeta. Em segundo lugar, a descoberta de dióxido de enxofre – conhecido pelo odor a fósforos queimados – foi uma grande surpresa.

Os modelos anteriores previam a sua ausência, mas os novos modelos climáticos da atmosfera de WASP-107b mostram agora que a sua própria “fofura” permite a formação de dióxido de enxofre na atmosfera.

Apesar da sua estrela anfitriã emitir uma fracção relativamente pequena de fotões altamente energéticos, devido à sua natureza mais fria, estes fotões conseguem chegar às profundezas da atmosfera do planeta graças à sua natureza “fofa”. Isto permite a ocorrência das reacções químicas necessárias para produzir dióxido de enxofre.

Mas não foi só isso que observaram. Tanto as características espectrais do dióxido de enxofre como do vapor de água estão significativamente diminuídas em comparação com o que seriam num cenário sem nuvens.

As nuvens de grande altitude obscurecem parcialmente o vapor de água e o dióxido de enxofre na atmosfera. Embora se tenham inferido nuvens noutros exoplanetas, este é o primeiro caso em que os astrónomos conseguem identificar definitivamente a composição química destas nuvens.

Neste caso, as nuvens consistem em pequenas partículas de silicato, uma substância familiar para os humanos, encontrada em muitas partes do mundo como o principal constituinte da areia.

O espectro de transmissão do Neptuno quente, WASP-107b, captado pelo LRS (Low-Resolution Spectrometer) do MIRI (Mid-InfraRed Instrument) a bordo do JWST, revela evidências de vapor de água, dióxido de enxofre e nuvens de silicato (areia) na atmosfera do planeta.
Os astrónomos começam por medir a luz da estrela quando o exoplaneta não está em trânsito. Esta é a luz de base da estrela. Quando o exoplaneta passa em frente da sua estrela hospedeira, bloqueia parcialmente a luz estelar. Ao mesmo tempo, alguma luz estelar passa através da atmosfera do exoplaneta. O MIRI regista a luz total (luz estelar mais a luz estelar que atravessa a atmosfera do exoplaneta) durante o trânsito. Para cada comprimento de onda, os cientistas calculam a quantidade de luz estelar bloqueada pelo planeta e pela sua atmosfera (círculos brancos) subtraindo a luz estelar de base à luz total medida durante o trânsito.
O espectro cobre comprimentos de onda entre 4,61 e 11,83 micrómetros. Os dados são complementados com dados do Hubble, que vão de 1,1 a 1,7 micrómetros. A linha sólida laranja é o melhor modelo ajustado aos dados do JWST e do Hubble. As regiões sombreadas indicam a contribuição do vapor de água (a vermelho), do dióxido de enxofre (a azul) e das nuvens de areia (a amarelo) para o modelo mais adequado.
Crédito: ilustração – Michiel Min/Equipa europeia MIRI EXO GTO/ESA/NASA; ciência – Achrène Dyrek (CEA e Université Paris Cité, França), Michiel Min (SRON, Países Baixos), Leen Decin (KU Leuven, Bélgica)/Equipa europeia MIRI EXO GTO/ESA/NASA

“O JWST está a revolucionar a caracterização exoplanetária, fornecendo conhecimentos sem precedentes a uma velocidade notável”, diz a autora principal, a professora Leen Decin da KU Leuven.

“A descoberta de nuvens de areia, água e dióxido de enxofre neste exoplaneta ‘fofo’ pelo instrumento MIRI do JWST é um marco fundamental. Reformula a nossa compreensão da formação e evolução planetárias, lançando nova luz sobre o nosso próprio Sistema Solar.”

Em contraste com a atmosfera da Terra, onde a água congela a baixas temperaturas, nos planetas gasosos que atingem temperaturas de cerca de 1000 graus Celsius, as partículas de silicato podem congelar e formar nuvens.

No entanto, no caso de WASP-107b, com uma temperatura de cerca de 500 graus Celsius na atmosfera exterior, os modelos tradicionais previam que estas nuvens de silicato se deveriam estar a formar mais profundamente na atmosfera, onde as temperaturas são substancialmente mais elevadas.

Para além disso, as nuvens de areia no alto da atmosfera são como chuva. Como é então possível que estas nuvens de areia existam a grandes altitudes e continuem a subsistir?

De acordo com o autor principal, Dr. Michiel Min: “O facto de vermos estas nuvens de areia a grande altitude na atmosfera deve significar que as gotículas de chuva de areia se evaporam em camadas mais profundas e muito quentes e que o vapor de silicato resultante é eficientemente deslocado de volta para cima, onde se recondensa para formar novamente nuvens de silicato. Isto é muito semelhante ao ciclo do vapor de água e das nuvens na nossa Terra, mas com gotículas feitas de areia”.

Este ciclo contínuo de sublimação e condensação através do transporte vertical é responsável pela presença duradoura de nuvens de areia na atmosfera de WASP-107b.

Esta investigação pioneira não só lança luz sobre o mundo exótico de WASP-107b, como também alarga os limites da nossa compreensão das atmosferas exoplanetárias.

Constitui um marco significativo na exploração exoplanetária, revelando a intrincada interacção de elementos químicos e condições climáticas nestes mundos distantes.

“O JWST permite uma caracterização atmosférica profunda de um exoplaneta que não tem qualquer equivalente no nosso Sistema Solar, estamos a desvendar novos mundos!”, diz a autora principal, a Dra. Achrène Dyrek do CEA Paris.

// KU Leuven (comunicado de imprensa)
// Instituto Max Planck de Astronomia (comunicado de imprensa)
// Universidade de Radboud (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Nature)

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17 de Novembro de 2023


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120: Webb e Hubble juntam forças para criar a visão mais colorida do Universo

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CIÊNCIA // ASTRONOMIA // UNIVERSO // WEBB // HUBBLE

O Telescópio Espacial James Webb e o Telescópio Espacial Hubble uniram-se para estudar um extenso enxame de galáxias conhecido como MACS0416.

A imagem pancromática resultante combina luz visível e infravermelha para reunir uma das vistas mais abrangentes do Universo jamais obtidas. Localizado a cerca de 4,3 mil milhões de anos-luz da Terra, MACS0416 é um par de enxames galácticos em colisão que acabarão por se combinar para formar um enxame ainda maior.

Esta vista pancromática do enxame de galáxias MACS0416 foi criada pela combinação de observações infravermelhas pelo Telescópio Espacial James Webb da NASA com dados no visível pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA. A cobertura de comprimento de onda resultante, de 0,4 a 5 micrómetros, revela uma paisagem vívida de galáxias cujas cores dão pistas sobre as distâncias das galáxias: as galáxias mais azuis estão relativamente próximas e mostram frequentemente uma intensa formação estelar, como foi detectado pelo Hubble, enquanto as galáxias mais vermelhas tendem a estar mais distantes, ou então contêm uma grande quantidade de poeira, como foi detectado pelo Webb. A imagem revela uma riqueza de pormenores que só é possível captar combinando o poder de ambos os telescópios espaciais. Nesta imagem, o azul representa dados com comprimentos de onda de 0,435 e 0,606 micrómetros (filtros do Hubble F435W e F606W); o ciano representa 0,814, 0,9 e 1,05 micrómetros (filtros do Hubble F814W e F105W e filtro do Webb F090W); o verde representa 1,15, 1,25, 1,4, 1,5 e 1,6 micrómetros (filtros Hubble F125W, F140W e F160W, e filtros Webb F115W e F150W); o amarelo corresponde a 2,00 e 2,77 micrómetros (filtros Webb F200W e F277W); o laranja corresponde a 3,56 micrómetros (filtro Webb F356W); e o vermelho representa dados a 4,1 e 4,44 micrómetros (filtros Webb F410M e F444W).
Crédito: NASA, ESA, CSA, STScI, J. Diego (Instituto de Física de Cantabria, Espanha), J. D’Silva (Universidade da Austrália Ocidental), A. Koekemoer (STScI), J. Summers & R. Windhorst (Universidade do Estado do Arizona), e H. Yan (Universidade do Missouri)

A imagem revela uma riqueza de pormenores que só é possível captar combinando o poder de ambos os telescópios espaciais. Inclui uma abundância de galáxias no exterior do enxame e um conjunto de fontes que variam ao longo do tempo, provavelmente devido à lente gravitacional – a distorção e amplificação da luz de fontes de fundo distantes.

Este enxame foi o primeiro de um conjunto de vistas super-profundas e sem precedentes do Universo, obtidas através de um programa ambicioso e colaborativo do Hubble chamado Frontier Fields, inaugurado em 2014. O Hubble foi pioneiro na procura de algumas das galáxias intrinsecamente mais ténues e mais jovens alguma vez detectadas.

A visão infravermelha do Webb reforça significativamente este olhar profundo, indo ainda mais longe no início do Universo com a sua visão infravermelha.

“Estamos a acrescentar ao legado do Hubble, avançando para distâncias maiores e para objectos mais ténues”, disse Rogier Windhorst da Universidade do Estado do Arizona, investigador principal do programa PEARLS (Prime Extragalactic Areas for Reionization and Lensing Science), que realizou as observações do Webb.

O que as cores significam

Para criar a imagem, em geral, os comprimentos de onda mais curtos da luz foram codificados com a cor azul, os comprimentos de onda mais longos com a cor vermelha e os comprimentos de onda intermédios com a cor verde. A vasta gama de comprimentos de onda, de 0,4 a 5 micrómetros, produz uma paisagem particularmente vívida de galáxias.

Estas cores dão pistas sobre as distâncias das galáxias: As galáxias mais azuis estão relativamente próximas e mostram frequentemente uma intensa formação estelar, como foi detectado pelo Hubble, enquanto as galáxias mais vermelhas tendem a estar mais distantes, como foi detectado pelo Webb.

Algumas galáxias também aparecem muito vermelhas porque contêm grandes quantidades de poeira cósmica que tende a absorver as cores mais azuis da luz das estrelas.

“O quadro completo só se torna claro quando se combinam os dados do Webb com os do Hubble”, disse Windhorst.

Comparação, lado a lado, do enxame de galáxias MACS0416, visto pelo Telescópio Espacial Hubble no visível (esquerda) e pelo Telescópio Espacial James Webb no infravermelho (direita), que revela pormenores diferentes. Ambas as imagens apresentam centenas de galáxias, mas a imagem do Webb mostra galáxias que são invisíveis ou pouco visíveis na imagem do Hubble. Isto acontece porque a visão infravermelha do Webb consegue detectar galáxias demasiado distantes ou poeirentas para serem vistas pelo Hubble (a luz de galáxias distantes é desviada para o vermelho devido à expansão do Universo). O tempo total de exposição do Webb foi de cerca de 22 horas, em comparação com as 122 horas de exposição da imagem do Hubble.
Crédito: NASA, ESA, CSA, STScI

Enxame de galáxias da Árvore de Natal

Embora as novas observações do Webb contribuam para esta visão agradável, foram efectuadas com um objectivo científico específico. A equipa de investigação combinou as suas três épocas de observações, cada uma tirada com semanas de intervalo, com uma quarta época da equipa de investigação CANUCS (CAnadian NIRISS Unbiased Cluster Survey).

O objectivo era procurar objectos que variassem de brilho observado ao longo do tempo, conhecidos como transientes.

Foram identificados 14 desses transientes em todo o campo de visão. Doze desses transientes estavam localizados em três galáxias que são altamente ampliadas por lentes gravitacionais, e são provavelmente estrelas individuais ou sistemas de estrelas múltiplas que são muito ampliados brevemente.

Os restantes dois transientes encontram-se em galáxias de fundo mais moderadamente ampliadas e são susceptíveis de serem super-novas.

“Estamos a chamar a MACS0416 o Enxame de Galáxias da Árvore de Natal, tanto por ser tão colorido como por causa destas luzes cintilantes que encontramos no seu interior. Podemos ver transientes por todo o lado”, disse Haojing Yan da Universidade do Missouri em Columbia, autor principal de um artigo que descreve os resultados científicos.

A descoberta de tantos transientes com observações que abrangem um período de tempo relativamente curto sugere que os astrónomos poderão encontrar muitos outros transientes neste enxame e noutros semelhantes através da monitorização regular com o Webb.

Uma estrela “Kaiju”

Entre os transientes identificados pela equipa, um destacou-se em particular. Localizado numa galáxia que existia cerca de 3 mil milhões de anos após o Big Bang, está ampliada por um factor de pelo menos 4000.

A equipa apelidou o sistema estelar de “Mothra”, numa alusão à sua “natureza monstruosa”, sendo ao mesmo tempo extremamente brilhante e extremamente ampliado.

Junta-se a outra estrela que sofre o efeito de lente que os investigadores identificaram anteriormente e que apelidaram de “Godzilla” (tanto Godzilla como Mothra são monstros gigantes conhecidos como kaiju no cinema japonês).

Curiosamente, Mothra também é visível nas observações do Hubble efectuadas nove anos antes. Isto é invulgar, porque é necessário um alinhamento muito específico entre o enxame de galáxias em primeiro plano e a estrela de fundo para ampliar um objecto assim tanto. Os movimentos mútuos da estrela e do enxame deveriam ter acabado por eliminar esse alinhamento.

Esta imagem do enxame de galáxias MACS0416 destaca uma galáxia de fundo sob o efeito de lentes gravitacionais, que existia cerca de 3 mil milhões de anos após o Big Bang. Essa galáxia contém um objecto transiente, ou seja, um objecto cujo brilho varia ao longo do tempo, que a equipa científica apelidou de “Mothra”. Mothra é uma estrela que é ampliada por um factor de pelo menos 4000 vezes. A equipa pensa que Mothra é ampliada não só pela gravidade do aglomerado de galáxias MACS0416, mas também por um objecto conhecido como “mililente” que provavelmente pesa tanto como um enxame globular de estrelas.
Crédito: NASA, ESA, CSA, STScI, J. Diego (Instituto de Física de Cantabria, Espanha), J. D’Silva (Universidade da Austrália Ocidental), A. Koekemoer (STScI), J. Summers & R. Windhorst (Universidade do Estado do Arizona), e H. Yan (Universidade do Missouri)

A explicação mais provável é que existe um objecto adicional no interior do enxame em primeiro plano que está a aumentar a ampliação. A equipa conseguiu determinar que a sua massa se situa entre 10.000 e 1 milhão de vezes a massa do nosso Sol. A natureza exacta da chamada “mililente”, no entanto, permanece desconhecida.

“A explicação mais provável é um enxame globular de estrelas que é demasiado ténue para ser visto directamente pelo Webb,” afirmou Jose Diego do Instituto de Física de Cantabria em Espanha, autor principal do artigo que detalha a descoberta. “Mas ainda não sabemos a verdadeira natureza desta lente adicional”.

O artigo de Yan et al. foi aceite para publicação na revista The Astrophysical Journal. O artigo de Diego et al. foi publicado na revista Astronomy & Astrophysics.

Os dados do Webb aqui apresentados foram obtidos no âmbito do programa PEARLS GTO 1176.

// NASA (comunicado de imprensa)
// ESA (comunicado de imprensa)
// STScI (comunicado de imprensa)
// ESA/Webb (comunicado de imprensa)
// Universidade do Estado do Arizona (comunicado de imprensa)
// Universidade do Missouri (comunicado de imprensa)
// Universidade A&M do Texas (comunicado de imprensa)
// Artigo científico – Yan et al. (arXiv.org)
// Artigo científico – Diego et al. (Astronomy & Astrophysics)
// Artigo científico – Diego et al. (arXiv.org)

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14 de Novembro de 2023


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90: Descobertas do Webb apoiam processo de formação planetária há muito proposto

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CIÊNCIA // ASTRONOMIA // WEBB

Cientistas que utilizam o Telescópio Espacial James Webb da NASA acabaram de fazer uma descoberta revolucionária ao revelarem como os planetas são feitos.

Ao observar vapor de água em discos protoplanetários, o Webb confirmou um processo físico que envolve a deriva de sólidos revestidos de gelo das regiões exteriores do disco para a zona dos planetas rochosos.

Esta impressão artística compara dois tipos de discos típicos de formação planetária em torno de estrelas recém-nascidas semelhantes ao Sol. À esquerda está um disco compacto e à direita um disco alargado com lacunas. Os cientistas que utilizam o Webb estudaram recentemente quatro discos protoplanetários – dois compactos e dois alargados. Os investigadores conceberam as suas observações para testar se os discos compactos de formação de planetas têm mais água nas suas regiões interiores do que os discos alargados de formação de planetas com lacunas. Isto aconteceria se os seixos cobertos de gelo nos discos compactos se deslocassem mais eficientemente para as regiões mais próximas da estrela e levassem grandes quantidades de sólidos e água para os planetas interiores rochosos em formação. A investigação actual propõe que os planetas grandes podem causar anéis de pressão acrescida, onde os seixos tendem a acumular-se. À medida que os seixos se deslocam, sempre que encontram um aumento de pressão, tendem a acumular-se aí. Estas armadilhas de pressão não bloqueiam necessariamente a deriva dos seixos, mas são um impedimento. É isto que parece estar a acontecer nos grandes discos com anéis e fendas. Este também pode ter sido um papel de Júpiter no nosso Sistema Solar – inibindo o fornecimento de seixos e água aos nossos pequenos planetas rochosos, interiores e relativamente pobres em água.
Crédito: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)

Há muito que as teorias propõem que os seixos gelados que se formam nas regiões frias e exteriores dos discos protoplanetários – a mesma zona de origem dos cometas no nosso Sistema Solar – devem ser as “sementes” fundamentais da formação dos planetas.

O principal requisito destas teorias é que os seixos se desloquem para dentro em direcção à estrela devido à fricção no disco gasoso, fornecendo sólidos e água aos planetas.

Uma previsão fundamental desta teoria é que à medida que os seixos gelados entram na região mais quente dentro da “linha de neve” – onde o gelo transita para vapor – devem libertar grandes quantidades de vapor de água frio. Foi exactamente isto que o Webb observou.

“O Webb revelou finalmente a ligação entre o vapor de água no disco interior e a deriva de seixos gelados do disco exterior”, disse o investigador principal Andrea Banzatti da Universidade Estatal do Texas em San Marcos. “Esta descoberta abre perspectivas excitantes para o estudo da formação de planetas rochosos com o Webb!”

“No passado, tínhamos esta imagem muito estática da formação planetária, quase como se existissem zonas isoladas a partir das quais os planetas se formavam”, explicou Colette Salyk, membro da equipa, de Vassar College em Poughkeepsie, estado norte-americano de Nova Iorque. “Agora temos evidências de que estas zonas podem interagir umas com as outras. É também algo que se propõe que tenha acontecido no nosso Sistema Solar”.

Aproveitando o poder do Webb

Os investigadores usaram o MIRI (Mid-Infrared Instrument) do Webb para estudar quatro discos – dois compactos e dois alargados – em torno de estrelas semelhantes ao Sol. Estima-se que todas estas quatro estrelas tenham entre 2 e 3 milhões de anos, ou seja, meramente recém-nascidas da perspectiva do tempo cósmico.

Espera-se que os dois discos compactos tenham uma deriva eficiente de seixos, levando-os a uma distância equivalente à órbita de Neptuno. Em contraste, espera-se que os discos estendidos tenham os seus seixos retidos em múltiplos anéis até seis vezes a órbita de Neptuno.

As observações do Webb foram concebidas para determinar se os discos compactos têm uma maior abundância de água na sua região interior de planetas rochosos, como seria de esperar se a deriva de seixos fosse mais eficiente e estivesse a levar muita massa sólida e água para os planetas interiores. A equipa escolheu usar o MRS (Medium-Resolution Spectrometer) do MIRI porque é sensível ao vapor de água nos discos.

Os resultados confirmaram as expectativas, revelando um excesso de água fria nos discos compactos, em comparação com os discos grandes.

Espectro de Emissão – Abundância da Água: este gráfico compara os dados espectrais da água quente e fria no disco de GK Tau, que é um disco compacto sem anéis, e no disco alargado de CI Tau, que tem pelo menos três anéis em órbitas diferentes. A equipa científica utilizou o poder de resolução sem precedentes do MRS (Medium-Resolution Spectrometer) do instrumento MIRI do JWST para separar os espectros em linhas individuais que sondam a água a diferentes temperaturas. Estes espectros, vistos no gráfico de cima, revelam claramente o excesso de água fria no disco compacto de GK Tau, em comparação com o grande disco de CI Tau. O gráfico inferior mostra o excesso de dados de água fria no disco compacto de GK Tau menos os dados de água fria no disco alargado de CI Tau. Os dados actuais, a roxo, estão sobrepostos a um modelo do espectro de água fria. Repare-se na semelhança entre eles.
Crédito: NASA, ESA, CSA, Leah Hustak (STSCI)

À medida que os seixos se deslocam, sempre que encontram uma saliência de pressão – um aumento de pressão – tendem a acumular-se aí. Estas armadilhas de pressão não bloqueiam necessariamente a deriva dos seixos, mas são um impedimento. Isto é o que parece estar a acontecer nos grandes discos com anéis e lacunas.

A investigação actual propõe que os grandes planetas podem provocar anéis de pressão acrescida, onde os seixos tendem a acumular-se. Este também pode ter sido um papel de Júpiter no nosso Sistema Solar – inibindo o fornecimento dos seixos e de água aos nossos pequenos planetas rochosos, interiores e relativamente pobres em água.

Resolvendo o enigma

Quando os dados foram recebidos pela primeira vez, os resultados foram intrigantes para a equipa de investigação. “Durante dois meses, ficámos presos a estes resultados preliminares que nos diziam que os discos compactos tinham água mais fria e os discos grandes tinham água mais quente”, recordou Banzatti. “Isto não fazia sentido, porque tínhamos seleccionado uma amostra de estrelas com temperaturas muito semelhantes.”

Só quando Banzatti sobrepôs os dados dos discos compactos aos dados dos discos grandes é que a resposta surgiu claramente: os discos compactos têm água fria extra mesmo no início interior da linha de neve, a uma distância cerca de dez vezes superior à da órbita de Neptuno.

“Agora vemos finalmente, sem ambiguidade, que é a água mais fria que está em excesso”, disse Banzatti. “Isto não tem precedentes e deve-se inteiramente ao maior poder de resolução do Webb!”

Este gráfico é uma interpretação dos dados do MIRI (Mid-Infrared Instrument) do Webb, que é sensível ao vapor de água nos discos. Mostra a diferença entre a deriva dos seixos e o conteúdo de água num disco compacto e num disco alargado com anéis e lacunas. No disco compacto à esquerda, à medida que os seixos cobertos de gelo se deslocam para dentro, em direcção à região mais quente, mais próxima da estrela, não são impedidos. Quando atravessam a linha de neve, o seu gelo transforma-se em vapor e fornece uma grande quantidade de água para enriquecer os planetas interiores, rochosos e em formação. À direita está um disco estendido com anéis e lacunas. Quando os seixos cobertos de gelo iniciam a sua viagem para o interior, muitos ficam parados nas fendas e presos nos anéis. Menos seixos gelados conseguem atravessar a linha de neve para fornecer água à região interior do disco.
Crédito: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)

Os resultados da equipa aparecem na edição de 8 de Novembro da revista The Astrophysical Journal Letters.

// NASA (comunicado de imprensa)
// STScI (comunicado de imprensa)
// Universidade Estatal do Texas (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (The Astrophysical Journal Letters)
// Artigo científico (arXiv.org)

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10 de Novembro de 2023


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