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“Estrelas falhadas” estão sendo usadas para compreender exoplanetas

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07 de Agosto de 2021
Ilustração de uma anã marrom.
Créditos: NASA/JPL-Caltech

Uma equipe de pesquisadores do Space Telescope Science Institute em Maryland desenvolveu uma nova técnica para examinar a atmosfera de anãs marrons, também conhecidas como “estrelas falhadas”, com a esperança de lançar alguma luz sobre as atmosferas planetárias de gigantes gasosos.

Desde a localização dos primeiros exoplanetas gigantes gasosos, os astrônomos têm buscado maneiras de explorar suas atmosferas contra o brilho intenso de seus sóis hospedeiros. Melhorias nos telescópios atuais, telescópios espaciais a serem lançados em breve e melhores ferramentas de análise podem um dia resolver esse problema. Enquanto esperamos que a tecnologia se atualize, esta nova técnica oferece uma solução temporária sólida. “Ainda não temos a capacidade de, com a tecnologia atual, analisar em detalhes a atmosfera de Beta Pictoris b”, disse Elena Manjavacas, chefe da equipe do instituto, ao descrever um exoplaneta de gás 13 vezes mais massivo que Júpiter. “Então, estamos usando nosso estudo da atmosfera desta anã marrom como um proxy para ter uma ideia de como as nuvens do exoplaneta podem parecer em diferentes alturas de sua atmosfera.”

Desde a descoberta do primeiro planeta fora do nosso sistema solar, os astrônomos continuaram a procurar métodos para entender melhor os mais de 4.000 exoplanetas identificados até agora. O telescópio James Webb, com lançamento previsto para novembro deste ano, já está encarregado de pesquisar a atmosfera de planetas rochosos semelhantes à Terra em busca de bioassinaturas (sinais de vida). Ainda assim, eles não são os únicos ambientes que esses pesquisadores esperam entender.

Em vez disso, alguns astrônomos estão estudando gigantes gasosos, bem como nosso próprio Júpiter, na esperança de entender como eles se formaram, bem como sua composição química atual. Infelizmente, isso tem sido extremamente difícil, uma vez que a maioria dos dados sobre esses exoplanetas se perde entre a radiação que sai de suas estrelas hospedeiras. Essa limitação forçou os astrônomos que estudam esses gigantes gasosos a serem criativos, com sua solução mais recente focalizando uma classe de estrelas falidas conhecidas como anãs marrons.

Conhecidas como “estrelas falhadas”, as anãs marrons são semelhantes aos gigantes gasosos, mas geralmente são significativamente maiores. Eles também são notavelmente semelhantes a uma estrela no início de sua vida, mas não têm massa e calor suficientes para manter a fusão nuclear como uma estrela. Além disso, ao contrário dos planetas que se formam em torno de uma estrela hospedeira, as anãs marrons normalmente se formam isoladamente, tornando-as mais fáceis de obter imagens sem que uma estrela hospedeira mude o sinal. Alguns dos mais jovens até oferecem luz e radiação suficientes para os pesquisadores estudarem muito mais de perto do que os gigantes gasosos, com sua composição oferecendo um análogo legítimo para esta classe de planeta.


O telescópio espacial James Webb poderá auxiliar nos estudos das anãs marrons.
Fonte: ESA/NASA

Para conduzir sua própria análise de uma estrela falida, neste caso, uma anã marrom flutuante conhecida como 2MASS J22081363 + 2921215, que faz parte de um bando de estrelas e objetos subestelares chamados de grupo móvel Beta Pictoris, localizado a aproximadamente 115 anos-luz, Elena e sua equipe reservaram um tempo no Observatório Keck, em Maunakea, Havaí, um observatório terrestre poderoso o suficiente para rastrear o alvo pretendido diretamente.

“A única maneira de fazer isso do solo é usando o instrumento MOSFIRE de alta resolução (Multi-Object Spectrograph for Infrared) do Keck, porque nos permite observar várias estrelas simultaneamente com nossa anã marrom”, disse Elena, que também foi ex- membro da equipe do observatório Keck. “Isso nos permite corrigir a contaminação introduzida pela atmosfera da Terra e medir o verdadeiro sinal da anã marrom com boa precisão.” Com o observatório apontado para seu alvo por duas horas e meia, a equipe usou o MOSFIRE, que faz a varredura de objetos no espectro do infravermelho próximo, para capturar e analisar as cores e variações de brilho na atmosfera da anã marrom. Essa mesma ferramenta também analisou as impressões digitais espectrais de vários elementos químicos na atmosfera, observando como eles mudaram com o tempo.

Ao analisar seus resultados, que estão programados para serem publicados no The Astronomical Journal, a equipe de pesquisa descobriu que os dados sugeriam que a anã marrom tem uma atmosfera mosqueada de nuvens dispersas, com o comunicado de imprensa observando que se assemelhava a “uma abóbora de Halloween esculpida, com luz escapando do interior quente.” “Essas observações são uma prova de conceito de que o MOSFIRE pode fazer esses tipos de estudos de atmosferas de anãs marrons”, disse Elena, comemorando os dados de alta qualidade capturados pelo instrumento. Nesse mesmo comunicado, Elena diz que o plano é usar o MOSFIRE para estudar outras atmosferas de anãs marrons e compará-las com as de gigantes gasosos. No entanto, ela também observa que telescópios ainda a serem lançados, como James Webb, fornecerão ainda mais informações sobre a atmosfera de uma anã marrom.

“O James Webb nos dará a estrutura de toda a atmosfera, fornecendo mais cobertura do que qualquer outro telescópio”, disse Elena. Ela também disse que espera que o MOSFIRE possa ser usado em conjunto com o James Webb para amostrar uma gama mais ampla de anãs marrons e espera obter uma melhor compreensão de muitos outros exoplanetas gigantes gasosos. “Os exoplanetas são muito mais diversos do que o que vemos localmente no sistema solar”, disse o cientista-chefe do observatório Keck, John O’Meara. “É um trabalho desse tipo, e um trabalho futuro com Keck e James Webb, que nos dará uma imagem mais completa da diversidade de planetas orbitando outras estrelas.”

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