Planetas solitários


Traduzido de: Common Jupiters?

Nova pesquisa mostra que planetas solitários do tipo Júpiter podem ser mais comuns do que estrelas

 

Illustration of a Jupiter-like planet floating freely without a parent star.

Solitário no espaço: os astrônomos descobriram um novo tipo de planeta.
Crédito e imagem ampliada

 

 

O escritor Robert Brault faz esta metáfora sobre o céu noturno: “Um trilhão de asteriscos e nenhuma explicação”. Pois a Fundação Nacional de Ciência, ao financiar os astrônomos, ajuda a conseguir algumas explicações. E um recente estudo financiado pela NSF e pela NASA conseguiu mais algumas.

Os astrônomos descobriram uma nova população de planetas classe Júpiter que flutuam solitários na escuridão do espaço, longe da luz de uma estrela. De acordo com os cientistas, esses mundos solitários provavelmente foram ejetados de sistemas planetários em fase de nascimento.

A descoberta se baseia em uma pesquisa conjunta Japão – Nova Zelândia, a Microlensing
Observations in Astrophysics (MOA)
[Observação de Micro-lentes em Astrofísica], que escaneia o centro de nossa Via Láctea a cada ano. Empregando dados coletados entre 2006 e 2007, esses pesquisadores descobriram indícios do que parecem ser 10 planetas solitários com a massa aproximadamente igual à de Júpiter.

Chamados por alguns de “planetas órfãos”, esses mundos isolados foram por muito tempo assunto de teorias científicas e ficção científica, mas sua real existência continuava incerta, até agora.

As novas descobertas não só demonstram que os planetas livres existem no espaço, como também sugere que eles são razoavelmente comuns. Segundo os pesquisadores, para cada estrela em nossa galáxia, devem existir dois planetas tipo Júpiter isolados e possivelmente um número ainda maior de planetas de massa tipo Terra, embora planetas pequenos assim ainda não tenham sido detectados.

“Existem centenas de bilhões de estrelas em nossa galáxia”, diz David Bennett, co-autor deste estudo, da Universidade Notre Dame, em South Bend, Indiana. “Pensamos que planetas gigantes isolados sejam, no mínimo, tão numerosos quanto os planetas que orbitam estrelas e mais comuns do que estrelas. Esta pesquisa atual não é capaz de detectar planetas com massa menor que as de Júpiter ou Saturno, mas as teorias sugerem que planetas com massas menores, tais como a Terra, devem ser ejetados para longe de suas estrelas mães mais frequentemente e sejam, portanto, mais comuns”.

Os detalhes de suas descobertas serão publicados na edição de 19 de maio da Nature. O autor principal é Takahiro Sumi, presentemente na Universidade de Osaka University no Japão.

Observações anteriores tinham detectado objetos semelhantes a planetas em aglomerados formadores de estrelas, com massas cerca de três vezes a de Júpiter. Os cientistas ainda debatem se esses corpos gasosos se formam como estrelas ou como planetas. Estrelas pequenas e apagadiças, chamadas anãs-marrons, se formam como estrelas, a partir do colapso de bolas de poeira e gases, mas elas não tem a massa necessária para causar a ignição do combustível nuclear e brilharem como as demais estrelas. É possível que as anãs-marrons sejam pequenas como planetas.

Também é possível que planetas sejam “chutados” para fora de sistemas solares em formação, um período turbulento no qual os planetas em crescimento podem ser ejetados de suas órbitas devido a interações gravitacionais próximas com outros planetas ou mesmo outras estrelas. Sem uma estrela para orbitar, esses planetas irão se movimentar pela galáxia da mesma forma que nosso Sol e outras estrelas fazem: em órbitas estáveis em torno do centro da galáxia. O fato da presente pesquisa ter encontrado 10 “Júpiteres” isolados indica o cenário de “ejeção”, embora seja possível que ambos os mecanismos atuem ao mesmo tempo.

“Se os planetas isolados se formassem como estrelas, seria de se esperar que descobríssemos 1 ou 2 deles em nossa pesquisa, em vez de 10”, diz Bennett. “Os resultados indicam que os sistemas planetários frequentemente se tornam instáveis, com planetas sendo expulsos de seus locais de nascimento”.

A pesquisa – MOA –usa um telescópio de 1,8 m no Observatório Universitário do Monte John na Nova Zelândia para escanear regularmente as numerosas estrelas no centro de nossa galáxia em busca do que se chama de eventos de micro-lentes gravitacionais.

Esses eventos ocorrem quando algo, tal como uma estrela ou planeta, passa na frente de outra estrela mais distante. A gravidade do corpo que passa entorta a luz da estrela de fundo, fazendo com que essa fique mais brilhante e ampliada.

Corpos transeuntes com mais massa, tais como grandes estrelas, entortarão mais a luz da estrela de fundo, resultando em eventos que podem durar semanas. Corpos menores, do tipo planetas, causarão uma distorção menor e tornarão uma estrela mais brilhante por poucos dias ou menos.

A equipe de astrônomos descobriu cerca de 10 eventos de micro-lentes que indicam a presença de planetas isolados de massa aproximadamente igual à de Júpiter. Eles explicam que que não podem afirmar que alguns desses planetas não possam estar em órbitas extremamente distantes de suas estrelas, porém outras pesquisas indicam que planetas tipo Júpiter em órbitas tão distantes são raros.

De acordo com os modelos de como as estrelas são comuns em nossa galáxia, essa nova população de Júpiteres-isolados tem o dobro do número das estrelas em nossa galáxia. Da mesma forma, os pesquisadores dizem que planetas isolados podem ser expulsos de seus sistemas solares em números tão grandes que devem ser ao menos tantos quantos os planetas como o nosso, em órbita de uma estrela. .

Com base nessas predições, nossa galáxia pode abrigar centenas de bilhões de mundos solitários. A nova pesquisa é como um censo populacional: mediante a amostragem de uma parte da galáxia e com o conhecimento das limitações da pesquisa, os pesquisadores podem estimar um número de planetas isolados.

Um segundo grupo de observação de micro-lentes, o Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE),  contribuiu para esta descoberta. O grupo OGLE também observou vários desses eventos de micro-lentes e suas observações confirmaram, de forma independente, as análises do Grupo MOA. O falecido Bohdan Paczynski foi uma peça-chave ao instigar a cooperação entre o OGLE e outros grupos a partilharem seus dados assim que obtidos. Isso foi importante para a descoberta de muitos fenômenos de micro-lentes e, em grande parte, foi um dos motivos para que o MOA entrasse em contato com o OGLE para confirmar os resultados e escreverem um artigo em conjunto.

Veja o vídeo:

Um planeta solitário sob uma lente de aumento cósmica
.

Essa animação ilustra a técnica usada para descobrir os planetas isolados classe Júpiter, no espaço. Os astrônomos descobriram indícios de 10 desses mundos que se pensa terem sido ejetados de seus sistemas planetários durante a formação dos mesmos. .

A animação tem início mostrando a agitada região central de nossa Via Láctea, onde os planetas foram encontrados com um telescópio com base em terra. Então, dá um zoom em uma estrela que fica mais brilhante. Esse brilho aumentado é causado pela passagem de um planeta isolado não visível (e foi grandemente exagerado na animação). Quando acontece de um planeta passar na frente de uma estrela mais distante, sua gravidade faz com que a luz da estrela entorte e esse entortamento resulta em um brilho maior da estrela, observado pelo telescópio. Neste efeito, chamado de micro-lente gravitacional, a gravidade do planeta funciona como uma lente de aumento.

A próxima parte da animação mostra como o fenômeno de micro-lente de uma estrela pareceria se pudesse ser observado com uma resolução ainda maior. O ponto azul é o planeta (ampliado para ficar visível). O ponto brilhante do centro é a estrela, mostrado no meio de outras estrelas menores em vermelho e amarelo. Quando o planeta passa, sua gravidade faz com que a luz das estrelas se divida em várias imagens, espelhadas e reversas. Quando o planeta não está diretamente na frente da estrela principal, as várias imagens dela são retorcidas em arcos. O resultado geral é um aumento temporário do brilho da estrela.

Os astrônomos se referem ao formato circular que pode ser visto quando planeta passa pelas estrelas de “Anel de Einstein”. Quandoum planeta fica diretamente na frente de uma estrela, ele faz com que a luz da estrela se dobre em um completo Anel de Einstein. Quando o planeta se aproxima da estrela, faz com que a imagem da estrela pareçam distorcidas para longe do anel, ou invertidas dentro do anel.

A duração do evento de micro-lente revela a massa aproximada do corpo passante. Objetos tipo Júpiter fazem com que a estrela aumente o brilho mais rapidamente, por um ou dois dias apenas. Uma estrela que passasse faria com que o brilho da estrela mais distante aumentasse por um período de semanas.

A densidade geral das estrelas, assim como a luminosidade de suas imagens invertidas dentro dos anéis de Einstein, foi exagerada nesta animação para ajudar a mostrar os efeitos das lentes gravitacionais. É muito raro que um planeta passante distorça a luz de várias estrelas ao mesmo tempo.

A animação termina com uma concepção do artista sobre como deve se parecer um mundo tipo Júpiter-isolado.

O efeito de micro-lente gravitacional mostrado tem como base dados de simulação criados por M. Freeman (Universidade de Auckland, Nova Zelândia).

Crédito: NASA/JPL-Caltech

 

Sonda de Gravidade B: Einstein (como sempre) está certo

 

Artist concept of Gravity Probe B

Concepção artística da espaçonave Gravity Probe B em órbita polar em torno da Terra. Crédito da Imagem: Stanford.


Traduzido de: NASA’s Gravity Probe B Confirms Two Einstein Space-Time Theories

A missão da NASA Gravity Probe B (GP-B = Sonda de Gravidade B) confirmou duas previsões chave derivadas da Teoria da Relatividade Geral de Albert Einstein, cuja comprovação era exatamente a missão da espaçonave.

O experimento, lançado em 2004, empregou quatro giroscópios ultra-precisos para medir o hipotético efeito geodésico: a deformação do espaço-tempo no entorno de um corpo com gravidade e o arrasto de referenciais, a quantidade de deformação causada por um objeto giratório com massa na estrutura do espaço-tempo em seu entorno.

A GP-B estabeleceu os valores de ambos os efeitos com uma precisão sem precedentes, apontando para uma estrela solitária, IM Pegasi, enquanto descrevia uma órbita polar ao redor da Terra. Se a gravidade não afetasse o espaço-tempo, os giroscópios da GP-B apontariam na mesma direção para sempre enquanto estivessem em órbita. Mas, confirmando as teorias de Einstein, os giroscópios sofreram minúsculas, porém mensuráveis, mudanças de direção em sua rotação, causadas pela atração da gravidade da Terra.

A descoberta está publicada na versão online de Physical Review Letters.

“Imaginem a Terra como se ela estivesse imersa em mel. Na medida em que o planeta girar, o mel em torno dele vai se deformar e a mesma coisa acontece com o espaço-tempo”, declara Francis Everitt, o principal investigador da GP-B na Universidades Stanford. “A GP-B confirmou duas das previsões mais profundas do universo de Einstein que tem profundas implicações na pesquisa astrofísica. Igualmente, as décadas de inovação tecnológica por trás da missão vão deixar uma duradoura marca na Terra e no Espaço”.

A GP-B é uma das missões mais compridas da história da NASA, remontando o envolvimento da agência com o experimento ao segundo semestre de 1963 com as primeiras verbas para o desenvolvimento de um experimento com giroscópios relativísticos. Nas décadas seguintes o desenvolvimento levou a tecnologias revolucionárias para controlar as perturbações ambientes na espaçonave, tais como o arrasto aerodinâmico, campos magnéticos e variações térmicas. O colimador de estrelas e os giroscópios empregados foram os mais precisos que já foram um dia projetados e produzidos.

A GP-B completou sua coleta de dados e foi descomissionada em dezembro de 2010.

“Os resultados da missão terão um impacto de longa duração sobre o trabalho dos físicos teóricos”, afirma Bill Danchi, astrofísico senior e um dos cientistas do programa no quartel-general da NASA em Washington. “Qualquer refutação futura da Teoria da Relatividade Geral de Einstein terá que buscar medições ainda mais precisas do que o notável trabalho realizado pela GP-B”.

Essas inovações criadas para a GP-B foram empregadas nas tecnologias GPS que permitem que aeronaves pousem sem auxílio de (outros) instrumentos. Outras tecnologias desenvolvidas para a GP-B foram aplicadas na missão da NASA para a exploração do Fundo Cósmico de Micro-ondas que estabeleceu com precisão a radiação de fundo do universo. Essa medição foi o melhor ponto de apoio para a teoria do Big Bang e levou a um prêmio Nobel para o físico da NASA John Mather.

O conceito de satélite sem arrasto, cujo modelo pioneiro foi a GP-B, tornou possíveis vários satélites de observação da Terra inclusive o Gravity Recovery
and Climate Experiment (Recuperação de [Dados sobre a] Gravidade e Experiência Climática) da NASA e o Gravity field and
steady-state Ocean Circulation Explorer
(Explorador do Campo Gravitacional e Circulação em Estado Estacionário dos Oceanos) da Agência Espacial Européia. Esses satélites fornecem as mais precisas medições do formato da Terra, um dado crítico para a precisa navegação em terra ou no mar, e a compreensão do relacionamento entre a circulação oceânica e os padrões climáticos.

A GP-B também ampliou as fronteiras do conhecimento e forneceu um campo de treinamento prático para 100 estudantes de doutorado e 15 de mestrado em diversas universidades dos Estados Unidos. Mais de 350 estudantes universitários e mais de quatro dúzias de estudantes secundaristas também trabalharam no projeto junto com cientistas de ponta e engenheiros aero-espaciais da indústria civil e do governo. Uma das estudantes universitárias que trabalhou na GP-B se tornou a primeira mulher astronauta, Sally Ride.  Outro foi Eric
Cornell que recebeu o Premio Nobel de Física em 2001.

“A GP-B fez acréscimos à base de conhecimentos sobre a relatividade de modo importante e seu impacto positivo será sentido nas carreiras dos estudantes cujas educações foram enriquecidas pelo projeto”, declarou Ed Weiler, administrador associado do Diretório de Missões Científicas do quartel-general da NASA.

O Centro de Voo Espacial Marshall  em Huntsville, Alabama, ferenciou o programa Gravity Probe-B para a agência. A Universidade Stanford, principal contratado da NASA para a missão, concebeu o experimento e foi responsável pelo projeto e integração da instrumentação científica, operação da missão e análise dos dados. A Lockheed Martin Corp. de
Huntsville projetou, integrou e testou o veículo espacial e alguns de seus componentes principais.


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