Ilustração artística comparando a estrutura interior da Terra (esquerda) com a do exoplaneta Kepler-93b (direita), o qual tem uma vez e meia o tamanho da Terra e é 4 vezes mais massivo. Novas pesquisas indicam que mundos rochosos têm estruturas similares, com um núcleo que contém cerca de um terço da massa do planeta, cercado por um manto e, no exterior, uma fina crosta.
CRÉDITO: M. Weiss/CfA
Todas as crianças aprendem na escola a estrutura básica da Terra: uma fina crosta externa, um denso manto e um núcleo do tamanho de Marte. Porém, seria esta estrutura universal? Será que outros exoplanetas que orbitam suas próprias estrelas têm as mesmas três camadas? Novas pesquisas dizem que sim – eles têm interiores muito parecidos com a Terra.
“Queríamos saber como esses exoplanetas rochosos eram. No fim eles se parecem muito com a Terra” diz Li Zeng, principal autor do artigo do Centro Harvard-Simthsonian para Astrofísica (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics = CfA).
Para chegar a esta conclusão, Zeng e seus co-autores aplicaram um modelo de computação conhecido como Modelo de Referência Preliminar da Terra (Preliminary Reference Earth Model = PREM), que é o modelo padrão para o interior da Terra. Então eles fizeram os ajustes para acomodar diferentes massas e composições, e aplicaram-no a seis exoplanetas rochosos conhecidos, com massas e tamanhos bem medidos.
Descobriram que os outros planetas, a despeito de suas diferenças para com a Terra, todos deveriam ter um núcleo de ferro/níquel responsável por cerca de 30% da massa do planeta. Para comparar, cerca de um terço da massa da Terra está em seu núcleo. O restante de cada planeta deveria ser manto e crosta, tal como é na Terra.
“Só compreendemos a estrutura da Terra nos últimos cem anos. Agora, podemos calcular as estruturas de planetas que orbitam outras estrelas, muito embora não possamos ir lá”, acrescenta Zeng.
Este mesmo modelo pode ser aplicado a mundos menores e congelados, tais como luas e planetas anões no Sistema Solar exterior. Por exemplo, quando aplicou a massa e o tamnho de Plutão, a equipe descobriu que Plutão tem cerca de um terço de gelo (a maior parte gelo de água, mas também gelos de amônia e metano).
O modelo parte do pressuposto de que os exoplanetas distantes tenham composições químicas semelhantes à da Terra. Isso é um pressuposto razoável, com base na quantidade estimada de elementos químicos chave, tais como ferro, magnésio, silício e oxigênio nos sistemas próximos. No entanto, planetas que se tenham formado em regiões mais ricas ou pobres em metais [NT: para astrônomos e astrofísicos, tudo mais pesado que hidrogênio e hélio é “metal”] na galáxia podem ter estruturas interiores diferentes. A equipe espera explorar essa qustão em suas futuras pesquisas.
Nova pesquisa mostra o passado turbulento de nosso Sol
UNIVERSIDADE DE VIENNA
Esta é uma simulação de um disco circunstelar instável, feito por meio de cálculos hidrodinâmicos. A forma protoplanetária no disco é devida à fragmentação gravitacional. As três figuras menores mostram o agregado sendo gradualmente absorvido pela estrela.
Copyright: Eduard Vorobyov, Universität Wien
As estrelas nascem dentro de um disco giratório de gás e poeira interestelares que se contrai até a densidade estelar graças a sua própria gravidade. Porém, antes de fazer parte da estrela, a maior parte da nuvem recai em um disco circunstelar que se forma em torno do que será o núcleo da estrela, devido à conservação do momento angular. A maneira pela qual o material é transportado pelo disco até a estrela, fazendo com que esta aumente sua massa, se tornou recentemente um dos principais tópicos de pesquisa na astrofísica.
Verificou-se que as estrelas não acumulam massa de maneira constante, como se pensava anteriormente, mas sim em uma série de eventos violentos que se manifestam como um notável aumento no brilho da estrela. A jovem estrela FU Orionis na constelação de Órion é o exemplo perfeito, tendo mostrado um aumento em seu brilho de até 250 vezes, no período de apenas um ano, permanecendo nesse estágio de alta luminosidade pelos últimos cem anos.
Um dos mecanismos possíveis para explicar esses eventos de aumento de brilho, foi proposto há dez anos por Eduard Vorobyov, que agora trabalha no Departamento de Astrofísica da Univesidade de Vienna, em colaboração com Shantanu Basu da Universidade de Western Ontario, Canada.
De acordo com a teoria aventada por eles, o aumento do brilho da estrela pode ser causado pela fragmentação decorrente de instabilidades gravitacionais nos massivos discos gasosos que circundam estrelas jovens, seguida pela migração de densos aglomerados gasosos para dentro da estrela. Tal como o ato de jogar toras de lenha em uma fogueira, esses espisódios liberam um excesso de energia que faz com que a jovem estrela aumente o brilho centenas e até milhares de vezes. A cada episódio, a estrela consome o equivalente a uma massa terrestre a cada dez dias. Após isso, pode levar outros milhares de anos até que ocorra um novo evento semelhante.
Eduard Vorobyov descreve o processo de formação desses aglomerados de gás nos discos circunstelares, seguido de sua migração para dentro das estrelas, como “canibalismo em escala astronômica”. Esses aglomerados poderiam ter-se estabilizado em planetas gigantes, tais como Júpiter, entretanto foram devorados pela estrela mãe. Tal coisa evoca uma analogia interessante com a mitilogia grega, na qual Cronus, o líder da primeira geração de Titãs, devorava seus filhos recém nascidos (embora não tenha conseguido devorar Zeus que finalmente acabou por matar seu pai e assumir seu trono).
Com o advento de novos instrumentos de observação, tais como o Telescópio SUBARU, de 8,2 m, instalado no Mauna Kea, Hawaii, para observar as faixas de luz visível e infravermelho, tornou-se possível pela primeira vez testar as previsões dos modelos teóricos. Usando as observações de alta resolução da luz polarizada, uma equipe internacional de astrônomos, liderada por Hauyu Liu do European Space Observatory (Garching, Alemanha) verificou a presença de caracterísitcas chave associadas com o modelo de fragmentação do disco – arcos e braços de grande escala em torno de quatro estrelas jovens que passavam por súbitos aumentos na luminosidade, inclusive a estrela protótipo FU Orionis. Os resultados desse estudo foram aceitos para publicação em Science Advances – uma publicação revisada por pares e de acesso livre pertencente ao grupo Science.
“Isto é um passo importante para a compreensão de como as estrelas e os planetas se formam e evoluem”, afirma Vorobyov, “Se pudermos comprovar que a maior parte das estrelas passa por esses episódios de aumento do brilho causados por instabilidade gravitacional, poderia significar que nosso próprio Sol pode ter passado por vários episódios semelhantes, o que implica que os planetas gigantes do Sistema Solar são sortudos sobreviventes do passado tempestuoso do Sol”.
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Publicação em Science Advances
Hauyu Baobab Liu, Michihiro Takami, Tomoyuki Kudo, Jun Hashimoto, Ruobing Dong, Eduard I. Vorobyov, Tae-Soo Pyo, Misato Fukagawa, Motohide Tamura, Thomas Henning, Michael M. Dunham, Jennifer Karr, Nobuhiko Kusakabe, Toru Tsuribe: “Circumstellar Disks of the Most Vigorously Accreting Young Stars”, publicado online em 5 de fevereiro de 2016.
Astrofísicos do HITS usam novo método para simular a fase de envelope comum de estrelas binárias e descobrem irregularidades dinâmicas que podem auxiliar a explicar como as supernovas evoluem
HEIDELBERG INSTITUTE FOR THEORETICAL STUDIES (HITS)
Quando olhamos para o céu noturno, vemos as estrelas como pequenos pontos de luz vivendo sua solitária existência a distâncias enormes da Terra. Mas as aparências enganam. Mais da metade das estrelas que conhecemos têm uma companheira, uma segunda estrela próxima que pode ter uma enorme influência sobre sua companheira primária. A influência mútua nestes sistemas binários de estrelas fica particularmente intenso quando as estrelas passam por uma fase na qual elas são circundadas por um envelope comum, feito de hidrogênio e hélio. Comparada com o tempo total que as estrelas levam para evoluir, essa fase é extremamente curta, de forma que os astrônomos têm grandes dificuldades para observá-la e, desta forma, compreendê-la. É aqui onde entram modelos teóricos de simulação computadorizada. As pesquisas sobre este fenômeno são relevantes para a compreensão do fenômeno astronômico conhecido como supernovas.
Usando novos métodos, os astrofísicos Sebastian Ohlmann, Friedrich Roepke, Ruediger Pakmor e Volker Springel do Heidelberg Institute for Theoretical Studies (HITS) deram um passo à frente na modelagem deste fenômeno. Conforme relatam em The Astrophysical Journal Letters, os cientistas usaram com sucesso simulações para descobrir irregularidades dinâmicas que acontecem durante a fase de envelope comum e são cruciais para a existência subsequente de sistemas binários de estrelas. Essas instabilidades modificam o fluxo da matéria para dentro do envelope, o que por sua vez influencia a distância entre as estrelas e estabelece, por exemplo, se vai resultar em uma supernova e, caso afirmativo, de que tipo será.
O artigo é fruto da colaboração entre dois grupos de pesquisa do HITS, o grupo de Física de Objetos Estelares (Physics of Stellar Objects = PSO) e o grupo de Astrofísica Teórica (Theoretical Astrophysics group = TAP). O programa Arepo para simulações de hidrodinâmica do Prof. Volker Springel foi empregado e adaptado para a modelagem. Este resolve as equações em uma grade móvel que segue o fluxo de massa e, assim, aumenta a precisão do modelo.
Duas estrelas, um envelope
Mais da metade das estrelas conhecidas evoluíram em sistemas binários. A energia de sua luminosidade vem da fusão nuclear de hidrogênio em seus núcleos. Assim que o hidrogênio que alimenta a fusão acaba na estrela mais pesada, o núcleo da estrela encolhe. Ao mesmo tempo, começa a aparecer um envelope estelar grandemente estendido, feito de hidrogênio e hélio. Então a estrela se torna uma gigante vermelha.
Na medida em que o envelope da gigante vermelha continua a se expandir, a estrela secundária puxa o envelope para si por meio da gravidade e parte do envelope flui em sua direção. No descurso desse processo, as estrelas se aproximam. Por fim, a estrela secundária pode cair no envelope da gigante vermelha e ambas passam a ser circundadas pelo mesmo envelope. Quando os núcleos da gigante vermelha e da secundária se aproximam, a atração gravitacional entre eles libera energia que passa para o envelope comum. Em decorrência disso, o envelope é ejetado e se mistura à matéria interestelar da galáxia, deixando para trás um sistema binário próximo que consiste do núcleo da gigante vermelha e da estrela secundária.
O caminho para a explosão estelar
Sebastian Ohlmann do grupo PSO explica por que essa fase de envelope comum é importante para a compreensão dos modos como vários sistemas estelares evoluem: “Dependendo daquilo com o que o envelope comum se parece no início, muitos fenômenos diferentes podem se seguir no final, tal como uma supernova termonuclear”. Ohlmann e seus colegas estão investigando o roteiro dessas explosões estelares que estão entre os eventos mais luminosos do universo e podem iluminar toda uma galáxia. Porém a modelagem de sistemas que podem levar a tais explosões. é assolada pelas incertezas sobre a fase de envelope comum. Uma das razões para isto é que o núcleo da gigante vermelha é qualquer coisa entre mil e dez mil vezes menor do que o envelope, de forma que as diferenças nas escalas temporal e espacial complicam o processo de modelagem e tornam necessárias aproximações. As simulações metodicamente inovadoras realizadas pelos cientistas de Heidelberg são um primeiro passo para a compreensão dessa fase.
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Artigo publicado:
Ohlmann, S. T., Roepke, F. K., Pakmor, R., & Springel, V. (2016):
Hydrodynamic moving-mesh simulations of the common envelope phase in binary stellar systems, The Astrophysical Journal Letters, 816, L9, DOI: 10.3847/2041-8205/816/1/L9 http://arxiv.org/abs/1512.04529
Estudos independentes feitos por grupos nos EUA e na Holanda, indicam que o excesso observado de raios gama vindos do meio da galáxia, provavelmente vêm de uma fonte ainda não conhecida e não de matéria escura. Os melhores candidatos a serem tais fontes são estrelas de nêutrons que giram muito rápido, o que será o alvo principal dos estudos que se seguirão. Os grupos de Princeton/MIT e o da Holanda se valeram de duas técnicas diferentes, ruído não Poissoniano e tranformações de wavelets, respectivamente, para determinarem independentemente se os sinais eram ou não devidos à auto-aniquilação da matéria escura.
Imagem cortesia de Christoph Weniger
Jatos de raios gama vindos do centro de nossa galáxia provavelmente não são sinais de matéria escura, mas sim de outros fenômenos astrofísicos tais como estrelas de nêutrons de alta rotação, chamadas de pulsares de milissegundo – é o que apontam dois novos estudos, um de uma equipe com base na Universidade Princeton e no Massachusetts Institute of Technology, o outro com base na Holanda.
Estudos anteriores sugeriam que os raios gama vindos da densa região do espaço na Via Láctea interior, poderiam ser causados pela colisão das invisíveis partículas de matéria escura. No entanto, usando novos métodos de análise estatística, as duas equipes de pesquisas descobriram de maneira independente que os sinais de raios gama não têm as características esperadas para sinais de colisão de partículas de matéria escura. Ambas as equipes relataram suas descobertas na edição desta semana de Physical Review Letters.
“Nossa análise sugere que o que estamos observando são indícios de uma nova fonte astrofísica de raios gama no centro da galáxia”, disse said Mariangela Lisanti, professora assistente de física em Princeton. “Esta é uma região muito complicada do céu e existem outros sinais astrofísicos que podem ser confundidos com sinais de matéria escura”.
Acredita-se que existe matéria escura no centro da Via Láctea porque nele reside uma grande concentração de massa, inclusive densos aglomerados de estrelas e um buraco negro. Uma descoberta conclusiva da ocorrência de colisões de partículas de matéria escura seria um enorme passo para a nossa compreensão do universo. “Se encontrássemos indícios diretos dessas colisões, isto seria interessante porque nos ajudaria a compreender o relacionamento entre a matéria escura e a matéria comum”, explicou Benjamin Safdi, pesquisador pós-doutorado no MIT que obteve seu Ph.D. em 2014 em Princeton.
Para dizer se os sinais eram provenientes de matéria escura ou de outras fontes, a equipe de pesquisa Princeton/MIT se voltou para técnicas de processamento de imagens. Eles procuraram por com o que os raios gama deveriam se parecer, se viessem realmente da colisão das hipotéticas partículas de matéria escura, as weakly interacting massive particles, ou WIMPs. Para a análise, Lisanti, Safdi e Samuel Lee, um antigo pesquisador pós-doutoral de Princeton, que agora está no Broad Institute, juntamente com os colegas Wei Xue e Tracy Slatyer do MIT, estudaram imagens dos raios gama capturadas pelo Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi da NASA, que vem mapeando esses raios desde 2008.
Acredita-se que as partículas de matéria escura perfaçam uns 85% da massa do universo, porém elas jamais foram detectadas. A colisão de duas WIMPs, de acordo com um modelo largamente aceito de matéria escura, faz com que elas se aniquilem, produzindo raios gama que são o tipo mais energético de luz que há no universo.
De acordo com esse modelo, as partículas de luz (fótons) de alta energia, ficariam suavemente distribuídos entre os pixels das imagens capturadas pelo Telescópio Fermi. Por outro lado, outras fontes, tais como estrelas de grande rotação, conhecidas como pulsares, liberam jatos de luz que são observados como pixels brilhantes e isolados.
Os pesquisadores aplicaram seu método de análise estatística às imagens coletadas pelo Telscópio Fermi e descobriram que a distribuição dos fótons era granulada, em lugar de suave, o que indicava que os raios gama provavelmente não eram causados por colisões de partículas de matéria escura.
O que são exatamente essas novas fontes, é o que não se sabe, segundo Lisanti, mas uma possibilidade é que sejam estrelas de alta rotação, muito velhas, conhecidas como pulsares de milissegundo. Ela diz ainda que será possível explorar a fonte dos raios gama usando-se outros tipos de pesquisa astronômica que envolvem telescópios que detectam rádio-frequências.
Douglas Finkbeiner, professor de astronomia e física na Universidade Harvard e que não esteve diretamente envolvido com o presente estudo, declarou que, embora a descoberta comlique a busca pela matéria escura, leva a outras áreas para descobertas. “Nosso trabalho como astrofísicos é caracterizar o que observamos no universo, não obter algum resultado predeterminado e desejado. É claro que seria excelente encontrar matéria escura, mas apenas visualizar o que acontece lá fora e fazer novas descobertas é, por sí só, entusiasmante”.
Segundo Christoph Weniger da Universidade de Amsterdam e principal autor do estudo holandês, a descoberta é uma situação ganhar-ganhar: “Ou vamos encontrar centenas ou milhares de pulsares de milissegundo na próxima década – lançando luzes sobre a história da Via Láctea – ou não vamos encontrar coisa alguma. Neste último caso, uma explicação com base em matéria escura para o excesso de raios gama ficará muito mais óbvia”.
Foto do meteoro (e a bola de fogo causada por ele) de Chelyabinsk, tirada em 15 de fevereiro de 2013, a uma distância de mais de 200km.
Crédito da Imagem: cyberborean via flickr | http://bit.ly/1RR6huH
Informações sobre direitos: http://bit.ly/1dWcOPS
Original em inglês publicado em 29 de janeiro de 2016
Por Charles Q. Choi, Contribuidor do ISNS
(Inside Science) — Lasers montados em espaçonaves robóticas ou satélites gigantescos podem desviar asteróides para longe da Terra – é o que sugerem novas simulações orbitais que exploram esta estratégia de defesa.
O impacto de um cometa ou asteróide com cerca de 20 km de largura provavelmente foi a causa da mais recente e familiar extinção em massa que encerrou a Era dos Dinossauros, há cerca de 65 milhões de anos. Tais impactos gigantescos são raros, mas impactos menores ainda podem causar um caos de grandes proporções.
“Nos últimos 100 anos, aproximadamente, tivemos dois impactos significativos dos quais temos conhecimento”, diz Philip Lubin, cosmologista experimental na Universidade da California, Santa Barbara. “Um foi o evento de 1908 em Tunguska, Russia, com uma potência estimada de 10 a 15 megatons de TNT, mais ou menos a mesma potência da maior arma nuclear já detonada pelos EUA. O segundo foi o evento de Chelyabinsk, também na Russia, em 2014, que teve uma potência estimada de cerca de meio megaton, o equivalente a uma arma termonuclear de média potência dos arsenais dos EUA e Russia”.
Os cientistas propuseram várias ideias para desviar objetos próximos da Terra (conhecidos por sua abreviatura em inglês Near-Earth Objects = NEO) ameaçadores. Por exemplo, impactadores cinéticos, talvez armados com bombas nucleares, poderiam ser lançados contra alvos de maneira a empurrá-los para fora da rota de colisão. Outra ideia é usar espaçonaves com massa suficiente para agirem como “tratores gravitacionais”, cuja própria atração gravitacional seria usada para puxar os alvos para novas órbitas. Ourtos propuseram que motores de empuxo, montados no próprio alvo, possam desviá-los de maneira continua — talvez motores iônicos, ou robos que minerem rochas dos alvos e os joguem para longe no espaço. Outros ainda afirmam que cobrir um dos lados do alvo com tinta ou espelhos, pode alterar o quanto o alvo é aquecido pelo Sol, o que pode, por sua vez, alterar gradualmente sua trajetória.
Agora, Lubin e seus colegas propuseram empregar lasers, alimentados com energia solar, para explodir os alvos. As plumas de rochas vaporizadas podem empurrar os alvos para fora dos rumos de colisão.
A equipe de Lubin rodou simulações em computadores para ver o quão bem lasers de diferentes potências poderiam funcionar contra asteróides ameaçadores de vários tamanhos. Uma proposta é o DE-STAR (abreviatura de Directed Energy System for Targeting of Asteroids and exploRation = Sistema de Energia Direcionada para Alvejar Asteróides e Exploração), que consiste de um enorme satélite em órbita da Terra para explodir asteróides a distância. (Lubin desconversou quando perguntado se DE-STAR tem algo a ver com a “Death Star” [= “Estrela da Morte”] de “Guerra nas Estrelas”)
“O fato de que um sistema possa desviar um asteróide em rumo de colisão, a partir da órbita da Terra, é singular – todos os outros sistemas necessitam que uma astronave vá até o asteróide”, comentou o astrônomo Paul Chodas, gerente do Centro de Estudos de NEOs no Laboratório de Propulsão a Jato da NASA em Pasadena, California, o qual não participou da pesquisa.
Outro conceito de Lubin é o DE-STARLITE, uma espaçonave robótica menor que voa até o asteróide para desviá-lo, mantendo uma posição a cerca de 10 km de seu alvo. Os pesquisadores sugerem que DE-STARLITE é a opção mais prática, porque um sistema menor poderia ser construído mais rápido e barato.
Para DE-STARLITE, os pesquisadores modelaram uma espaçonave energizada por um conjunto de painéis solares. Eles simularam asteróides de tamanhos variados – desde o de 20 m da classe Chelyabinsk e de 80 m da classe Tunguska, até Apophis, um asteróide de 325 m que percorre uma órbita potencialmente perigosa, e até coisas maiores.
Por exemplo, uma versão de 20 kW da DE-STARLITE, funcionando por 15 anos, poderia desviar Apophis a uma distância igual ao diâmetro da Terra. “Os militares estão estudando atualmente lasers na faixa dos 100 kW, de forma que 20 kW seria provavelmente bem fácil de fazer”, argumenta Lubin.
Uma versão mais poderosa de DE-STARLITE com 1 MW poderia caber em um dos futuros foguetes do Sistema de Foguetes de Lançamento Espacial que está sendo desenvolvido pela NASA, e, ao longo de 5 anos, desviar alvos com até 500 m de diâmetro, ou asteróides das classes Tunguska ou Chelyabinsk em menos de um ano após seu encontro com essas rochas, segundo os pesquisadores. “Um megawatt parece ser um bocado, mas não há qualquer motivo para que não pudéssemos fazê-lo nessa escala, se precisássemos”, afirma Lubin.
Uma vantagem chave desta estratégia de emprego de lasers “é que ela usa a massa do próprio asteróide para desviá-lo, em lugar de trazer um monte de combustível e outras coisas pesadas até o asteróide para movê-lo”, argumenta Lubin. E ele acrescenta que um sistema de lasers certamente pesaria menos do que qualquer outra opção, embora tivesse tanto ou mais efeito sobre os asteróides, além de permitir um nível de controle tão bom quanto as melhores alternativas.
Entretanto, DE-STARLITE requer tempo para funcionar– meses até chegar a um asteróide alvo e mais alguns anos até desviá-lo para uma trajetória segura. Os astrônomos podem não conseguir detectar um asteróide perigoso a tempo de interceptá-lo com o DE-STARLITE. Então, teríamos que recorrer a DE-STAR como última linha de defesa no curto tempo restante.
O DE-STAR é mais eficaz quando os alvos estão relativamente mais perto de seus lasers. Para desviar alvos para uma trajetória segura, DE-STAR precisa de um conjunto grande e muito poderoso de lasers, um onde os lasers estejam todos em fase.
Os pesquisadores calcularam que, se o DE-STAR tivesse um conjunto de lasers em fase de 1 km de largura e um conjunto de paineís solares igualmente grande, poderia desviar um objeto da classe Tunguska, com 80 m, no curso de quatro semanas — provavelmente não o suficiente para impedir um impacto, mas o bastante para direcionar o asteróide para um ponto de impacto desabitado. Um conjunto com 2 km poderia desviar um asteróide em até 127.000 km, ou seja, cerca de 10 vezes o diâmetro da Terra.
Um conjunto de alvos que DE-STAR poderia atacar, mas DE-STARLITE provavelmente não poderia, são os cometas de longo período, um daqueles que leva mais de 200 anos para completar uma órbita. A natureza de suas órbitas torna difícil o encontro de espaçonaves lançadas da Terra e eles, ainda mais para casar suas velocidades e trajetórias. “DE-STAR pode ser uma das poucas opções para nos defender contra cometas de longo período”, diz Lubin.
No entanto, a construção de algo como DE-STAR seria desafiadora. A Estação Espacial Internacional é atualmente o maior objeto feito pela humanidade existente no espaço e só tem 110 metros de envergadura. “A engenharia para construir uma espaçonave desse tamnho, teria que ser formidável, para dizer o mínimo”, diz Chodas.
Alguns podem temer que os poderosos lasers de DE-STAR possam ser potencialmente usados como armas.
Porém Chodas observa que podem existir outras aplicações pacíficas para satélites dotados de lasers, além de defesa contra asteróides, tais como a exploração interestelar.
“Lasers podem ser usados para impelir pequenas sondas até velocidades relativísticas, o que pode ser a única maneira possível de chegar às estrelas mais próximas”, argumenta Lubin.
Lubin e seus colegas detalharam suas descobertas em um artigo aceito pelas Publications of the Astronomical Society of the Pacific.
Charles Q. Choié um escritor freelance de ciências de Nova York que já escreveu para The New York Times, Scientific American, Wired, Science, Nature e várias outras agências de notícias. Seu Twitter é @cqchoi.
Este gráfico mostra como o Telescópio Espacial Hubble para observar três galáxis distantes por dentro da Nuvem Smith, uma técnica que lhes permitiu determinar a composição da nuvem.
CRÉDITO: NASA
Desde que os astrônomos descobriram a Nuvem Smith, uma nuvem gigante de gás mergulhando na direção da Via Láctea, nunca tinham sido capazes de determinar do que ela era composta, o que, por sua vez, permite descobrir sua origem. O astrofísico da Universidade de Notre Dame Nicolas Lehner e seus colaboradores conseguiram determinar que a nuvem contém elementos similares aos do nosso Sol, o que significa que a nuvem teve origem nas bordas externas da Via Láctea e não no espaço intergalático como alguns especulavam.
A Nuvem smith, descoberta na década de 1960, é a única nuvem de alta velocidade na galáxia cuja órbita está bem estabelecida, graças particularmente aos estudos com rádio-telescópios como o de Green Bank (Green Bank Telescope = GBT). A nuvem sem estrelas está se deslocando a uma velocidade próxima de 1.200.000 km/h e deve colidir com o disco da Via Láctea em cerca de 30 milhões de anos. Se ela fosse visível, teria um tamanho aparente de cerca de 30 vezes o diâmetro da Lua, de uma ponta a outra.
Os astrônomos pensaram por muito tempo que a Nuvem Smith poderia ser algo como uma galáxia sem estrelas, ou gás intergalático caindo para dentro da Via Láctea. Se fosse assim, a composição da nuvem teria que ser predominantemente hidrogênio e hélio, sem os elementos mais pesados, os quais são gerados dentro das estrelas.
A equipe usou o Hubble para determinar pela primeira vez a quantidade de elementos mais pesados que o hidrogênio na Nuvem Smith. Com o emprego do Espectrógrafo de Origens Cósmicas do Hubble (Hubble’s Cosmic Origins Spectrograph), os pesquisadores observaram a luz ultravioleta vinda dos reluzentes núcleos ativos de três galáxias que ficam a bilhões de anos luz por trás da nuvem. A Nuvem Smith absorve parte dessa luz na faixa de comprimento de onda muito curto; medindo-se a perda de luminosidade dessas galáxias quando estão atrás da nuvem, se pode estimar a composição química da nuvem.
Os pesquisadores procuraram especificamente pela absorção do elemento enxofre que é um bom padrão para estimar quantos elementos pesados residem na nuvem. “Em medindo o enxofre, se pode aprender o quão cheia de átomos de enxofre a nuvem é, em comparação com o Sol”, explica o líder da equipe Andrew Fox do Instituto de Ciências do Telescópio Espacial em Baltimore. A equipe então comparou as medições de enxofre do Hubble com as medições de hidrogênio feitas pelo Telescópio de Green Bank.
Os astrônomos descobriram que a Nuvem Smith é tão rica em enxofre quanto o disco exterior da Via Láctea, uma região que fica a aproximadamente 40.000 anos luz do centro da galáxia e cerca de 15.000 anos luz mais para fora do que nosso Sol e Sistema Solar. Isto significa que ela é poluída por material vindo de estrelas, o que não aconteceria se ela fosse uma imaculada nuvem de hidrogênio vinda de fora da galáxia. Ao contrário, a nuvem parece ter um relacionamento íntimo com a Via Láctea, mas foi, de alguma forma, ejetada do disco da Via Láctea há cerca de 70 milhões de anos e está voltando como um bumerangue para o seu disco.
Os astrônomos acreditam que a Nuvem Smith tenha gás suficiente para gerar dois milhões de estrelas como o Sol, quando ela eventualmente atingir a Via Láctea. “Encontramos várias nuvens massivas de gás no halo da Via Láctea que podem servir como futuro combustível para formação de estrelas em seu disco, porém, na maioria dos casos, sua origem permanece um mistério. A Nuvem Smith é certamente um dos melhores exemplos para demonstrar que o gás reciclado é um mecanismo importante na evolução das galáxias”, afirma Lehner.
O estudo, intitulado “On the Metallicity and Origin of the Smith High-velocity Cloud”, foi publicado na edição deste mês de Astrophysical Journal Letters. Fox, Lehner e o co-autor Jay Lockman do Observatório Radio-Astronômico Nacional discutiram a descoberta durante a Reunião do Instituto de Ciências do Telescópio Espacial Hubble nesta quinta feira, 28 de janeiro. Maiores informações disponíveis em: http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2016/04.
Foto do massivo aglomerado globular NGC 1783 na Grande Nuvem de Magalhães, tirada pelo telescópio espacial Hubble. Este denso agrupamento de estrelas fica a cerca de 160.000 anos luz da Terra e tem uma massa equivalente da 170.000 vezes a de nosso Sol. Um novo estudo aponta que esse aglomerado globular sugou o gás e a poeira intergaláticos para gerar três diferentes gerações de estrelas.
Entre os mais surpreendentes objetos do universo, estão os brilhantes e densos grupos de estrelas conhecidos como aglomerados globulare. Os astrônomos sempre pensaram que os aglomerados globulares formaram seus milhões de estrelas em uma só fornada e que todos os aglomerados globulares tinham, mais ou menos, a mesma idade, tais como irmãos e irmãs gêmeos. Porém descobertas recentes de estrelas jovens dentro de velhos aglomerados globulares tiraram essa imagem do foco.
Em lugar de ter toda sua descendência estelar em uma única ninhada, os aglomerados globulares podem ter uma segunda e até uma terceira ninhada de estrelas irmãs. Um novo estudo, liderado pelos pesquisadores do Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics (KIAA) na Universidade de Beijing e que incluiu astrônomos dos Observatórios Nacionais da Academia Chinesa de Ciências (NAOC), da Universidade Northwestern e do Planetário Adler, pode explicar essas gerações sucessivas e intirgantes de estrelas.
Empregando observações feitas pelo Telescópio Espacial Hubble, a equipe de pesquisas encontrou, pela primeira vez, populações de estrelas jovens dentro de aglomerados globulares que, aparentemente, se desenvolveram graças ao gás de fora desses aglomerados. Este método contrasta com a ideia convencional de que as estrelas iniiciais dos aglomerados estelares espalham seu gás, na medida em que envelhecem, para formar novas ninhadas de estrelas.
O estudo será publicado hoje (27/01/2016) na Nature.
“O presente estudo fornece novas abordagens para o problema de múltiplas gerações de estrelas em aglomerados estelares”, afirma o autor principal Chengyuan Li, astrônomo de KIAA, NAOC e do Observatório Nacional da Montanha Violeta, afiliado à Academia Chinesa de Ciências. “Nosso estudo indica que o combustível gasoso para essas novas populações de estelas tem uma origem externa ao aglomerado, não interna”.
Dito de outra forma, os aglomerados globulares parecem ser capazes de “adotar” estrelas recém nascidas – ou, ao menos, o material do qual elas são formadas – em lugar de criarem mais descendentes “biológicos”, como o fazem as famílias humanas.
“Nossa explicação de que as populações estelares secundárias se originam de gás acretado a partir das vizinhanças do aglomerado, é a alternativa mais viável até agora”, diz Richard de Grijs, também astrônomo do KIAA e mentor de PhD de Chengyuan. “Aglomerados globulares passaram a ser muito mais complexos do que se pensava”.
Os aglomerados globulares são grupos de estrelas densamente compactadas. de formato esférico, que orbitam as periferias das galáxias. Nossa própria galáxia, a Via Láctea, hospeda várias centenas deles. Entretanto, a maioria desses aglomerados locai e massivos, são bastante velhos, de forma que a equipe virou sua atenção para aglomerados jovens e de meia idade, encontrados em duas galáxias anãs próximas: as Nuvens de Magalhães.
Mais especificamente, os pesquisadores se valeram das observações feitas pelo Hubble dos aglomerados globulares NGC 1783 e NGC 1696 na Grande Nuvem de Magalhães, em conjunto com o NGC 411 na Pequena Nuvem de Magalhães. Os cientistas rotineiramente inferem as idades das estrelas pela observação de suas cores e luminosidade. Dentro do NGC 1783, por exemplo, Li, de Grijs e seus colegas identificaram uma população inicial de estrelas com 1,4 bilhões de anos de idade, junto com duas populações mais jovens que se formaram a 890 milhões e 450 milhões de anos respectivamente.
Qual é a explicação mais direta para essas idades icongruentes das estrelas? Alguns aglomerados globulares podem reter gás e poeira suficientes para dar à luz várias gerações de estrelas, mas isto parece pouco provável, afirma o co-autor do estudo Licai Deng do NAOC e segundo mentor de PhD de Chengyuan.
“As estrelas mais massivas que se formam em um aglomerado globular, só vivem por cerca de 10 milhões de anos, antes de explodirem em spernovas, que ejetam o combustível de gás e poeira necessário para gerar novas estrelas”, explica Deng.
A equipe de pesquisadores propõe que os aglomerados globulares são capazes de sugar o gás e poeira que encontram na medida em que se movem em torno de suas galáxias mães. A teoria de que estrelas recém nascidas surgem nos aglomerados na medida em que eles “adotam” gases interestelares, na verdade surgiu em um artigo publicado em 1952. Mais de meio século depois, essa ideia, tida então como especulativa ganou indícios claros para apoiá-la.
“Finalmente demonstramos que essa ideia de aglomerados globulares formarem novas estrelas pela acreção de gás pode funcionar”, afirma de Grijs, “e não soemnte para os três aglomerados que observamos para o presente estudo, mas para um monte deles”. Estudos futuros terão como alvo estender as descobertas para a outra Nuvem de Magalhães, assim como outros aglomerados globulares da Via Láctea.
Outros membros da esquipe de pesquisa incluem Yu Xin e Yi Hu do NAOC, Aaron M. Geller da Universidade Northwestern e do Planetário Adler, e Claude-André Faucher-Giguère da Universidade Northwestern.
Novas pesquisas sugerem que partículas pesadas oscilantes geraram “relógios” no universo primordial e que estes podem ser usados para estabelecer o que produziu as condições iniciais que fizeram o universo surgir.
CRÉDITO: YI WANG AND XINGANG CHEN
Como começou o universo? E o que havia antes do Big Bang? Cosmologistas têm feito estas perguntas desde que se descobriu que nosso universo está se expandindo. As respostas não são fáceis de encontrar. O início do cosmo está velado e oculto das vistas de nossos mais poderosos telescópios. Ainda assim, as observações que fazemos hoje, podem nos dar pistas da origem no universo. Novas pesquisas sugerem uma nova maneira de sondar o início do espaço-tempo e determinar qual das teorias correntes está correta.
O cenário teórico mais largamente aceito para o começo do universo é a inflação que prediz que o universo se expandiu em taxas exponenciais nas primeiras nano-frações de segundo. Por outro lado, vários outros cenários alternativos foram sugeridos, alguns dos quais predizem que, antes do Big Bang, houve um Big Crunch. O truque está em encontrar medições que possam estabelecer uma distinção entre esses possíveis cenários.
Uma fonte de informações promissora acerca do começo do universo é o Fundo Cósmico de Micro-ondas (conhecido pela sua abreviatura em inglês, CMB) – o eco distante do Big Bang que permeia todo o espaço. Esse brilhareco parece, a uma primeira vista, ser suave e uniforme, porém, quando investigado mais a fundo, mostra pequeninas variações. Essas variações decorrem de flutuações quânticas presentes no nascimento do universo que foram esticadas na medida em que este se expandiu.
A abordagem convencional para distinguir entre os diferentes cenários, busca os possíveis traços de ondas gravitacionais, geradas durante o universo primordial, na CMB. “O que estamos propondo é uma nova abordagem que pode nos permitir revelar diretamente a história de evolução do universo primordial, a partir dos sinais astrofísicos. Esta história é diferente em cada cenário”, diz o co-autor Xingang Chen do Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) e da Universidade do Texas em Dallas.
Muito embora os estudos experimentais e teóricos deem pistas para as variações no universo primordial em termos de espaço, eles não o fazem para o elemento chave, o tempo. Sem um relógio para medir a passagem do tempo, a história da evolução do universo primordial não pode ser estabelecida sem dúvidas.
“Imagine que se pegasse os quadros de um filme e se empilhasse eles aleatoriamente. Se esses quadros não tiverem uma etioqueta de tempo, não será possível colocá-los na ordem certa. O universo primordial simplesmente explodiu, ou implodiu antes de explodir? Se não soubermos se o filme está correndo para a frente ou para trás, não podemos distinguir uma coisa da outra”, explica Chen.
Esta nova pesquisa sugere que este tal relógio existe e pode ser usado para medir a passagem do tempo no nascimento do universo. Esses relógios tomam a forma de partículas pesadas que são um produto esperado da “Teoria de Tudo” que vai integrar a mecânica quântica com a relatividade geral. Eles foram batizados de “relógios padrão primordiais”.
As partículas subatômicas pesadas se comportarão como um pêndulo, oscilando para frente e para trás de uma forma universal e padronizada. Elas podem fazê-lo por meio de oscilações quânticas, sem serem impelidas inicialmente. Essas oscilações quânticas vão agir como um tique-taque e adicionar as etiquetas de tempo aos quadros do filme da nossa analogia.
“Os tique-taques desses relógios padrão primordiais criariam as oscilações correspondentes no CMB, cujo padrão será forçosamente único para cada cenário”, diz o co-autor Yi Wang da Universidade de Ciência e Tecnologia de Hong Kong. Porém os presentes dados não são precisos o bastante para plotar variações tão pequenas.
Experiências correntes devem melhorar significativamente a situação. Projetos tais como o BICEP3 do CfA e o Telescópio Keck, assim como várias outras experiências correlatas pelo mundo inteiro, serão capazes de coletar dados extremamente precisos do CMB, ao mesmo tempo que prosseguem as buscas pela detecção de ondas gravitacionais. Se as oscilações dos relógios padrão primordiais forem suficientemente fortes, as experiências devem encontrá-los na próxima década. Indícios adicionais podem vir de outras linhas de investigação, tais como os mapas da estrutura em larga escala do universo que incluam as galáxias e o hidrogênio cósmico.
E, já que os relógios padrão primordiais seriam um componente da “Teoria de Tudo”, encontrá-los também proveria indícios para uma física além do Modelo Padrão em uma escala que os colisores de partículas na Terra não têm acesso.
Primeiros indícios de observações que existe uma tendência para a aglomeração podem causar impacto sobre a compreensão do universo
CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
Mapas de distribuição de densidades em galáxias com aproximadamente a mesma massa.
Crédito: KAVLI IPMU
PITTSBURGH — Uma esquipe internacional de pesquisadores que inclui Rachel Mandelbaum da Universidade Carnegie Mellon, demonstrou que a correlação entre os aglomerados de galáxias e a matéria escura em seus halos circunvizinhos é mais complexa do que se pensava. Suas descobertas estão relatadas em um artigo publicado na edição de 25 de janeiro de Physical Review Letters e são as primeiras a empregar dados de observações para demonstrar que, além das massas, o histórico da formação do aglomerado de galáxias também tem um papel na maneira com a qual o aglomerado interage com seu ambiente.
Existe uma conexão entre os aglomerados de galáxias e seus halos de matéria escura que contém um grande número de informações sobre o conteúdo de matéria escura do universo e sobre a expansão acelerada pela energia escura. Aglomerados de galáxias são agrupamentos que variam de centenas a milhares de galáxias, unidas pela gravidade e que são as estruturas mais massivas do universo. Esses aglomerados ficam embutidos em um halo de matéria escura, invisível. Tradicionalmente, os cosmologistas fizeram predições e interpretações dessa aglomeração com base nos cálculos das massas dos aglomerados e em seus halos. No entanto, noovos estudos teóricos e simulações cosmológicas indicaram que as massas podem não ser o único elemento atuante – algo, batizado de tendência à associação que leva em conta quando e como um aglomerado de galáxias se formou, pode ter influência sobre a aglomeração das galáxias.
“As simulações nos mostram que nosso quadro tem que incluir a tendência à associação”, diz Mandelbaum, do Centro McWilliams para Cosmologia da Carnegie Mellon. “A confirmação disto por observações é uma parte importante para a compreensão da formação e da evolução de galáxias e aglomerados”,
No presente estudo, a equipe de pesquisas, liderada por Hironao Miyatake, Surhud More e Masahiro Takada do Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe, analisou dados de observações do catálogo de galáxias DR8 da Sloan Digital Sky Survey. Com esses dados, demonstraram que o quando e o onde as galáxias formam agrupamentos dentro de um aglomerado, tem influência sobre a interação do algomerado com a matéria escura circunvizinha.
Os pesquisadores dividiram aproximadamente 9.000 aglomerados de galáxias em dois grupos, com base na distribuição espacial das galáxias dentro de cada aglomerado. Um grupo continha aglomerados com galáxias agregadas no centro e o outro continha uma distribuição de galáxias mais difusa. Por meio do fenômeno das lentes gravitacionais, eles demonstraram que, muito embora os dois grupos de aglomerados pudessem ter massas totais semelhantes, interagiam com seus ambientes de maneira muito diferente. O grupo com galáxias difusas eram muito mais irregulares {N.T: o termo usado no original é “clumpy” que pode ser traduzido como “encaroçado”] do que aqueles que tinham mais galáxias próximas do centro.
“A medição da maneira como os aglomerados de galáxias se aglomeram em larga escala é um ponto crucial da cosmologia moderna. Partindo daí, podemos prosseguir, sabendo que a massa pode não ser o único fator que influencia a aglomeração”, declarou Mandelbaum.
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Outros autores do artigo: David N. Spergel, Universidade Princeton; Eli S. Rykoff, Kavli Institute for Particle Astrophysics & Cosmology; e Eduardo Rozo, Universidade do Arizona.
IMAGEM: Concepção artística de uma vista do nono planeta e o Sol à distância. Acredita-se que o planeta seja gasoso e semelhante a Urano e Netuno.CRÉDITO: CALTECH/R. HURT (IPAC)
Pesquisadores da Caltech encontraram indícios da existência de um planeta gigante que percorreria uma órbita bizarra e alongada no Sistema Solar Exterior. O objeto, batizado de Planeta Nove, teria uma massa de cerca de 10 vezes a da Terra e orbitaria cerca de 20 vezes mais distante do Sol do que Netuno (o qual orbita o Sol a uma distância de 4,58 bilhões de km). Realmente, esse planeta novo levaria entre 10.000 e 20.000 anos para completar uma única órbita em torno do Sol.
Os pesquisadores, Konstantin Batygin e Mike Brown, descobriram a existência desse planeta por meio de modelos matemáticos e simulações em computador, mas ainda não observaram diretamente sua existência.
“Esse seria um nono planeta de verdade”, diz Brown, Professor “Richard and Barbara Rosenberg” de Astronomia Planetária. “Só foram encontrados dois planetas de verdade desde os velhos tempos e este seria o terceiro. É um pedaço substancial de nosso Sistema Solar que ainda está por aí, esperando ser encontrado, o que é entusiasmante”.
Brown observa que o suposto nono planeta – com uma massa 5.000 vezes maior que a de Plutão – é suficientemente grande para não haver debates sobre se é mesmo um planeta de verdade. Diferentemente dos objetos agora conhecidos como planetas anões, o Planeta Nove domina gravitacionalmente suas vizinhanças no Sistema Solar. Na verdade, ele domina uma região maior do que qualquer outro planeta conhecido – algo que faz que Brown diga que ele é “o mais ‘planetário’ de todos os planetas de todo o Sistema Solar”.
Batygin e Brown descrevem seu trabalho na corrente edição da publicação Astronomical Journal e mostram como o Planeta Nove ajuda a explicar várias características misteriosas do campo de objetos congelados e pedregulhos que ficam além da órbita de Netuno, conhecido como o Cinturão de Kuiper.
“Embora nós estivéssemos inicialmente bastante céticos que esse planeta pudesse existir, na medida em que continuamos a investigar sua órbita e o que ele significaria para o Sistema Solar Exterior, fomos nos convencendo cada vez mais de sua existência”, diz Batygin, professor assistente de ciência planetária. “Pela primeira vez em 150 anos, existem indícios sólidos de que o censo planetário do Sistema Solar está incompleto”.
O camiho para a descoberta teórica não foi uma linha reta. Em 2014, um antigo pós-doutorando de Brown, Chad Trujillo, e seu colega Scott Shepherd publicaram em um artigo que 13 dos mais distantes objetos [conhecidos] do Cinturão de Kuiper eram similares com respeito a uma característica orbital obscura. Para explicar essa similaridade, eles sugeriram a possível presença de um pequeno planeta. Brown achou que a solução de um planeta era pouco provável, mas seu interesse ficou aguçado.
Ele levou o problema até Batygin e os dois começaram uma colaboração que se estendeu por um ano e meio para investigar os objetos distantes. Sendo um observador e o outro um teórico, respectivamente, os pesquisadores abordaram o trabalho com perspectivas diferentes – Brown como alguém que olha para o céu e tenta ancorar tudo no contexto daquilo que pode ser visto, enquanto Batygin como alguém que procura o contexto dinâmico, considerando como as coisas podem funcionar do ponto de vista da física. Essas diferenças permitiram que os pesquisadores desafiassem mutuamente suas ideias e considerassem novas possibilidades. “Eu trazia alguns aspectos das observações; ele voltava com argumentos teóricos e nós nos confrontávamos. Eu não creio que a descoberta pudesse ter sido feita sem esse vai e vem”, diz Brown. “Foi possivelmente o ano mais divertido para trabalhar com um problema no Sistema Solar que eu já tive”.
Rapidamene Batygin e Brown se deram conta de que os seis obejtos mais distantes da coleção original de Trujillo e Shepherd, seguiam todos órbitas elípticas que apontavam para a mesma direção no espaço físico. Isto é particularmente surpreendente porque os pontos mais distantes de suas órbitas se movem em torno do Sistema Solar e eles viajam em velocidades diferentes.
“É quase como se tivéssemos seis ponteiros em um relógio, cada um se movendo em uma velocidade diferente, e, quando você olha, todos estão exatamente no mesmo lugar”, explica Brown. A probabilidade de que isto aconteça é algo como 1 em 100. Mas além disso, as órbitas dos seis objetos também são inclinadas do mesmo jeito – todas com uma inclinação de 30 graus para com o plano da eclíptica (o plano das órbitas dos oito planetas conhecidos). A probabilidade disto acontecer cai para 0,007%. “Basicamente, isto não pode ser por acaso”, diz Brown. “De forma que pensamos que outra coisa devia estar moldando essas órbitas”.
A primeira possibilidade investigada foi a de que talvez houvesse um número suficiente de objetos no Cinturão de Kuiper – alguns dos quais não tinham sido ainda descobertos – para criar a gravidade necessária para manter esta subpopulação aglomerada. Os pesquisadores rapidamente descartaram isto quando calcularam que este cenário precisaria que o Cinturão de Kuiper tivesse cerca de 100 vezes a massa estimada atualmente.
Isso os deixou com a ideia de um planeta. Sua primeira resposta instintiva foi a de rodar simulações envolvendo um planeta em uma órbita distante que abrangesse as órbitas dos seis objetos do Cinturão de Kuiper, que agiria como um laço gigante para mantê-los em seu alinhamento. Batygin diz que isso quase funciona, mas não coincide precisamente com as excentricidades observadas. Como diz ele: “Perto do alvo, mas não ganha o prêmio”.
Então, realmente por mero acidente, Batygin e Brown perceberam que se eles rodassem simulações com um planeta massivo com uma órbita contra-alinhada – uma órbita na qual o ponto mais próximo do Sol, também chamado de periélio, ficasse distante 180 graus dos outros objetos e planetas conhecidos – os objetos distantes no Cinturão de Kuiper na simulação assumiriam o alinhamento observado atualmente.
“A resposta natural é: ‘Essa geometria orbital não pode estar certa. Isso não pode ser estável a longo prazo porque, ao fim e ao cabo, isso faria com que o planeta e os objetos se encontrassem e, eventualmente, colidissem”, explica Batygin. No entanto, por meio de um mecanismo conhecido como ressonância de movimento médio, a órbita do planeta anti-alinhado na verdade impede que os objetos do Cinturão de Kuiper colidam com ele e os mantém alinhados. Na medida em que os objetos em órbita se aproximam, eles trocam energia. Então, por exemplo, para cada quatro órbitas que o Planeta Nove descreve, um dos objetos distantes do Cinturão de Kuiper pode perfazer nove órbitas. Eles jamais colidem. Em lugar disso, tal como um pai que mantém o arco de uma criança em um balanço, dando empurrões periódicos, o Planeta Nove afeta as órbitas dos objetos distantes do Cinturão de Kuiper de forma tal que sua configuração com o planeta é mantida.
“Ainda assim, eu estava bastante cético” relata Batygin. “Eu nunca tinha visto coisa parecida na mecânica celeste”.
Porém, pouco a pouco, na medida em que os pesquisadores investigavam as caracteríticas adicionais e consequências do modelo, eles se persuadiram. “Uma boa teoria deve não só explicar as coisas que você se porpõe a explicar. Ela deve de preferência explicar outras coisas que você não tinha se proposto explicar e fazer previsões que sejam verificáveis”, argumenta Batygin.
E, com efeito, a existência do Planeta Nove ajuda a explicar mais do que só o alinhamento dos objetos distantes do Cinturão de Kuiper. Ela também explica as misteriosas órbitas que ambos traçam. O primeiro desses objetos, chamado Sedna, foi descoberto por Brown em 2003. Diferentemente da variedade padrão dos objetos do Cinturão de Kuiper que são “chutados para fora” por Netuno e voltam a ele, Sedna nunca se aproxima muito de Netuno. Um segundo objeto parecido com Sedna, conhecido como 2012 VP113, foi anunciado por Trujillo e Shepherd em 2014. Batygin e Brown descobriram que a presença do Planeta Nove em sua órbita proposta, produz naturalmente objetos tipo Sedna, retirando um objeto padrão do Cinturão de Kuiper e lentamente o puxando para uma órbita menos conectada a Netuno.
Mas a maior surpresa dos pesquisadores foi que suas simulações também prediziam que haveria objetos no Cinturão de Kuiper em órbitas perpendiculares ao plano da eclíptica. Batygin continuou encontrando indícios disso e os levou a Brown. “De repente eu percebi que existem objetos assim”, relembra Brown. Nos últimos três anos, observadores identificaram quatro objetos com órbitas mais ou menos perpendiculares à de Netuno e enfileirados. “Nós plotamos as posições desses objetos e suas órbitas e elas se encaixaram exatamente nas simulações”, diz Brown. “Quando descobrimos isso, meu queixo caiu no chão”.
“Quando a simulação alinhou os objetos distantes no Cinturão de Kuiper e criou objetos tais como Sedna, nós pensamos que isso era maravilhoso – mata-se dois coelhos com uma cajadada”, diz Batygin. “Mas quando a existência do planeta também explicou essas órbitas perpendiculares, não foram só dois coelhos: foi mais um coelho que você nem sabia que estava na moita”.
De onde veio o Planeta Nove e como ele foi parar no Sistema Solar Exterior? Os cientistas há muito acreditam que o Sistema Solar em sua infância começou com quatro núcleos planetários que sugaram todo o gás em seu entorno, formando os quatro planetas gasosos – Júpiter, Saturno, Urano e Netuno. Ao longo do tempo, colisões e ejeções os moldaram e levaram a suas presentes posições. “Mas não existe uma razão para que não tenha havido cinco núcleos, em lugar de quatro”, argumenta Brown. O Planeta Nove pode representar esse quinto núcleo e, se ele chegou perto demais de Júpiter ou Saturno, pode ter sido ejetado para sua órbita distante e excêntrica.
Batygin e Brown continuam a refinar suas simulações e aprender mais acerca da órbita do planeta e sua influência sobre o Sistema Solar distante. Por enquanto, Brown e outros colegas começaram a procurar os céus pelo Planeta Nove. Somente sua órbita aproximada é conhecida, não sua localização precisa na rota elíptica. Se o planeta estiver próximo de seu periélio, diz Brown, os astrônomos podem ser capazes de localizá-lo em imagens de varreduras anteriores. Se ele estiver na parte mais distante de sua órbita (afélio), os maiores telescópios do mundo – tais como os telescópios gêmeos de 10m do Observatório W. M. Keck e o Tellescópio Subaru, todos no Mauna Kea, no Hawaii – serão necessários para encontrá-lo. Se, entretanto, o Planeta Nove estiver agora em qualquer ponto intermediário, vários telescópios terão a chance de encontrá-lo.
“Eu adoraria encontrá-lo”, diz Brown. “Mas ficaria plenamente satisfeito se outra pessoa o encontrar. É por isso que estamos publicando este artigo. Esperamos que outras pessoas se inspirem e comecem a procurar”.
Em termos das compreensão do contexto do Sistema Solar no universo, Batygin diz que esse planeta que nos parece tão esdrúxulo, torna nosso Sistema Solar mais parecido com outros sistemas planetários que estão sendo encontrados em outras estrelas. Em primeiro lugar, a maioria dos exoplanetas que orbitam estrelas parecidas com o Sol, não têm um padrão orbital simples – ou seja, alguns orbitam extremamente perto de suas estrelas mães, enquanto que outros seguem em órbitas excepcionalmente distantes. Segundo, a maioria dos exoplanetas varia de 1 a 10 massas terrestres.
“Uma das descobertas mais surpreendentes sobre outros sistemas planetários é que o tipo mais comum de planeta por aí tem uma massa entre a da Terra e a de Netuno”, diz Batygin. “Até agora, nós pensávamos que no Sistema Solar faltava o tipo mais comum de planeta. Pode ser que sejamos mais normais, por fim”.
Brown, que é bem conhecido por seu significativo papel no rebaixamento de Plutão de planeta a planeta anão, acrescenta: “Todas essas pessoas que ficaram com raiva de Plutão não ser mais chamado de planeta, podem se entusiasmar com a possibilidade de haver realmente outro planeta lá fora e fazer o Sistema Solar ficar com nove planetas novamente”.
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O artifo é intiotulado “Evidence for a Distant Giant Planet in the Solar System.”
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Órbitas do Planeta Nove e dos objetos do Cinturão de Kuper:
