Planetas que orbitam estrelas binárias
Um planeta, duas estrelas: uma nova pesquisa mostra como se formam planetas circumbinários
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Por dos Sóis em Tatooine (do Filme “Guerra nas Estrelas”) WikiMedia Commons |
O planeta natal de Luke Skywalker, Tatooine, teria se formado longe de sua posição mostrada no universo do filme “Guerra nas Estrelas”. É o que diz um novo estudo realizado pela Universidade de Bristol com suas contrapartidas deste universo real, observadas pelo Telescópio Espacial Kepler.
Tal como o Tatooine da ficção, o planeta Kepler-34(AB)b é um planeta circumbinário, ou seja, sua órbita é em torno de duas estrelas. Existem poucos ambientes mais extremos do que um sistema estelar binário para a formação de planetas. As poderosas perturbações gravitacionais, vindas das duas estrelas, sobre os blocos de construção de planetas pode levar a colisões destruidoras que esfarelam o material. Então, como se pode explicar a presença de planetas assim?
Em uma pesquisa publicada nesta semana em Astrophysical Journal Letters, a Dra Zoe Leinhardt e seus colegas da Escola de Física de Bristol realizaram simulações em computador dos estágios iniciais da formação de planetas em torno de estrelas binárias, empregando um modelo sofisticado que calcula os efeitos da gravidade e das colisões sobre e entre um milhão desses “blocos de construção” de planetas.
Eles descobriram que a maioria desses planetas tem que ter se formado muito mais longe do centro de gravidade do sistema estelar binário e depois migrado para sua posição atual.
A Dra Leinhardt declarou: “Nossas simulações mostram que o disco circumbinário é um ambiente hostil até mesmo para objetos grandes e de forte gravidade. Levando em conta os dados sobre colisões, assim como a taxa de crescimento físico de planetas, descobrimos que Kepler 34(AB)b teria tido enormes dificuldades para se formar onde hoje o encontramos”.
Com base nessas conclusões sobre Kepler-34, parece provável que todos os planetas circumbinários atualmente conhecidos também tenham passado por significativas migrações desde os locais onde se formaram – com a possível exceção de Kepler-47 (AB)c que fica mais distante das estrelas binárias do que qualquer outro planeta circumbinário.
Stefan Lines, principal autor do estudo, declarou: “Os planetas circumbinários capturaram a imaginação de muitos escritores e diretores de filmes de ficção científica – nossa pesquisa mostra o quão notáveis são esses planetas. Compreender mais sobre onde eles se formam, vai ajudar em futuras missões de busca por planetas semelhantes à Terra em sistemas estelares binários”.
Artigo
‘Forming circumbinary planets: N-body simulations of Kepler-34’ por S. Lines, Z. M. Leinhardt, S. Paardekooper, C. Baruteau e P. Thebault em Astrophysical Journal Letters
Esta semana no EurekAlert
Descoberto o primeiro planeta orbitando uma “gêmea” do Sol em um aglomerado estelar
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O Observatório Europeu do Sul (ESO), no Chile, anunciou a descoberta de três planetas no aglomerado estelar Messier 67, um dos quais orbita uma estrela “gêmea” de nosso Sol.
Embora já se saiba que exoplanetas são comuns, pouquíssimos deles foram encontrados em aglomerados estelares, o que é até um pouco estranho, se considerarmos que a maioria das estrelas nasce dentro desses aglomerados..
Anna Brucalassi (do Instituto Max Planck de Física Extraterrestre, na Alemanha), principal autora do estudo diz: “No aglomerado Messier 67, as estrelas são todas da mesma idade e composição de nosso Sol. Isso faz desse aglomerado um laboratório perfeito para estudar quantos planetas podem se formar em um ambiente tão populoso e se eles tendem a se formar em torno de estrelas mais ou menos massivas”.
A equipe empregou o instrumento HARPS (High Accuracy Radial velocity Planet Searcher = Buscador de Planetas [por meio da medição da] Velocidade Angular de Alta Precisão), montado no telescópio de 3,6m no Observatório La Silla, cujos resultados foram cotejados com vários outros dados de observatórios pelo mundo inteiro.
O aglomerado fica a cerca de 2500 anos-luz de distância, na direção da constelação de Câncer, e contem cerca de 500 estrelas. Muitas das estrelas do aglomerado são mais tênues do que aquelas onde usualmente se procura por exoplanetas, o que levou as capacidades do HARPS ao limite. Os três planetas descobertos – dois deles orbitando estrelas similares ao Sol e um que orbita uma mais massiva que já evoluiu para o estágio de gigante vermelha – os dois primeiros tem uma massa de cerca de um terço da massa de Júpiter e orbitam sua estrela-mãe em períodos de sete e cinco dias, respectivamente. O terceiro leva 122 dias para orbitar a estrela-mãe e é mais massivo do que Júpiter.
Links
Artigo que relata a pesquisa: “Three planetary companions around M67 stars”, por A. Brucalassi et al., a ser publicado em Astronomy & Astrophysics
(pré-publicação online: – http://www.eso.org/public/archives/releases/sciencepapers/eso1402/eso1402a.pdf
Fotos do telescópio de 3,6m do ESO – http://www.eso.org/public/images/archive/search/?adv=&subject_name=3.6
California Institute of Technology
Himiko e a aurora do cosmo
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  IMAGE: A composite color image of Himiko based on Hubble, Subaru, and Spitzer data. On the left is a Hubble image with the position of Himiko marked with a square. Top…Click here for more information. |
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Um dos mais fascinantes objetos descobertos pelo Telescópio Subaru – o telescópio de 8,2m operado pelo Observatório Astronômico Nacional do Japão, localizado no monte Mauna Kea no Hawaii – é uma “bolha espacial”, batizada de Himiko (uma lendária rainha do Japão antigo). Himiko apresenta três “bolhas” visíveis e foi identificada como uma enorme galáxia com um halo gasoso que cobre mais de 55.000 anos-luz. Himiko não só é enorme, como é muito distante e a imagem que vemos é de uma época cerca de 800 milhões de anos após o Big Bang, quando o universo tinha apenas 6% de seu tamanho atual e as estrelas e galáxias estavam apenas começando a se formar.
Em busca da resposta para como uma galáxia tão primeva poderia ter energia suficiente para aquecer uma nuvem de gás tão grande, uma equipe de astrofísicos da CalTech, da Universidade de Tóquio e do Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica combinou os resiltados de observações do Telescópio Espacial Hubble e do novo rádio-telescópio ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array). E, junto com a resposta à pergunta inicial, obtiveram mais uma surpresa.
As imagens do Hubble – que detecta luz visível e utra-violeta – mostravam três aglomerados estelares que cobriam um espaço de 20.000 anos-luz cada; portanto, três galáxias típicas da época de Himiko, em processo de fusão, todas elas com intensa formação de estrelas que, somadas, equivalem a uma centena de massas solares por ano – o que é mais do que suficiente para explicar Himiko e seu halo gasoso. A tripla fusão de galáxias é, por si só, um evento raro.
A surpresa apareceu com os dados do ALMA. Embora Himiko estivesse brilhando nas faixas da luz visível e no ultra-violeta, nas faixas que o ALMA observa – submilimétrica e rádio-frequência – ela era quase apagada. Normalmente, regiões de intensa formação de estrelas criam nuvens compostas de carbono, oxigênio e silício (no jargão dos astrônomos, tudo mais massivo que hidrogênio e hélio é um “metal”) e essas nuvens quando aquecidas, reemitem a radiação ultra-violeta na faixa de rádio-frequência. Isso sugeria uma baixa “metalicidade” de Himiko.
A conclusão dos pesquisadores é que Himiko é tão antiga que é composta quase que exclusivamente por hidrogênio e hélio, elementos formados no próprio Big Bang. E antes de chegarem a esta conclusão, os cientistas tiveram que cuidadosamente descartar outras possibilidades, tais como a aparência de Himiko ser causada por um efeito tal como o de lente gravitacional ou por um gigantesco buraco negro no seu centro.
O artigo com os resultados é intitulado “An Intensely Star-Forming Galaxy at Z ~ 7 with Low Dust and Metal Content Revealed by Deep ALMA and HST Observations”, publicado na edição de 1/12/2013 do Astrophysical Journal.
O planeta das impossibilidades possíveis
Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics
Planeta misterioso intriga os astrônomos
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Kepler-78b é um planeta que nem deveria existir. Este mundo de lava escaldante gira em torno de sua estrela a cada oito horas e meia a uma distância de menos de dois milhões de quilômetros – uma das órbitas mais apertadas que se conhece. Segundo as teorias correntes sobre a formação de planetas ,ele nem poderia se ter formado, tão perto de sua estrela, nem poderia ter se movido para lá.
“Esse planeta é um completo mistério”, diz o astrônomo David Latham do Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica (CfA, na sigla em inglês). “Não sabemos como ele se formou ou como ele chegou aonde está hoje. O que sabemos é que não vai durar para sempre”.
“Kepler-78b vai acabar sendo engolido pela estrela muito em breve, em termos astronômicos”, concorda o astrônomo do CfA Dimitar Sasselov.
Kepler-78b não é somente um mundo misterioso; ele é o primeiro planeta do tamanho da Terra, com uma densidade igual à da Terra, conhecido. Kepler-78b é cerca de 20% maior que a Terra, com um diâmetro de 15.000 km e pesa quase o dobro. Disso resulta que ele tem uma densidade semelhante à da Terra, o que, por sua vez, sugere que ele tem uma composição semelhante à da Terra: rochas e ferro.
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A órbita apertada de Kepler-78b apresenta mais um desafio aos teóricos. Quando esse sistema planetário estava em formação, a jovem estrela era maior do que é agora. Ou seja, a atual órbita de Kepler-78b ficaria dentro da estrela mais gorda.
“Ele não pode ter se formado nesta posição porque não dá para se formar um planeta dentro de uma estrela. Ele não pode ter se formado mais distante e migrado para dentro, porque, se fosse assim, ele teria acabado mergulhando direto para dentro da estrela. Este planeta é um enigma”, explica Sasselov.
Segundo Latham, Kepler-78b é membro de uma nova classe de planetas recentemente identificados pela espaçonave Kepler da NASA. Esses planetas recentemente encontrados orbitam suas estrela em períodos menores que 12 horas. Eles também são pequenos, com um tamanho próximo do da Terra. Kepler-78b é o primeiro desta classe a ter sua massa medida.
“Kepler-78b é o próprio exemplo dessa nova classe de planetas”, observa Latham.
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A equipe estudou o Kepler-78b usando um espectrografo de alta precisão recentemente posto em funcionamento, o HARPS-North, no Observatório de Roque de los Muchachos em La Palma. Eles coordenaram seu trabalho com outra equipe independente que usou o espectrógrafo HIRES no Observatório Keck. As medições efetuadas por ambas as equipes foram concordantes, o que aumenta a confiabilidade dos resultados.
Kepler-78b é um mundo condenado. As marés gravitacionais vão puxá-lo para mais perto ainda da estrela. Eventualmente, ele vai chegar tão perto que a gravidade da estrela vai rompê-lo em pedaços. Os teóricos predizem que Kepler-78b vai desaparecer nos próximos 3 bilhões de anos.
Curiosamente, nosso sistema solar pode ter tido um planeta como Kepler-78b. Mas, se teve, esse planeta foi destruído há muito tempo e não deixou vestígios para os astrônomos de hoje.
Kepler-78b orbita um estrela semelhante ao Sol, tipo G, localizada a 400 anos-luz da Terra na direção da constelação do Cisne (Cygnus).
Nota do tradutor: o título deste post é um trocadilho com o título do livro de Louis Pauwels e Jacques Bergier, “O planeta das possibilidades impossíveis”, mas nada tem a ver com o assim chamado “realismo fantástico” .
A irmã (gêmea) mais velha do Sol
Identificada uma “irmã gêmea” (mais velha) do Sol
O telescópio VLT do Observatório Europeu do Sul (ESO) obtem novas dicas para a solução do mistério do lítio
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Os astrônomos vêm observando o Sol com telescópios somente há 400 anos — uma porção quase insignificante da idade do Sol, 4,6 bilhões de anos. Isso tornaria tremendamente difícil estudar a história e a futura evolução de nossa estrela, porém podemos fazê-lo, procurando pelas raras estrelas que sejam quase que exatamente iguais à nossa, mas em estágios diferentes de suas vidas. Agora, os astrônomos identificaram uma estrela que é essencialmente uma irmã gêmea de nosso Sol, só que 4 bilhões de anos mais velha — algo quase como um exemplo prático do paradoxo dos gêmeos [1].
Jorge Melendez (Universidade de São Paulo, Brasil), o líder da equipe e co-autor do novo artigo, explica: “Durante décadas os astrônomos vêm procurando por gêmeos do Sol, a fim de compreender melhor a estrela que nos dá vida. Entretanto, muito poucas foram encontradas, desde a primeira em 1997. Agora conseguimos obter espectros com qualidade excepcional através do VLT e podemos escrutinar as gêmeas do Sol com extrema precisão, para responder à pergunta se o nosso Sol é, de alguma forma, especial”.
A equipe estudou duas gêmeas do Sol [2] — uma que se pensava ser mais nova que o Sol (18 Scorpii) e uma que se esperava que fosse mais velha (HIP 102152). Eles empregaram o espectrógrafo UVES do VLT (acrônimo de Very Large Telescope = Telescópio Muito Grande) no Observatório Paranal do ESO, para dividir a luz em suas cores componentes, de forma a poder estudar as composições químicas e outras propriedades dessas estrelas em maior detalhe.
Eles descobriram que a HIP 102152 na constelação de Capricórnio é a irmã gêmea mais velha do Sol até hoje encontrada. Sua idade é estimada em 8,2 bilhões de anos, enquanto nosso Sol deve ter uns 4,6 bilhões. Por outro lado, foi confirmado que 18 é mais jovem que o Sol — cerca de 2,9 bilhões de anos de idade.
Estudar a irmã gêmea mais velha do Sol, HIP 102152, permite aos cientistas predizer o que pode vir a acontecer com nosso próprio Sol quando chegar a esta idade, e eles já realizaram uma decoberta significativa. “Uma das questões que pretendíamos bordar era se a composição do Sol é ou não típica”, esclarece Melendez. “E o que é mais importante: por que ele tem um conteúdo de lítio tão estranhmente pequeno?”
O lítio, o terceiro elemento da tabela periódica, foi criado no Big Bang junto com o hidrogênio e o hélio. Os astrônomos ponderam há anos sobre o motivo de algumas estrelas parecerem ter menos lítio do que as outras. Com as novas observações da HIP 102152, os astrônomos deram um grande passo para a solução desse mistério, estabelecendo uma forte correlação entre a idade de uma estrela do tipo do Sol e seu conteúdo de lítio.
Nosso Sol contém agora apenas 1% do conteúdo de lítio que estava presente no material do qual ele se formou. Os exames das gêmeas do Sol mais novas indicaram que essas irmãs mais jovens contém uma quantidade significativamente maior de lítio, mas, até agora, os cientistas não tinham meios de provar uma correlação entre a idade e o conteúdo de lítio [3].
TalaWanda Monroe (Universidade de São Paulo), o principal autor do novo artigo, conclui: “Descobrimos que a HIP 102152 tem níveis muito baixos de lítio. Isto demonstra claramente pela primeira vez que as irmãs gêmeas mais velhas do Sol realmente têm um conteúdo de lítio inferior ao das mais jovens. Agora podemos ter certeza de que as estrelas de alguma forma destroem seu lítio na medida em que envelhecem e que o conteúdo de lítio do Sol parece ser normal para sua idade”. [4]
Um toque final nesta história é que a HIP 102152 tem um padrão peculiar de composição química que é sutilmente diferente das outras gêmeas do Sol, porém semelhante ao do Sol. Ambas as estrelas exibem uma deficiência de elementos que são abundantes em meteoritos e na Terra. Isso é um forte indício de que a HIP 102152 pode ser “mãe” de planetas rochosos do tipo da Terra [5].
Notas
[1] Muitas pessoas conhecem o paradoxo dos gêmeos: um dos gêmeos idênticos faz uma viagem espacial e retorna à Terra, mais moço do que seu irmão que ficou em casa. Muito embora não haja qualquer viagem no tempo envolvida com as semelhanças entre essas estrelas, podemos observar estrelas muito semelhantes (tal como irmãs gêmeas), com idades bem distintas — “retratos” da vida do Sol em idades diferentes.
[2] Estrelas “gêmeas do Sol”, “análogas ao Sol” e “tipo solar” são categorias de estrelas, de acordo com sua similaridade com o nosso Sol. As “gêmeas do Sol” são as mais similares a nosso Sol, em massas, temperaturas e composição química. As gêmeas do Sol são raras, porém as outras classes, onde a similaridade é menos exata, são muito mais comuns.
[3] Estudos anteriores indicavam que o conteúdo de lítio de uma estrela também podia ser afetado pela presença de planetas gigantes em órbita delas (eso0942, eso0118, aritgo na Nature), embora esses resultados ainda sejam assunto de debates (ann1046).
[4] Ainda não está claro como o lítio é destruído dentro das estrelas, muito embora tenham sido propostos vários processos onde o lítio é levado da superfície da estrela para suas camadas interiores, onde então é destruído.
[5] Se uma estrela contém menos dos elementos que são comumente achados em corpos rochosos, isso indica que, provavelmente existam planetas rochosos do tipo da Terra, já que esses planetas absorvem tais elementos quando se forma o grande disco de matéria em torno da estrela. A sugestão de que a HIP 102152 pode ter tais planetas é ainda mais reforçada pelo monitoramento da velocidade radial da estrela com o espectrógrafo HARPS do ESO, que indica que, dentro da zona habitável dessa estrela, não existem planetas gigantes. Isso permitiria a existência de planetas semelhantes à Terra em órbita da HIP 102152; em sistemas ondem existem planetas gigantes próximos de sua estrela-mãe, as chances de encontrar planetas do tipo terrestre são muito menores, porque esses pequenos corpos rochosos são perturbados e feitos em pedaços.
Outras informações
Esta pesquisa foi apresentada em um artigo a ser publicado como “High precision abundances of the old solar twin HIP 102152: insights on Li depletion from the oldest Sun”, por TalaWanda Monroe et al. em Astrophysical Journal Letters.
A equipe era com posta por TalaWanda R. Monroe, Jorge Meléndez (Universidade de São Paulo, Brasil [USP]), Iván Ramírez (Universidade do Texas em Austin, EUA), David Yong (Universidade Nacional Australiana, Austrália [ANU]), Maria Bergemann (Instituto Max Planck para Astrofísica, Alemanha), Martin Asplund (ANU), Jacob Bean, Megan Bedell (Universidade de Chicago, EUA), Marcelo Tucci Maia (USP), Karin Lind (Universidade de Cambridge, RU), Alan Alves-Brito, Luca Casagrande (ANU), Matthieu Castro, José-Dias do Nascimento (Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Brasil), Michael Bazot (Centro de Astrofísica da Universidade de Porto, Portugal) e Fabrício C. Freitas (USP).
O ESO é a mais importante organização astronômica inter-governamental da Europa e o observatório astronômico mais produtivo do mundo. Ele é apoiado por 15 países: Alemanha, Áustria, Bélgica, Brasil, República Tcheca, Dinamarca, Espanha, França, Finlândia, Holanda, Itália, Portugal, Reino Unido, Suécia e Suíça.
Links
Artigo da pesquisa – http://www.eso.org/public/archives/releases/sciencepapers/eso1337/eso1337a.pdf
FAQ acerca do ESO e Brasil – http://www.eso.org/public/about-eso/faq/faq-eso-brazil.html
Fotos do VLT – http://www.eso.org/public/images/archive/category/paranal/
Nem sempre são planetas…
NASA/Goddard Space Flight Center
Estudo da NASA demonstra que os discos em torno das estrelas não precisam de planetas para criar padrões
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  VIDEO: Esta simulação mostra, a partir de dois ângulos distintos (à esquerda, um ângulo de 20°; à direita, 90°), o crescimento de estruturas em um disco de debris que se estende por cerca de 100 vezes mais longe de sua estrela do que a órbita da Terra.
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Muitas estrelas jovens que se sabe terem planetas, também têm discos compostos de poeira e grãos de gelo, partículas produzidas por colisões entre asteroides e cometas que também orbitam a estrela. Estes discos de debris frequentemente exibem anéis bem definidos ou padrões espirais, características que podem indicar a presença de planetas em órbita. Os astrônomos estudam as características dos discos como forma de melhor compreender as propriedades físicas dos planetas conhecidos e, possivelmente, descobrir mais outros.
No entanto, um novo estudo feito pelos cientistas da NASA faz soar um alarme quanto à interpretação desses anéis e braços espirais como indício seguro da existência de novos planetas. Graças às interações entre os gases e a poeira, um disco de debris pode, sob as condições certas, produzir estreitos anéis por si só, sem precisar de planetas.
“Quando a massa dos gases é aproximadamente igual à da poeira, os dois interagem de uma forma que leva à aglomeração da poeira e à formação de padrões”, afirma o Pesquisador “Sagan” Wladimir Lyra, do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA em Pasadena, Califórnia. “Fundamentalmente, os gases conduzem a poeira a formar os tipos de estruturas que esperaríamos encontrar, se um planeta estivesse presente”.
Um artigo onde as descobertas são relatadas foi publicado na edição de 11 de junho da Nature.
A poeira quente no disco de debris é fácil de detectar nos comprimentos de onda infravermelhos, mas estimar o conteúdo de gases é um desafio muito maior. Em face disto, os estudos teóricos tendem a se focar no papel da poeira e das partículas de gelo, prestando pouca atenção ao componente dos gases. No entanto, os grãos de gelo se evaporam e as colisões produzem tanto gases como poeira, de forma que, em algum ponto, todos os discos de debris têm que conter alguma quantidade de gases.
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 IMAGEM: Este gráfico compara a massa dos gases em diversos discos de debris e mostra onde a instabilidade fotoelétrica é mais importante. Alguns sistemas, tais como TW da Hidra têm tanto gás que a instabilidade é suprimida.
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“Tudo o que é necessário para produzir estreitos anéis e outras estruturas em nossos modelos de discos de debris é um pouco de gases, tão pouco que nossos sistemas atuais não conseguem detectar”, diz o co-autor Marc Kuchner, um astrofísico do Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, Maryland.
A coisa funciona assim. Quando a luz ultravioleta de alta energia vinda da estrela atinge um aglomerado de poeira e grãos de gelo, ela arranca elétrons das partículas. Esses elétrons de alta velocidade então colidem com os gases nas proximidades e os aquecem.
A crescente pressão dos gases modifica a pressão de arrasto sobre a poeira em órbita, fazendo com que os aglomerados cresçam e aqueçam mais ainda os gases. Esta interação, chamada pelos astrônomos de instabilidade fotoelétrica, continua em efeito cascata. Os aglomerados crescem e se tornam arcos, anéis e objetos ovalados em algumas dezenas de milhares de anos, um tempo relativamente curto, se comparado a outras forças em atividade em um jovem sistema solar.
Um modelo, desenvolvido por Lyra e Kuchner, mostra o processo em ação.
“Ficamos fascinados ao ver essa estrutura se formar na simulação”, afirma Lyra. “Alguns dos anéis começam a oscilar e, a qualquer momento, eles assumem a aparência dos anéis de poeira que vemos em torno de várias estrelas, tais como Fomalhaut”.
Além disso, durante a simulação, se observou a formação de densos aglomerados, com várias vezes a densidade da poeira, em outros setores do disco. Quando um aglomerado em um anel fica denso demais, o anel se rompe em arcos e os arcos gradualmente encolhem, até que resta apenas um aglomerado compacto. Nos discos de debris verdadeiros, alguns aglomerados densos podem ser capazes de refletir a luz o suficiente para serem diretamente observáveis.
“Esses aglomerados seriam detectados como brilhantes fontes luminosas, exatamente aquilo que buscamos ao procurar por planetas”, acrescenta Kuchner.
Os pesquisadores concluem que a instabilidade fotoelétrica dá uma explicação simples e plausível para muitas das características observadas em discos de debris, o que torna o trabalho dos caçadores de exoplanetas um pouco mais duro.
Um proto-exoplaneta muito estranho…
Surpesa na formação de um exoplaneta
13 de junho de 2013
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Imagens do disco exoplanetário TW Hidra. |
Washington, D.C.— Uma equipe de pesquisadores descobriu indícios de que um exoplaneta pode estar se formando bem longe de sua estrela — a cerca do dobro da distância de Plutão para nosso Sol. O planeta fica em um disco gasoso e poeirento em torno de uma pequena anã vermelha, TW Hidra, a qual tem apenas cerca de 55% da massa do Sol. Esta descoberta aumenta ainda mais a sempre crescente variedade de sistemas planetários na Via Láctea. A pesquisa foi publicada no Astrophysical Journal.*
Este poeirento disco protoplanetário é o mais próximo de nós, a cerca de 176 anos-luz na direção da constelação de Hidra. Os astrônomos usaram observações do Telescópio Espacial Hubble em uma larga faixa de comprimentos de onda, da luz visível até o infravermelho próximo, para modelar as cores e a estrutura do disco de uma forma até então nunca feita. Eles encontraram uma falta de material no disco, ou falha parcial, a cerca de 80 unidades astronômicas (UA – uma UA é a distância do Sol à Terra). Seus modelos indicam que a depressão tem cerca de 20 UAs de largura, um pouquinho mais larga do que o necessário para uma falha causada pela acreção de um planeta e consistente com um planeta com uma massa entre 6 e 28 vezes a da Terra. Esta característica é vista em todos os comprimentos de onda, o que indica que é uma diferença estrutural e não causada por uma composição local. A equipe acredita que é um forte indício de que a formação de um planeta está causando a falha.
“O sistema TW Hidra tem entre 5 e 10 milhões de anos de idade e deve estar na fase final de formação de planetas, antes que seu disco se dissipe”, observou a co-autora Alycia Weinberger da Carnegie, investigadora principal das observações. “É surpreendente encontrar um planeta com apenas 5 a 10% da massa de Júpiter se formando tão distante, já que os planetas deveriam se formar mais rápida e aproximadamente. Em todos os cenários de processos de formação de planetas, é difícil fazer um planeta de pequena massa tão distante de uma estrela de pequena massa”.
A meta dessas observações era compreender não só se haveria a formação de planetas, como também quais condições podem resultar na formação de planetas e quais as substâncias químicas estão disponíveis para a formação de novos planetas. Os modelos criados pela co-autora Hannah Jang-Condell, um antiga pesquisadora da Carnegie, mostram que o disco era mais brilhante do que o esperado, o que indica que grãos de poeira muito pequenos estão sendo alçados bem acima do plano médio. Isto é surpreendente porque as observações com rádio-telescópios havia mostrado anteriormente que a poeira contida no disco tina se conglomerado em pedriscos.
Weinberger projetou que as observações fossem capazes de detectar grandes grãos de água na camada superficial do disco. Esses grãos não foram encontrados, o que provavelmente significa que eles cresceram e se afundaram no plano médio do disco, onde eles podem se agregar em planetas ricos em água.
A formação de planetas distante de uma estrela mãe pequena não se encaixa com os dogmas vigentes de formação de planetas. Sob o cenário mais aceito, os planetas se formam ao longo de dezenas de milhões de anos a partir da lenta acreção de poeira, rochas e gases. Isto acontece com mais facilidade perto da estrela central, onde as escalas de tempos orbitais são curtos. Mesmo em um cenário de instabilidade do disco, no qual os planetas podem colapsar rapidamente do disco, não está bem claro como um tal planeta de pequena massa pode se formar.
O astrofísico da Carnegie Alan Boss, que trabalha com modelos de instabilidade do disco, disse: “Se a massa desse suposto planeta for pequena como parece ser, isso vai ser um quebra-cabeças. A teoria diz que ele não pode existir!”
O principal autor do estudo, John Debes do Instituto de Ciência Espacial com Telescópios e também um antigo pesquisador da Carnegie, observou: “Tipicamente, são necessários pedriscos antes que um planeta possa se formar. Então, se houver um planeta na falha e não houver poeiras maiores do que um grão de areia mais longe, nós conseguimos um belo desafio para os modelos tradicionais de formação de planetas”.
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*Os autores do estudo são John Debes, Hannah Jang-Condell, Alycia Weinberger, Aki Roberge e Glenn Schneider. O apoio para o trabalho foi dado pela NASA através do Instituto de Ciência do Telescópio Espacial, operado pela Associação de Universidades para Pesquisa em Astronomia, INc. Debes, Jang-Condell e Roberge são todos antigos pesquisadores da Carnegie.
Formação de Planetas: uma possível dica
‘Armadilha de Poeira’ em torno de uma estrela distante pode ser a solução para o mistério da formação de planetas
Com base no baú de tesouros das recentes descobertas, os astrônomos agora sabem que os planetas são algo muito comum em nossa galáxia e podem ser comuns em todo o universo. Embora os planetas pareçam se formar prontamente, o real processo de sua formação permanece um mistério e os astrônomos continuam buscando as peças que faltam para este quebra-cabeças cósmico.
 Imagem do ALMA da armadilha de poeira em torno de IRS 48. O objeto em forma de crescente é resultado da acumulação de grãos de poeira maiores nas regiões externas do disco. Isto cria um porto seguro para que os grãos de poeira se aglomerem em objetos cada vez maiores. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) / Nienke van der Marel |
Uma equipe internacional de astrônomos, usando o novo telescópio Atacama Large Millimeter/ submillimeter Array (ALMA) descobriu uma intrigante pista que pode ajudar a explicar como os planetas rochosos são capazes de evoluir em um turbilhonante disco de poeira e gases.
Imageando as regiões externas de um jovem sistema solar conhecido como Oph IRS 48, que fica a 390 anos-luz da Terra aproximadamente na constelação Ofiúco (Ophiuchus – o Serpentário), os astrônomos descobriram uma formação em forma de crescente, conhecida como “armadilha de poeira”. Os pesquisadores especulam que essa característica recém-descoberta é verdadeiramente um casulo protetor onde podem acontecer os primeiros passos para a formação de planetas, asteroides e cometas.
Quando os astrônomos tentaram modelar a evolução dos grãos de poeira em corpos proto-planetários, tais como cascalhos e pedregulhos, eles encontraram um problema. Assim que os grãos de poeira se aglomeravam acima de um certo tamanho, eles tendiam a se auto-destruir, ou pela colisão com outros aglomerados, ou por serem atraídos pela estrela-mãe. Para conseguirem vencer esse irritante limite de tamanho, os astrônomos teorizaram que redemoinhos rodopiantes que se formassem no disco, poderiam criar as armadilhas de poeira, regiões que permitiriam que as partículas de poeira se aglomerassem, preparando eventualmente o palco para a formação de objetos cada vez maiores.
“Existe um importante obstáculo na longa cadeia de eventos que vai de pequenos grãos de poeira até objetos do tamanho de planetas”, conta Til Birnstiel, um pesquisador do Centro de Astrofísica Harrvard-Smithsonian em Cambridge, Massachusetts e co-autor do artigo publicado na Science. “Nos modelos de computador da formação de planetas, os grãos de poeira têm que crescer de objetos menores que um mícron até objetos com dez vezes as massa da Terra em poucos milhões de anos. Porém, assim que as partículas ficam suficientemente grandes, elas ganham velocidade e ou colidem entre si, o que as manda de volta à primeira casa, ou lentamente derivam para dentro, o que acaba com qualquer crescimento ulterior”.
Para salvar os grãos de poeira desse destino, os astrônomos propuseram que um vórtex, essencialmente uma corcova no disco, produziria uma área de alta pressão e protegeria os aglomerados de poeira em crescimento.
Entretanto, a criação de uma armadilha de poeira requer a mão amiga de um objeto muito grande, tal como um planeta gigante gasoso, ou uma estrela companheira. Na medida em que esse objeto secundário atravessa o disco, ele cria uma trilha limpa em torno da estrela e produz os vórtices e rodamoinhos essenciais em sua esteira.
Estudos anteriores de Oph IRS 48 tinham revelado um anel muito uniforme de monóxido de carbono e pequenos grãos de poeira em torno da estrela, sem qualquer vestígio de uma teórica armadilha de poeira. Entretanto, eles também detectaram uma grande falha entre as porções interna e externa do disco, o que seria um provável rastro de um planeta muito massivo, na ordem de 10 massas de Júpiter, ou uma estrela companheira. Um tal objeto poderia produzir as condições necessárias para uma armadilha de poeira.
 Impressão artística da estrutura proposta para o disco de Oph IRS 48. As manchas amarronzadas representam os grãos de poeira de diversos tamanhos. Os maiores grãos detectados pelo ALMA ficam concentrados na armadilha de poeira na parte de baixo da imagem. Em azul, a distribuição do gás de monóxido de carbono. A falha no disco é representada com o corpo que se propõe esteja varrendo a área e criando as condições necessárias para a formação da armadilha de poeira. Crédito: Nienke van der Marel |
Usando o ALMA, os pesquisadores conseguiram observar simultaneamente o gás e os grãos de poeira muito maiores, revelando algo que outros telescópios não podiam: uma protuberância na parte externa do disco.
“No início o formato da poeira nas imagens foi uma completa surpresa para nós”, diz Nienke van der Marel, um estudante de doutorado no Observatório Leiden na Holanda e principal autor do artigo. “No lugar de um anel que esperávamos ver, encontramos um formato, bem claro, de uma castanha de cajú. Nós tivemos que nos convencer de que a característica era real, mas a força do sinal e a precisão das observações do ALMA não deixaram qualquer dúvida acerca da estrutura”.
Embora as observações do ALMA só tenham revelado a estrutura externa do disco, que fica a mais de 50 vezes a distância da Terra ao sol, o princípio ainda seria o mesmo mais perto da estrela onde se formariam os planetas rochosos. “Esta estrutura que vemos com o ALMA poderia ser reduzida em escala para representar o que pode estar acontecendo no sistema solar interior, onde os planetas mais parecidos com a Terra iriam se formar”, diz Birnstiel. “No caso destas observações, entretanto, podemos estar vendo algo análogo à formação do Cinturão de Kuiper ou da Nuvem de Oort Cloud, regiões de nosso Sistema Solar onde se acredita que os cometas se originam”.
Estas observações foram realizadas com apenas uma parte das 66 antenas que o ALMA deve vir a ter. Quando o sistema completo estiver em funcionamento no fim deste ano, o ALMA terá a visão mais acurada de qualquer observatório astronômico e será uma importante ferramenta para a compreensão do processo de formação de planetas.
O ALMA é uma instalação astronômica internacional, uma parceria entre a Europa, a America do Norte e a Ásia Oriental, em cooperação com a República do Chile. A construção e a operação do ALMA são lideradas pelo Observatório Europeu do Sul (ESO), pelo National Radio Astronomy Observatory (NRAO) dos EUA e pelo Observatório Astronômico do Japão.
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O “Planeta de Einstein”
Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics
Novo processo de procura por planetas faz sua primeira descoberta
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 IMAGEM: Concepção artística do “Planeta de Einstein “, formalmente conhecido como Kepler-76b
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Detectar exoplanetas é um grande desafio, uma vez que eles são pequenos, tênues e próximos de estrelas. As duas técnicas mais prolíficas para descobrir exoplanetas são a velocidade radial (procurar por estrelas oscilantes) e trânsitos (procurar por estrelas cujo brilho fica, de vez em quando, atenuado). Uma equipe da Universidade de Tel Aviv e o Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian (Center for Astrophysics = CfA) acaba de descobrir um exoplaneta usando um novo método que se baseia na Teoria da Relatividade Restrita de Einstein.
“Nós procuramos por efeitos muito sutis. Precisávamos de medições de alta qualidade do brilho estelar, com uma precisão de poucas partes por milhão” disse o membro da equipe David Latham do CfA.
“Isso só foi possível por conta dos refinados dados que a NASA vem coletando com a sonda Kepler”, acrescenta o autor principal Simchon Faigler da Universidade de Tel Aviv, Israel.
Muito embora a Kepler tenha sido projetada para descobrir planetas em trânsito, este planeta não foi identificado por meio do processo de trânsito. Em lugar disto, ele foi descoberto com o emprego de uma técnica inicialmente proposta por Avi Loeb do CfA e seu coelga Scott Gaudi (agora na Universidade do Estado de Ohio) em 2003. (Coincidentemente, eles desenvolveram sua teoria enquanto visitavam o Instituto de Estudos Avançados em Princeton, onde Einstein trabalhou).
O novo processo procura por três pequenos efeitos que ocorrem simultaneamente quando um planeta orbita uma estrela. O efeito de “farol relativístico” de Einstein que faz que a estrela brilhe mais quando se move em nossa direção (como o sinal luminoso de um farol), puxada pelo planeta e se atenue quando se move para longe. Essa luminosidade maior resulta do acúmulo de energia dos fótons e do fato de ficar focalizada na direção do movimento da estrela devido a efeitos relativísiticos.
“Esta é a primeira vez que este aspecto da Teoria da Relatividade de Einstein foi usado para descobrir um planeta”, diz o co-autor Tsevi Mazeh da Universidade de Tel Aviv.
A equipe também procurou indícios de que a estrela se deformasse por conta das marés gravitacionais do planeta em órbita. A estrela pareceria mais brilhante quando observada ao longo do eixo maior do “ovoide”, por conta da maior área de superfície exposta, e mais tênue quando vista “de ponta”. O terceiro pequeno efeito é devido à luz estelar refletida pelo próprio planeta.
Uma vez identificado o novo planeta, isto foi confirmado por Latham, usando as observações de velocidade radial obtidas pelo espectrógrafo TRES do Observatório Whipple no Arizona e por Lev Tal-Or (Universidade de Tel Aviv), usando o espectrógrafo SOPHIE no Observatório de Haute-Provence na França. Uma olhada mais cuidadosa nos dados do Kepler também mostrou o planeta em trânsito diante de sua estrela, uma confirmação adicional.
O “Planeta de Einstein” – formalmente conhecido como Kepler-76b, é um “Júpiter quente” que orbita sua estrela a cada 1,5 dias. Seu diâmetro é cerca de 25% maior que o de Júpiter e sua massa e duas vezes maior. Ele orbita uma estrela tipo F, localizada a cerca de 2.000 anos-luz da Terra na constelação de Cygnus (Cisne).
O planeta está em rotação sincronizada com sua estrela, mostrando sempre a mesma face para ela, do mesmo jeito que a Lua com a Terra. Por causa disso, Kepler-76b assa a uma temperatura de cerca de 2.000°C.
Curiosamente, a equipe encontrou fortes indícios de que o planeta tenha ventos de “corrente de jato” extremamente rápidos que transportam o calor por toda sua superfície. Por conta disto, o ponto mais quente de Kepler-76b não fica exatamente no “meio dia” (o ponto mais próximo da estrela), mas em uma posição a cerca de 20.000 km. Este efeito só tinha sido observado antes em HD 189733b e somente na faixa do infravermelho do Telescópio Espacial Spitzer. Esta foi a primeira vez que observações na faixa da luz visível mostram indícios de correntes de jato em um exoplaneta.
Embora o novo processo não seja capaz de encontrar planetas do tamanho da Terra com a tecnologia atual, permite aos astrônomos uma oportunidade ímpar para novas descobertas. Diferentemente das buscas por velocidade radial, ele não precisa de espectros de alta precisão. Diferentemente do processo de trânsitos, não precisa de um alinhamento preciso entre estrela e planeta quando vistos da Terra.
“Cada técnica de caça aos planetas tem suas virtudes e seus defeitos. E cada nova técnica que acrescentamos ao arsenal, nos permite sondar por planetas em situações diferentes”, diz Avi Loeb do CfA.
O Kepler-76b foi identificado pelo algoritmo BEER, acrônimo de [relativistic] BEaming, Ellipsoidal, and Reflection/emission modulations (modulações de farol relativístico, elipsoidais e de reflexão/emissão), desenvolvido pelo Professor Tsevi Mazeh e seu estudante Simchon Faigler na Universidade de Tel Aviv, Israel.
Telescópio Hubble encontra “lixo” planetário em estrelas mortas
O Hubble descobre estrelas mortas “poluídas” com escombros de planetas
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As estrelas, conhecidas como anãs brancas — pequenos e tênues remanescentes de estrelas que já foram como nosso Sol — residem a 150 anos-luz de distância no Aglomerado das Híades na constelação de Taurus (Touro). O aglomerado é relativamente jovem, com apenas 625 milhões de anos.
Os astrônomos acreditam que todas as estrelas se formaram em aglomerados. No entanto, a busca por planetas nesses aglomerados se provou infrutífera — dos cerca de 800 exoplanetas conhecidos, apenas 4 orbitam estrelas de um aglomerado. Essa escassez pode ser devida à natureza dos aglomerados estelares, jovens e ativos, produzindo clarões estelares e outras erupções que tornam difícil estudá-los em detalhes.
Um recente estudo, liderado por Jay Farihi da Universidade de Cambridge, voltou seus olhos para estrelas “aposentadas” em aglomerados para procurar por indícios de formação de planetas [1].
As observações espectroscópicas do Hubble identificaram silício nas atmosferas de duas anãs brancas e o silício é um dos principais ingredientes do material rochoso que forma a Terra e outros planetas rochosos do Sistema Solar. Esse silício pode ter vindo de asteroides que foram estraçalhados pela gravidade da anã branca quando passaram perto demais das estrelas. Os escombros rochosos provavelmente formaram um anel em torno das estrelas mortas e esse anel, por sua vez, atraiu o material para dentro.
Os escombros que foram detectados girando em torno das anãs brancas sugerem que planetas semelhantes á Terra se formaram quando essas estrelas nasceram. Depois que as estrelas colapsaram em anãs brancas, eventuais planetas do tipo gigante gasoso que tenham sobrevivido, podem ter atraído pela gravidade quaisquer sobras de cinturões de asteroides até órbitas bem próximas das estrelas [2].
“Encontramos os indícios químicos dos blocos de construção de planetas rochosos”, diz Farihi. “Quando essas estrelas nasceram, formaram planetas e há uma boa chance de que ainda retenham alguns deles. Os rastros de escombros rochosos que estamos vendo são um indício disto — eles são pelo menos tão rochosos como os mais primitivos corpos terrestres de nosso Sistema Solar”.
Além de encontrar silício nas atmosferas das estrelas das Híades, o Hubble também detectou baixos níveis de carbono. Isto é um outro sinal da natureza rochosa dos escombros, já que os astrônomos sabem que os níveis de carbono devem ser muito baixos em material rochoso semelhante ao da Terra. A descoberta dessa tênue assinatura química precisou do poder de resolução do Espectrógrafo de Origens Cósmicas (Cosmic Origins Spectrograph = COS) do Hubble, porque as “digitais” do carbono só podem ser detectadas em luz ultravioleta que não pode ser observada por telescópios com base em terra.
“Uma coisa que esta técnica de detecção de poluição em anãs brancas nos dá e que nenhuma outra técnica de detecção de planetas pode dar, é a química de planetas sólidos”, continua Farihi. “Com base na proporção silício-carbono em nosso estudo, por exemplo, nós realmente podemos afirmar que esse material é basicamente similar ao da Terra”.
Este novo estudo sugere que asteróides com menos de 160 km de diâmetro [3] foram rompidos pela forte força de marés das anãs brancas, antes de eventualmente caírem sobre as estrelas mortas [4].
A equipe planeja analisar mais anãs brancas com a mesma técnica, não só para identificar a composição das rochas, como também dos corpos que as geraram. “A beleza desta técnica é que, seja o que for que o Universo esteja fazendo, seremos capazes de medir isto”, afirma Farihi. “Nós temos usado o Sistema Solar como uma espécie de mapa, mas não sabemos o que o resto do Universo faz. Esperamos que, com o Hubble e seu poderoso COS em ultravioleta e nos futuros telescópios com base em terra de 30 e 40 metros, possamos contar mais sobre essa saga”.
Notas
1] As duas estrelas anãs brancas “poluídas” das Híades fazem parte de uma pesquisa por escombros planetários em torno de mais de 100 anãs brancas, liderada por Boris Gänsicke da Universidade de Warwick, Reino Unido. Usando modelos computacionais das atmosferas de anãs brancas, Detlev Koester da Universidade de Kiel na Alemanha está determinando as abundâncias de vários elementos que podem ser rastreados até planetas nos dados do COS.
[2] A observação de indícios de asteroides aponta a possibilidade da existência de planetas do tamanho da Terra no mesmo sistema. Os asteroides são os blocos de construção dos planetas maiores. Os processos de formação de planetas é de baixa eficiência e gera muito mais vezes corpos pequenos do que corpos grandes — no entanto, uma vez que os embriões rochosos do tamanho de asteroides se formem, certamente haverá a formação de planetas.
[3] A equipe estimou o tamanho dos asteroides cadentes, medindo a quantidade de poeira sendo engolida pelas estrelas — cerca de 10 milhões de gramas por segundo, o que equivale ao fluxo de um rio pequeno. E então compararam os dados com as medições de material cadente em outras anãs brancas.
[4] O estudo das Híades proporciona um vislumbre sobre o que vai acontecer com nosso Sistema Solar quando o Sol se extinguir, daqui a uns cinco bilhões de anos.
Notas para editores
O Telescópio Espacial Hubble é um projeto de cooperação internacional entre a ESA e a NASA.
[1] A equipe internacional de astrônomos neste estudo compreende J. Farihi (Universidade de Cambridge, Reino Unido), B. T. Gänsicke (Universidade de Warwick, Reino Unido), D. Koester (Universidade de Kiel, Alemanha).
[2] Este novo estudo será publicado em Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Links
- Imagens do Hubble: http://www.spacetelescope.org/images/archive/category/spacecraft/
- Artigo da pesquisa:
- http://www.spacetelescope.org/static/archives/releases/science_papers/heic1309.pdf
