Hubble descobre que as anãs marrons envelhecem na solidão

Em sistemas binários a relação de anãs marrons não dura muito tempo, de acordo com um levantamento recente do telescópio espacial Hubble.

© STScI (ilustração de uma anã marrom)

 As anãs marrons são objetos interestelares maiores do que Júpiter, mas menores do que as estrelas de menor massa. Nascem como as estrelas, a partir de uma nuvem de gás e poeira em colapso, mas não têm massa suficiente para sustentar a fusão do hidrogênio como uma estrela normal. 

Os astrônomos, recorrendo ao Hubble, confirmaram que os pares são extremamente raros no que concerne às anãs marrons de menor massa e mais frias. O Hubble consegue detectar binários tão próximos um do outro como uma separação de aproximadamente 480 milhões de quilômetros, a separação aproximada entre o nosso Sol e o cinturão de asteroides. 

Mas não encontraram nenhum binário numa amostra de anãs marrons na vizinhança solar. Isto implica que um par de anãs está tão fracamente ligado pela gravidade que se afastam ao longo de algumas centenas de milhões de anos devido à atração de estrelas passageiras.

O estudo confirma que as companheiras amplamente separadas são extremamente raras entre as anãs marrons isoladas de menor massa e mais frias, apesar de serem observadas anãs marrons binárias em idades mais jovens. Isto sugere que tais sistemas não sobrevivem ao longo do tempo. 

Num estudo semelhante realizado há alguns anos, o Hubble observou anãs marrons extremamente jovens e algumas tinham companheiras, confirmando que os mecanismos de formação estelar produzem anãs marrons binárias e de baixa massa. A ausência de companheiras para anãs marrons mais velhas sugere que algumas podem ter começado como binárias, mas separaram-se ao longo do tempo. Mais de metade das estrelas da Via Láctea têm uma companheira que resultou destes processos de formação, sendo as estrelas mais massivas mais frequentemente encontradas em sistemas binários.

A equipe selecionou uma amostra de anãs marrons previamente identificadas pelo WISE (Wide-Field Infrared Survey Explorer) da NASA. Estudou algumas das anãs marrons mais antigas, mais frias e com menor massa na vizinhança solar. Estas velhas anãs marrons são tão frias (algumas centenas de graus mais quentes que Júpiter na maioria dos casos) que as suas atmosferas contêm vapor de água que se condensou. Para encontrar as companheiras mais frias, foi utilizado dois filtros diferentes no infravermelho próximo, um em que as anãs marrons frias são brilhantes e outro que cobre comprimentos de onda específicos em que aparecem muito tênues devido à absorção de água nas suas atmosferas.

Um artigo foi publicado no periódico Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Fonte: Space Telescope Science Institute

Encontrados sinais de possíveis auroras numa anã marrom isolada

Recorrendo ao telescópio espacial James Webb, os astrônomos descobriram uma anã marrom (um objeto mais massivo do que Júpiter, mas menor do que uma estrela) com emissões infravermelhas de metano, provavelmente devido à energia na sua atmosfera superior.

© STScI (ilustração de aurora numa anã marrom)

Esta é uma descoberta inesperada porque a anã marrom, W1935, é fria e não tem uma estrela hospedeira; por isso, não há uma fonte óbvia para a energia da atmosfera superior. A equipe especula que a emissão de metano pode ser devida a processos que geram auroras. 

Para ajudar a explicar o mistério da emissão infravermelha do metano, a equipe voltou-se para o nosso Sistema Solar. A emissão de metano é uma característica comum em gigantes gasosos como Júpiter e Saturno. O aquecimento da atmosfera superior, que alimenta esta emissão, está relacionado com as auroras. Na Terra, as auroras são criadas quando as partículas energéticas lançadas para o espaço pelo Sol são capturadas pelo campo magnético da Terra. Estas partículas caem em cascata na nossa atmosfera ao longo das linhas do campo magnético perto dos polos da Terra, colidindo com as moléculas de gás e criando misteriosas e dançantes cortinas de luz. Júpiter e Saturno têm processos aurorais semelhantes que envolvem a interação com o vento solar, mas também recebem contribuições aurorais de luas ativas próximas como Io (para Júpiter) e Encélado (para Saturno). 

Para anãs marrons isoladas como W1935, a ausência de um vento estelar que contribua para o processo auroral e explique a energia extra na atmosfera superior, necessária para a emissão de metano, é um mistério. Supõe-se que processos internos não contabilizados, como os fenômenos atmosféricos de Júpiter e Saturno, ou interações externas com plasma interestelar ou uma lua ativa próxima, podem ajudar a explicar a emissão. 

A descoberta das auroras é como uma história de detetive. Os astrônomos investigaram 12 anãs marrons frias. Entre elas estavam W1935 - um objeto que foi descoberto pelo cientista cidadão Dan Caselden, que trabalhou com o projeto Backyard Worlds da plataforma Zooniverse - e W2220, um objeto que foi descoberto usando o WISE (Wide Field Infrared Survey Explorer) da NASA. 

O Webb revelou em pormenor que W1935 e W2220 pareciam ser quase clones uma da outra em termos de composição. Também partilhavam características como brilho, temperaturas e espectros de água, amoníaco, monóxido de carbono e dióxido de carbono. A exceção notável era que W1935 mostrava emissão de metano, em oposição à característica de absorção prevista para W2220. Isto foi observado num comprimento de onda infravermelho distinto, ao qual o Webb é particularmente sensível.

Mas em vez de absorver a luz, o metano estava brilhando. A equipa utilizou modelos de computador para inferir o que poderia estar por detrás da emissão. O trabalho de modelação mostrou que W2220 tinha uma distribuição de energia esperada em toda a atmosfera, arrefecendo com o aumento da altitude. W1935, por outro lado, teve um resultado surpreendente. O melhor modelo favorecia uma inversão de temperatura, em que a atmosfera ficava mais quente com o aumento da altitude.

Este tipo de fenômeno já foi visto em planetas com uma estrela próxima que pode aquecer a estratosfera, mas vê-lo num objeto sem uma fonte de calor externa óbvia é incrível. Para procurar pistas, a equipe olhou para os planetas do nosso Sistema Solar. Os planetas gigantes gasosos podem servir de indicadores para o que está ocorrendo a mais de 40 anos-luz de distância na atmosfera de W1935. 

Esta não é a primeira vez que uma aurora é usada para explicar uma observação numa anã marrom. Foram detectadas emissões de rádio provenientes de várias anãs marrons mais quentes e invocaram as auroras como a explicação mais provável. Foram feitas pesquisas com telescópios terrestres, como o Observatório W. M. Keck, para encontrar assinaturas infravermelhas destas anãs marrons emissoras de rádio a fim de melhor caracterizar o fenômeno, com resultados inconclusivos. 

W1935 é a primeira candidata auroral fora do Sistema Solar com a assinatura da emissão de metano e a mais fria, com uma temperatura efetiva de cerca de 200º C, cerca de 300º C mais quente do que Júpiter. W1935 não tem uma estrela companheira, pelo que o vento estelar não pode contribuir para o fenômeno. Ainda não se sabe se uma lua ativa poderá desempenhar um papel na emissão de metano em W1935.

Fonte: Space Telescope Science Institute

Encontrada uma anã marrom mais quente que o Sol

Esta estrela fracassada é irradiada por sua companheira, uma anã branca, e pode ser usada para estudar Júpiteres quentes.

© NASA (ilustração de uma anã marrom)

Um sistema binário a 1.400 anos-luz de distância está aumentando o calor e pode ajudar os especialistas a entender melhor a classe de exoplanetas conhecidos como Júpiteres ultraquentes, gigantes gasosos que estão muito próximos de suas massivas estrelas hospedeiras. 

O sistema único descrito em um novo estudo inclui uma anã marrom cuja temperatura atinge aproximadamente 7.700 °C. Isso o torna mais quente que o Sol, cuja superfície é de 5.500 °C. Mas, as temperaturas sufocantes da anã marrom não são geradas por nenhuma reação nuclear interna própria: em vez disso, ela orbita muito perto de sua companheira, uma anã branca chamada WD 0032-317, que a está explodindo com emissão de radiação. O lado noturno da anã marrom, ou seja, o lado voltado para longe da anã branca, é quase 6.000 °C mais frio. 

Este par de estrelas pode ajudar os cientistas a aprender mais sobre exoplanetas que orbitam muito perto de estrelas massivas e quentes. Os intensos surtos de radiação ultravioleta dessas estrelas podem fazer com que as atmosferas desses planetas evaporem e até vaporizem seu material planetário. Mas, esse processo é difícil de estudar. 

Um sistema anã branca e anã marrom pode servir como um análogo para um sistema de Júpiter ultraquente, que é muito mais fácil de observar. Análogos de Júpiter fornecem uma maneira indireta de estudar as atmosferas de planetas gigantes porque as anãs marrons devem ter atmosferas muito semelhantes às dos planetas gigantes gasosos.

O sistema WD 0032–317 foi observado pela primeira vez por astrônomos que realizaram um levantamento de centenas de anãs brancas no início dos anos 2000 com o Very Large Telescope (VLT) no Observatório Paranal, no Chile. 

Uma anã branca é uma estrela que atingiu a fase final de sua vida, depois de se expandir para uma gigante vermelha quando seu combustível acaba, ela explode suas camadas externas, tudo o que resta é o núcleo quente e inerte. 

O WD 0032–317 foi inicialmente sinalizado como um sistema binário de duas anãs brancas; mas, quando os astrônomos revisitaram os dados, eles viram sinais que eram mais reveladores de uma companheira anã marrom. 

As anãs marrons não são planetas nem estrelas, mas objetos intermediários: pelo menos 13 vezes mais massivas que Júpiter, mas não massivas o suficiente para gerar o calor e a pressão necessários para fundir o hidrogênio em hélio. Por esse motivo, às vezes são chamadas de estrelas fracassadas. 

A anã marrom também pode ser uma das maiores já encontradas, pesando de 75 a 88 vezes a massa de Júpiter. Em observações de acompanhamento, os pesquisadores viram uma emissão vindo do lado sempre voltado para a anã branca. Ele foi originalmente perdido há duas décadas porque as observações originais foram feitas quando o lado noturno da companheira estava voltado para o telescópio. Nos novos dados, o lado diurno da anã marrom está voltado para o telescópio. 

Os astrônomos conhecem apenas um outro exemplo deste fenômeno: KELT-9b, que é tão quente que espalha material por trás dele, imitando a cauda de um cometa. A dificuldade de encontrar Júpiteres ultraquentes se deve em parte ao brilho de suas grandes estrelas hospedeiras próximas. Para complicar ainda mais as coisas, essas estrelas giram rapidamente e são propensas a tempestades estelares. 

Os astrônomos geralmente medem a massa de um exoplaneta medindo o desvio para o vermelho e o desvio para o azul das linhas espectrais da estrela hospedeira conforme a estrela oscila devido à atração gravitacional do exoplaneta. Mas quando uma grande estrela está girando rapidamente e explodindo, o movimento rápido do material da estrela torna mais difícil para discernir a oscilação da estrela. 

Por essas razões, os astrônomos estão interessados em usar anãs marrons que orbitam anãs brancas como análogos de Júpiteres ultraquentes. Os tamanhos relativos desses objetos tornam a anã marrom mais fácil de observar: uma anã marrom tem aproximadamente o mesmo diâmetro de um Júpiter quente, mas as anãs brancas são muito menores do que a maioria das estrelas, aproximadamente do tamanho da Terra. No entanto, eles ainda podem liberar calor residual suficiente para queimar companheiros próximos: no caso de WD 0032–317, a quantidade de radiação ultravioleta extrema que a anã marrom recebe de sua anã branca é 5.600 vezes maior que a de KELT-9b. 

Além de ser um modelo para Júpiteres ultraquentes, o sistema WD 0032–317 também oferece aos cientistas uma visão da evolução das estrelas. Com base em modelos de evolução estelar, a anã marrom parece ter pelo menos alguns bilhões de anos. Mas a anã branca ainda é incrivelmente quente, indicando que faz apenas cerca de 1 milhão de anos desde que se tornou uma anã branca. Além do mais, a anã branca tem uma massa de cerca de 0,4 vezes a do Sol. 

De acordo com a teoria, uma anã branca tão pequena não pode existir por conta própria, levaria uma estrela de massa tão baixa por mais tempo do que a idade do Universo para atingir sua fase de anã branca. Suspeita-se que a anã marrom ajudou a colocar a anã branca no estado em que se encontra hoje porque, em certo momento, elas compartilharam um envelope comum. A evolução do envelope comum é uma fase na vida de uma estrela binária em que duas estrelas ou objetos orbitam dentro de um envelope compartilhado de gás. Nesse caso, o envelope comum se desenvolveu quando a estrela primária se expandiu para uma gigante vermelha, envolvendo a anã marrom. A anã marrom pode ter ajudado a estrela primária a perder parte de sua massa e se tornar uma anã branca antes do esperado para uma única estrela.

Fonte: Astronomy

Identificada a estrela mais fria emitindo ondas rádio

Astrônomos da Universidade de Sydney mostraram que uma pequena e tênue estrela é a mais fria de que há registo produzindo emissões no rádio.

© NASA (ilustração de uma anã marrom)

A anã marrom ultrafria examinada no estudo é uma bola de gás que ferve a cerca de 425 °C, mais fria do que uma típica fogueira, sem queimar combustível nuclear. Em contraste, a temperatura à superfície do Sol, um inferno nuclear, é de cerca de 5.600 °C. Embora não seja a estrela mais fria alguma vez encontrada, é a mais fria até agora analisada com recurso à radioastronomia. 

É muito raro encontrar estrelas anãs marrons ultrafrias como esta produzindo emissões de rádio. Isto deve-se a sua dinâmica não produzir normalmente os campos magnéticos que geram emissões de rádio detectáveis a partir da Terra. A forma como a dinâmica interna das anãs marrons produz por vezes ondas de rádio é uma questão em aberto. Embora os temos uma boa ideia de como as estrelas maiores da "sequência principal", como o Sol, geram campos magnéticos e emissões de rádio, ainda não se sabe completamente porque é que menos de 10% das estrelas anãs marrons produzem tais emissões. 

Pensa-se que a rápida rotação das anãs ultrafrias contribui para gerar os seus fortes campos magnéticos. Quando o campo magnético gira a uma velocidade diferente da atmosfera ionizada da anã, pode criar fluxos de corrente elétrica. Neste caso, pensa-se que as ondas de rádio são produzidas pelo fluxo de elétrons para a região polar magnética da estrela, o que, juntamente com a rotação da estrela anã marrom, está produzindo surtos de rádio que se repetem regularmente. 

As estrelas anãs marrons, assim chamadas por emitirem pouca energia ou luz, não são suficientemente massivas para iniciar a fusão nuclear associada a outras estrelas como o nosso Sol. Estas estrelas são uma espécie de elo perdido entre as estrelas menores que queimam hidrogênio em reações nucleares e os maiores planetas gigantes gasosos, como Júpiter.

A estrela, com o nome apelativo de WISE J062309.94-045624.6, está localizada a cerca de 37 anos-luz da Terra. Foi descoberta em 2011 por astrônomos do Caltech, nos Estados Unidos. O raio da estrela situa-se entre 0,65 e 0,95 vezes o raio de Júpiter. A sua massa não é bem conhecida, mas é pelo menos quatro vezes mais massiva do que Júpiter, mas não mais do que 44 vezes mais massiva. O Sol é 1.000 vezes mais massivo que Júpiter. 

A análise da estrela foi efetuada com novos dados do telescópio ASKAP (Australian Square Kilometre Array Pathfinder) da CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation) na Austrália Ocidental e seguida de observações do ATCA (Australia Telescope Compact Array), Nova Gales do Sul, e do telescópio MeerKAT na África do Sul. 

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: University of Sydney

A primeira imagem direta de anã marrom em órbita de estrela das Híades

Uma equipe de astrônomos, usando dois Observatórios Maunakea no Havaí - o Observatório W. M. Keck e o telescópio Subaru - fotografou uma anã marrom em órbita de HIP 21152, uma jovem estrela parecida com o Sol no aglomerado das Híades.

© W. M. Keck Observatory / Subaru (anã marrom HIP 21152 B)

Quatro imagens diretas da anã marrom HIP 21152 B, captadas utilizando o telescópio Subaru e o Observatório W. M. Keck. A estrela hospedeira está escondida nas imagens (como notado pelo ícone da estrela amarela) e a anã marrom companheira está dentro do círculo.

Localizado a apenas 150 anos-luz de distância, o aglomerado estelar das Híades é o mais próximo da Terra e pode ser visto na direção da constelação de Touro, o seu padrão em forma de V é visível a olho nu. Dado que este grupo de estrelas jovens nasceu quase ao mesmo tempo, o aglomerado das Híades atraiu a atenção dos astrônomos como um importante alvo para o estudo da evolução das estrelas e planetas. 

A anã marrom recentemente encontrada neste aglomerado, chamada HIP 21152 B, é a primeira companheira subestelar confirmada de uma estrela da sequência principal nas Híades descoberta através de imagens diretas.

A sua massa é semelhante à de um planeta gigante, entre 22 a 36 massas de Júpiter. Este resultado pode fornecer uma importante pista para compreender as atmosferas de planetas gigantes e de anãs marrons com base em como e em quando apresentam características atmosféricas semelhantes às observadas nos planetas dos sistemas HR 8799 e HIP 21152 B.

As anãs marrons têm massas que se situam entre as de um planeta e de uma estrela; são mais massivas do que os planetas, mas não tão massivas como as estrelas. Estes objetos subestelares são úteis para estudar a evolução e as atmosferas dos planetas gigantes porque se espera que os planetas semelhantes a Júpiter e as anãs marrons mais leves tenham características semelhantes. As anãs marrons flutuam sozinhas no espaço ou orbitam outras estrelas. 

Embora já tenham sido encontradas milhares de anãs marrons desde a primeira descoberta em 1995, mas elas como companheiras são raras, com uma frequência de apenas algumas por cada 100 estrelas. Por esta razão, os astrônomos têm tentado estabelecer uma forma eficiente de encontrar anãs marrons companheiras. 

A equipe obteve a massa de HIP 21152 B calculando a sua órbita usando um total de quatro imagens diretas captadas usando os sistemas SCExAO (Subaru Coronagraphic Extreme Adaptive Optics) e CHARIS (Coronagraphic High Angular Resolution Imaging Spectrograph) do telescópio Subaru, bem como as ópticas adaptativas do Observatório W. M. Keck emparelhadas com a sua câmara NIRC2 (Near-Infrared Camera), de segunda geração.

Os pesquisadores também obtiveram espectros da anã marrom mostrando que a atmosfera de HIP 21152 B está transitanto entre uma anã marrom do "Tipo L" para uma anã marrom do "Tipo T", o que significa que está ficando mais fria, com uma temperatura de 1.200 a 1.300 K.

Curiosamente, a anã marrom tem um espectro semelhante ao famoso sistema HR 8799, que é o primeiro sistema exoplanetário a ser fotografado utilizando dois Observatórios de Maunakea: o Observatório W. M. Keck e o Observatório Gemini. 

O estudo, liderado pelo Centro de Astrobiologia do NINS (National Institutes of Natural Sciences) e pelo NAOJ (National Astronomical Observatory of Japan), foi publicado no periódico The Astrophysical Journal Letters. 

Fonte: W. M. Keck Observatory

Estrela anã M parece não ter qualquer atmosfera

Um planeta semelhante à Terra, em órbita de uma anã M, o tipo mais comum de estrela no Universo, parece não ter qualquer atmosfera.

© NASA (atmosfera de planeta sendo dilacerada por estrela)

Esta descoberta poderá provocar uma grande mudança na procura por vida em outros planetas. Dado que as anãs M são tão ubíquas, esta descoberta significa que um grande número de planetas que orbitam estas estrelas podem também carecer de atmosferas e, portanto, é pouco provável que abriguem vida. 

Este planeta orbita a sua estrela duas vezes no decurso de um único dia na Terra. É ligeiramente maior do que a Terra e está muito mais próximo da sua estrela do que a Terra está do Sol, tornando GJ 1252b intensamente quente, bem como inóspito. A pressão da radiação da estrela é imensa, o suficiente para soprar para longe a atmosfera de um planeta. 

A Terra também perde alguma da sua atmosfera com o tempo devido ao Sol, mas as emissões vulcânicas e outros processos cíclicos do carbono tornam a perda quase imperceptível ao ajudar a repor o que se perde. No entanto, numa maior proximidade com uma estrela, um planeta pode não conseguir continuar repondo a quantidade que se perde.

No nosso Sistema Solar, este é o destino de Mercúrio. Mercúrio tem uma atmosfera, mas é extremamente fina, constituída por átomos arrancados da sua superfície pelo Sol. O calor extremo do planeta faz com que estes átomos escapem para o espaço. 

Para determinarem que GJ 1252 b não tinha atmosfera, os astrônomos mediram a radiação infravermelha do planeta à medida que a sua luz era obscurecida durante um eclipse secundário. Este tipo de eclipse ocorre quando um planeta passa atrás de uma estrela e a luz do planeta, bem como a luz refletida da sua estrela, é bloqueada. A radiação revelou que as abrasadoras temperaturas diurnas do planeta atingem 1.228 ºC, quente o suficiente para derreter o ouro, prata e cobre. O calor, juntamente com a suposta baixa pressão superficial, propicia a falta de atmosfera. 

Mesmo com uma enorme quantidade de dióxido de carbono, que aprisiona o calor, os pesquisadores concluíram que GJ 1252b mesmo assim não seria capaz de sustentar uma atmosfera. O planeta poderia ter 700 vezes mais carbono do que a Terra tem, e ainda assim não teria uma atmosfera. 

As estrelas anãs M tendem a ter mais surtos e mais atividade do que o Sol, reduzindo ainda mais a probabilidade de que os planetas que as rodeiam intimamente possam agarrar as suas atmosferas. 

Existem 5.000 estrelas próximas da Terra, a maioria delas anãs M. Mesmo que os planetas que as orbitam possam ser totalmente descartados, ainda existem cerca de 1.000 estrelas semelhantes ao Sol com condições que permitem a habitabilidade exoplanetária.

Se um planeta estiver suficientemente longe de uma anã M, pode potencialmente reter uma atmosfera. Ainda não se pode concluir que todos os planetas rochosos em torno destas estrelas vão ser reduzidos ao destino de Mercúrio. 

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal Letters. 

Fonte: University of California

Descoberto um número inédito de anãs marrons

As anãs marrons são essenciais para a nossa compreensão tanto das populações estelares como das populações planetárias.

© The Open University (ilustração de uma anã marrom)

Uma equipe internacional liderada por pesquisadores da The Open University e da Universidade de Berna observou diretamente quatro novas anãs marrons graças a um novo e inovador método de busca. 

As anãs marrons são objetos situados, em termos de massa, entre as estrelas mais leves e os planetas mais massivos, com uma mistura de características estelares e planetárias. Devido a esta natureza híbrida, estes objetos enigmáticos são cruciais para melhorar a nossa compreensão tanto das estrelas como dos planetas gigantes.

As anãs marrons que orbitam uma estrela progenitora suficientemente longe são particularmente valiosas, pois podem ser fotografadas diretamente, ao contrário das que estão demasiado próximas da sua estrela e que, por isso, se escondem no seu brilho. Isto proporciona aos cientistas uma oportunidade única de estudar os detalhes das atmosferas frias e semelhantes a planetas das anãs marrons. 

No entanto, apesar dos esforços notáveis no desenvolvimento de novas tecnologias de observação e técnicas de processamento de imagem, as detecções diretas destas anãs marrons, companheiras de estrelas, têm permanecido bastante esparsas, com apenas cerca de 40 sistemas observados em quase três décadas de pesquisa. 

Esta é a primeira vez que múltiplos novos sistemas com anãs marrons como companheiras, em separações amplas, são anunciados ao mesmo tempo. As anãs marrons companheiras, com órbitas largas, são já de si raras, e a sua detecção coloca diretamente enormes desafios técnicos, uma vez que as estrelas anfitriãs cegam completamente os telescópios. A maioria dos levantamentos realizados até agora têm visado indeliberadamente estrelas aleatórias em jovens aglomerados. 

Uma abordagem alternativa para aumentar o número de detecções é apenas observar estrelas que mostram indícios de um objeto adicional no sistema. Por exemplo, a forma como uma estrela se move sob a atração gravitacional de uma companheira pode ser um indicador da existência desta companheira, quer seja uma estrela, um planeta ou uma anã marrom.

Aplicando a ferramenta COPAINS, que prevê os tipos de companheiras que podem ser responsáveis pelas anomalias observadas em movimentos estelares, a equipe selecionou cuidadosamente 25 estrelas próximas que pareciam promissoras para a detecção direta de companheiras escondidas, de baixa massa, com base em dados do observatório espacial Gaia da ESA. 

Usando o instrumento SPHERE no VLT (Very Large Telescope) no Chile para observar estas estrelas, foram detectadas dez novas companheiras com órbitas que vão desde a de Júpiter até para lá da de Plutão, incluindo cinco estrelas de baixa massa, uma anã branca e as quatro novas anãs marrons. 

Um artigo foi publicado no periódico Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Fonte: The Open University

O par de anãs marrons com a maior separação uma da outra

Uma equipe de astrônomos descobriu um raro par de anãs marrons que tem a mais ampla separação de qualquer sistema binário destes astros encontrado até à data.

© William Pendrill (ilustração de um sistema binário com duas anãs marrons)

Devido ao seu pequeno tamanho, os sistemas binários de anãs marrons são normalmente muito íntimos. A força gravitacional entre um par de anãs marrons é inferior à de um par de estrelas com a mesma separação, pelo que os binários largos de anãs marrons são mais susceptíveis de se separarem com o tempo, tornando este par de anãs marrons um achado excepcional. 

O estudo se baseia em observações do Cool Star Lab da Universidade da Califórnia em San Diego, realizadas com o Observatório W. M. Keck em Maunakea, Havaí. Usando o instrumento NIRES (Near-Infrared Echellette Spectrometer) do Observatório Keck, os astrônomos obtiveram espectros infravermelhos do sistema binário, chamado CWISE J014611.20-050850.0AB. 

Os dados revelaram que as duas anãs marrons se encontram separadas por cerca de 19,3 bilhões de quilômetros, ou mais de três vezes a distância de Plutão ao Sol. Esta distância confirma que o incomum par de anãs marrons bate o recorde de maior separação entre uma e outra. 

A anã marrom secundária é extremamente fraca, mas com o Keck foi possível obter dados espectrais suficientemente bons para classificar ambas as fontes e assim identificá-las como membros de uma classe rara de anãs azuis de classe L. Sistemas largos e de baixa massa como CWISE J014611.20-050850.0AB são normalmente perturbados no início das suas vidas. 

As anãs marrons são objetos celestes menores do que uma estrela normal. Estes objetos não são massivos o suficiente para sustentar a fusão nuclear e brilharem como estrelas normais, mas são suficientemente quentes para irradiar energia.

O WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer) da NASA descobriu muitas anãs marrons através do projeto de ciência cidadã Backyard Worlds: Planet 9, que solicita ajuda do público para procurar no banco de dados de imagens WISE anãs marrons e estrelas de baixa massa, algumas das vizinhas mais próximas do Sol.

Para este estudo, os pesquisadores analisaram imagens das descobertas do Backyard Worlds, onde as anãs marrons companheiras podem ter sido ignoradas. Ao fazê-lo, descobriram o raro sistema binário CWISE J014611.20-050850.0AB composto por duas anãs marrons. 

A equipe estudou cerca de 3.000 anãs marrons do projeto Backyard Worlds, uma a uma, e comparou as imagens do WISE com imagens de outros levantamentos à procura de evidências de companheiras de anãs marrons. A equipe então utilizou dados do DES (Dark Energy Survey) para confirmar que se tratava de um par de anãs marrons. Foi utilizado também o NIRES do Observatório Keck para confirmar que as anãs marrons têm tipos espectrais L4 e L8, e que estão a uma distância estimada de aproximadamente 40 parsecs, ou 130,4 anos-luz da Terra, com uma separação de 129 UA (unidades astronômicas), ou 129 vezes a distância entre o Sol e a Terra. 

A equipe espera que esta descoberta forneça a oportunidade de estudar sistemas binários de anãs marrons e de desenvolver modelos e procedimentos que ajudem a reconhecer mais destes sistemas no futuro. Os sistemas binários são utilizados para calibrar muitas relações em astronomia e este par de anãs marrons recentemente descoberto apresentará um importante teste dos modelos de formação e evolução das anãs marrons. 

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: W. M. Keck Observatory

Novos conhecimentos sobre a formação das anãs marrons

As anãs marrons são corpos celestes estranhos, ocupando uma espécie de posição intermediária entre as estrelas e os planetas.

© ESO (nebulosa na constelação da Serpente)

Os astrofísicos por vezes chamam-lhes "estrelas falhadas" porque não têm massa suficiente para queimar hidrogênio nos seus núcleos e assim brilhar como estrelas. Debate-se constantemente se a formação das anãs marrons é simplesmente uma versão em escala reduzida da formação de estrelas semelhantes ao Sol. 

Os astrofísicos concentram-se nas anãs marrons mais jovens, também chamadas proto-anãs marrons. Têm apenas alguns milhares de anos e ainda se encontram nas fases iniciais de formação. Querem saber se o gás e a poeira destas proto-anãs castanhas se assemelham à composição das protoestrelas semelhantes ao Sol mais jovens. 

O foco de interesse é o metano, uma molécula simples e muito estável que, uma vez formada, só pode ser destruída por processos físicos altamente energéticos. Tem sido encontrado em vários exoplanetas. No passado, o metano desempenhou um papel fundamental para identificar e estudar as propriedades das anãs marrons mais antigas da Via Láctea, que têm várias centenas a bilhões de anos. 

Agora, pela primeira vez, uma equipe liderada por Basmah Riaz da Universidade de Munique detectou inequivocamente metano deuterado (CH₃D) em três proto-anãs marrons. É a primeira detecção clara de CH₃D fora do Sistema Solar. Este é um resultado inesperado. 

As proto-anãs marrons são objetos muito frios e densos. Isto torna-as difíceis de estudar em busca de assinaturas de metano no infravermelho próximo. Em contraste, podem ser facilmente observadas nos comprimentos de onda milimétricos. Ao contrário do metano que não tem assinatura espectral no domínio do rádio devido à sua simetria, o CH₃D pode ser observado em comprimentos de onda milimétricos. A primeira detecção de CH₃D foi ainda mais espantosa porque, de acordo com as teorias de formação das anãs marrons, as proto-anãs marrons são mais frias (cerca de 10 Kelvin ou menos) e mais densas do que as protoestrelas. 

Com base na teoria química, o CH₃D é formado preferencialmente quando o gás é mais quente, a temperaturas de cerca de 20 a 30 Kelvin. As medições implicam que pelo menos uma fração significativa do gás numa proto-anã marrom tem mais do que 10 Kelvin, caso contrário o CH₃D não deveria estar sequer lá. 

A abundância de CH₃D fornece aos cientistas uma estimativa da abundância de metano. É também inesperado que, embora só haja uma protoestrela semelhante ao Sol conhecida até à data onde o CH₃D foi detectado provisoriamente, a equipe da Universidade de Munique detectou firmemente CH₃D em três proto-anãs marrons. Isto significa que as proto-anãs marrons exibem uma química orgânica quente e rica, e estes objetos astrofísicos compactos e frios podem não ser simplesmente uma réplica à escala reduzida das protoestrelas.

O metano nas proto-anãs marrons pode ou não sobreviver ou reter uma abundância tão elevada nas anãs marrons mais antigas. Uma vez que um ambiente quente é favorável à formação de moléculas mais complexas, as proto-anãs marrons são objetos intrigantes onde, no futuro, são objetos propícios para procurar estas moléculas.

Um artigo foi publicado no periódico Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Fonte: Universität München

Uma população oculta de objetos cósmicos

Um novo estudo fornece uma explicação tentadora de como um objeto cósmico peculiar chamado WISEA J153429.75-104303.3 teve origem.

© JPL-Caltech (a anã marrom se movendo)

O objeto é uma anã marrom. Embora se formem como estrelas, estes objetos não têm massa suficiente para dar início a fusão nuclear, o processo que faz com que as estrelas brilhem.

A anã marrom escapou aos levantamentos normais porque não se parece com nenhuma das pouco mais de 2.000 anãs marrons que foram encontradas na nossa Galáxia até agora. À medida que as anãs marrons envelhecem, arrefecem e o seu brilho em diferentes comprimentos de onda muda. Não é diferente de como alguns metais, quando aquecidos, vão do branco brilhante ao vermelho profundo à medida que arrefecem. 

A anã marrom confundiu os cientistas porque era tênue em alguns comprimentos de onda importantes, sugerindo que era muito fria e antiga, mas brilhante em outros, indicando uma temperatura mais alta.

A anã marrom pode ter entre 10 e 13 bilhões de anos, pelo menos o dobro da média de idades de outras anãs marrons conhecidas. Isto significa que teria sido formada quando a Via Láctea era muito mais jovem e tinha uma composição química diferente. 

A anã marrom foi detectada pela primeira vez pelo NEOWISE (Near-Earth Object Wide-Field Infrared Survey Explorer) da NASA. Dado que as anãs marrons são objetos relativamente frios, irradiam principalmente luz infravermelha, ou comprimentos de onda maiores do que o olho humano pode ver.

Para descobrir como a anã marrom poderia ter propriedades tão contraditórias, os cientistas precisaram de mais informações. Então, observaram o objeto em comprimentos de onda infravermelhos adicionais com um telescópio terrestre no Observatório W. M. Keck no Havaí. Mas a anã marrom aparentava tão tênue nestes comprimentos de onda, que nem sequer foi possível detectá-la, aparentemente confirmando que era muito fria. 

Após medir a distância do objeto, cerca de 50 anos-luz da Terra, a equipe percebeu que estava se movendo rapidamente, cerca de 800.000 km/h. Este valor é muito superior ao de todas as outras anãs marrons conhecidas por estarem a esta distância da Terra, o que significa que provavelmente viaja pela Galáxia há muito tempo, encontrando objetos massivos que a aceleram com a sua gravidade.

Com várias evidências que sugerem que a anã marrom é extremamente antiga, os pesquisadores propõem que as suas estranhas propriedades não são de todo estranhas e que podem ser uma pista da sua idade. Quando a Via Láctea se formou há cerca de 13,6 bilhões de anos, era composta quase inteiramente de hidrogênio e hélio. Outros elementos, como o carbono, formaram-se dentro das estrelas; quando as estrelas mais massivas explodiram como supernovas, espalharam os elementos por toda a Galáxia. O metano, composto por hidrogênio e carbono, é comum na maioria das anãs marrons que têm uma temperatura semelhante à do objeto. 

Mas o perfil de luz de da anã marrom sugere que contém muito pouco metano. Tal como todas as moléculas, o metano absorve comprimentos de onda específicos, de modo que uma anã marrom rica em metano seria fraca nestes comprimentos de onda. A anã marrom, por contraste, é brilhante nestes comprimentos de onda, o que pode indicar baixos níveis de metano. Assim, o perfil de luz do objeto poderia corresponder ao de uma anã marrom muito velha que se formou quando a Galáxia ainda era pobre em carbono; muito pouco carbono durante a formação significa muito pouco metano na sua atmosfera hoje.

Para encontrar anãs marrons mais antigas, se é que existem, os pesquisadores podem ter que mudar a forma como procuram estes objetos. A anã marrom foi descoberta pelo cientista cidadão Dan Caselden, que estava usando um programa online que ele desenvolveu para encontrar anãs marrons em dados do NEOWISE. 

O céu está repleto de objetos que irradiam luz infravermelha; no geral, estes objetos parecem permanecer fixos no céu, devido à sua grande distância da Terra. Mas dado que as anãs marrons são tão fracas, são visíveis apenas quando estão relativamente perto da Terra, e isto significa que os cientistas podem observá-las movendo-se pelo céu durante meses ou anos.

O programa de Caselden tentou remover os objetos infravermelhos estacionários (como estrelas distantes) dos mapas do NEOWISE e destacar objetos em movimento que tinham características semelhantes às das anãs marrons conhecidas. Ele estava olhando para uma destas candidatas a anã marrom quando avistou outro objeto muito mais fraco movendo-se rapidamente. Este acabaria por ser WISEA J153429.75-104303.3, que não havia sido destacada porque não correspondia ao perfil de anã marrom do programa. 

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: Jet Propulsion Laboratory

Três anãs marrons podem revelar um limite de velocidade de rotação

Usando dados do telescópio espacial Spitzer da NASA, os cientistas identificaram as três anãs marrons com mais alta rotação já encontradas.

© NASA/JPL-Caltech (ilustração de uma anã marrom)

Mais massivas do que a maioria dos planetas, mas não massivas o suficiente para brilhar como estrelas, as anãs marrons são objetos intermediários. E embora não sejam tão conhecidas do público como as estrelas e como os planetas, pensa-se que existam bilhões na Via Láctea. 

Neste estudo, os astrônomos que fizeram as novas medições de velocidade argumentam que estes três astros podem estar se aproximando de um limite de velocidade de rotação para todas as anãs marrons, além do qual se fragmentariam. 

As anãs marrons de rápida rotação têm quase o mesmo diâmetro que Júpiter, mas entre 40 e 70 vezes mais massa. Cada uma delas gira cerca de uma vez a cada 1,4 horas, ao passo que Júpiter completa uma rotação a cada 10 horas. Com base no seu tamanho, isto significa que a maior das três anãs marrons gira a mais de 100 km/s, ou cerca de 360.000 km/h. 

As medições de velocidade foram feitas usando dados do Spitzer, que a NASA aposentou em janeiro de 2020 (as anãs marrons foram descobertas pelo 2MASS, ou Two Micron All Sky Survey, que durou até 2001). A equipe então corroborou as suas descobertas incomuns através de observações com os telescópios terrestres Gemini North e Magellan.

As anãs marrons, como estrelas ou planetas, já estão girando quando se formam. À medida que arrefecem e se contraem, giram mais depressa, como quando uma patinadora no gelo puxa os braços para o corpo. Os cientistas mediram a rotação de aproximadamente 80 anãs marrons, e variam entre menos de 2 horas (incluindo as três novas entradas) e dezenas de horas. 

Com tanta variedade entre as velocidades das anãs marrons já medidas, os astrônomos ficaram surpreendidos em saber que as três anãs marrons com rotação mais elevada têm quase o mesmo valor (cerca de uma rotação por hora). Isto não pode ser atribuído às anãs marrons terem sido formadas juntas ou a estarem no mesmo estágio de desenvolvimento, porque são fisicamente diferentes: uma é uma anã marrom quente, uma é fria e a outra fica no meio.

Dado que as anãs marrons arrefecem à medida que envelhecem, as diferenças de temperatura sugerem que estas anãs marrons têm idades diferentes. Os pesquisadores não consideram isto uma coincidência. Pensam que os membros deste trio veloz alcançaram o limite de velocidade de rotação, além do qual uma anã branca pode fragmentar-se. Todos os objetos com rotação geram força centrípeta, que aumenta quanto mais rápido o objeto gira. Num carrossel, esta força pode lançar as pessoas dos seus assentos; nas estrelas e nos planetas, pode separar o objeto.

Antes de um objeto giratório se quebrar, geralmente começa a criar um bojo no seu equador à medida que se deforma sob pressão, isto é chamado oblação. Saturno, que gira uma vez a cada 10 horas como Júpiter, tem uma oblação perceptível. Com base nas características conhecidas das anãs marrons, provavelmente têm graus semelhantes de oblação. 

Considerando que as anãs marrons tendem a acelerar à medida que envelhecem, será que estes objetos excedem regularmente o seu limite de velocidade de rotação e são dilacerados? Em outros objetos cósmicos, como estrelas, existem mecanismos naturais de travagem que os impedem de se destruírem. Ainda não está claro se existem mecanismos semelhantes nas anãs marrons. 

A velocidade máxima de rotação de qualquer objeto é determinada não apenas pela sua massa total, mas também por como esta massa é distribuída. É por isso que quando estão envolvidas velocidades de rotação muito elevadas, torna-se muito importante compreender a estrutura interna de uma anã marrom: o material provavelmente move-se e deforma-se de maneiras que podem mudar a velocidade com que o objeto pode girar. Semelhante a planetas gasosos como Júpiter e Saturno, as anãs marrons são compostas principalmente por hidrogênio e hélio. Mas também são significativamente mais densas do que a maioria dos planetas gigantes. 

Os cientistas pensam que o hidrogênio no núcleo de uma anã marrom está sob pressões tão tremendas que começa a comportar-se como um metal em vez de um gás inerte: tem elétrons condutores flutuantes, muito parecidos a um condutor de cobre. Isto muda a forma como o calor é conduzido pelo interior e, com rotações muito rápidas, também pode afetar a forma como a massa dentro de um objeto astronômico é distribuída. 

É extremamente desafiador reproduzir este estado da matéria, mesmo nos laboratórios de física de alta pressão mais avançados. Os físicos usam observações, dados de laboratório e matemática para criar modelos de como devem ser os interiores das anãs marrons e como devem comportar-se, mesmo sob condições extremas. Mas os modelos atuais mostram que a velocidade máxima de rotação das anãs marrons deve ser cerca de 50% a 80% maior do que o período de rotação de uma hora descrito no novo estudo.

Observações adicionais e trabalhos teóricos podem ainda revelar se há algum mecanismo de travagem que impede as anãs marrons de se autodestruírem e se existem anãs marrons que giram ainda mais depressa.

O estudo será publicado no periódico The Astronomical Journal.

Fonte: Jet Propulsion Laboratory

Encontrados ventos e correntes em anã marrom mais próxima

Astrônomos encontraram bandas e listras na anã marrom mais próxima da Terra, sugerindo processos que agitam o interior de sua atmosfera.

© Daniel Apai (ilustração da anã marrom Luhman 16B)

As anãs marrons são objetos celestes misteriosos que não são exatamente estrelas nem planetas. São aproximadamente do tamanho de Júpiter, mas normalmente dezenas de vezes mais massivas. Ainda assim, são menos massivas do que as estrelas menores, de modo que os seus núcleos não têm pressão suficiente para fundir átomos como as estrelas. Ficam quentes quando se formam e gradualmente arrefecem, têm brilho fraco que diminuem lentamente ao longo das suas vidas, o que as torna difíceis de encontrar. Nenhum telescópio pode ver claramente a atmosfera destes objetos. 

"Será que as anãs marrons se parecem com Júpiter, com as suas bandas regulares formadas por grandes jatos paralelos e longitudinais, ou são dominadas por um padrão em constante mudança de tempestades gigantescas conhecidas como vórtices como aqueles encontrados nos polos de Júpiter?," disse Daniel Apai, pesquisador na Universidade do Arizona. 

Ele e a sua equipe descobriram que as anãs marrons se parecem muito com Júpiter. Os padrões na atmosfera revelam ventos velozes que correm paralelos ao equador das anãs marrons. Estes ventos estão misturando as atmosferas, redistribuindo o calor que emerge do interior quente destes astros. Além disso, tal como Júpiter, os vórtices dominam as regiões polares. 

Alguns modelos atmosféricos previram este padrão atmosférico, onde o vento e a circulação atmosférica em grande escala muitas vezes têm efeitos profundos nas atmosferas planetárias, desde o clima da Terra até ao aspeto de Júpiter, e agora estes jatos atmosféricos de grande escala também moldam as atmosferas das anãs marrons. 

O grupo de Apai na Universidade do Arizona é líder mundial no mapeamento das atmosferas das anãs marrons e exoplanetas usando telescópios espaciais e um novo método. A equipe usou o TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite), um telescópio espacial da NASA, para estudar as duas anãs marrons mais próximas da Terra. 

A apenas 6,5 anos-luz de distância, as anãs marrons são chamadas Luhman 16A e Luhman 16B. Embora ambas tenham aproximadamente o mesmo tamanho de Júpiter, ambas são mais densas e, portanto, contêm mais massa. Luhman 16A tem cerca de 34 vezes a massa de Júpiter, e Luhman 16B tem cerca de 28 vezes a massa de Júpiter e é cerca de 800 ºC mais quente. 

Com algoritmos avançados foram obtidas medições muito precisas das mudanças de brilho conforme as duas anãs marrons giravam. Elas ficam mais brilhantes quando as regiões atmosféricas giram para o nosso ponto de vista e mais escuras quando giram para fora de vista.

Os resultados mostram que há muita semelhança entre a circulação atmosférica dos planetas do Sistema Solar e as anãs marrons. Como resultado, as anãs marrons podem servir como análogos mais massivos de planetas gigantes existentes fora do nosso Sistema Solar em estudos futuros. 

Os astrônomos esperam explorar ainda mais as nuvens, sistemas de tempestade e zonas de circulação presentes nas anãs marrons e exoplanetas para aprofundar a nossa compreensão das atmosferas localizadas além do Sistema Solar.

O novo estudo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal.

Fonte: University of Arizona