Primeira detecção direta de uma anã marron com um radiotelescópio

Pela primeira vez, os astrônomos usaram observações de um radiotelescópio e de um par de observatórios em Maunakea, Havaí, para descobrir e caracterizar uma anã marrom fria, também conhecida como estrela falhada.

©  ASTRON/Danielle Futselaar (ilustração de uma anã marrom)

A anã marron, designada BDR J1750+3809, é o primeiro objeto subestelar detectado por meio de observações no rádio; até agora, as anãs marrons foram amplamente descobertas em levantamentos infravermelhos do céu. 

A BDR J1750+3809, apelidada "Elegast" pela equipe de descoberta, foi identificada pela primeira vez usando dados do telescópio LOFAR (Low-Frequency Array) na Europa, e depois confirmada usando telescópios no cume do Maunakea, nomeadamente o Observatório Gemini e o IRTF (InfraRed Telescope Facility) da NASA. 

A descoberta direta destes objetos, com radiotelescópios sensíveis como o LOFAR, é um avanço significativo, porque demonstra que é possível detectar objetos que são demasiado frios e tênues para serem encontrados em levantamentos infravermelhos e talvez até mesmo detectar exoplanetas gigantes gasosos que flutuam livremente pelo espaço, sem estarem ligados gravitacionalmente a estrelas. 

Este trabalho abre um método totalmente novo para encontrar os objetos mais frios flutuando na vizinhança do Sol, que de outra forma seriam demasiado fracos para serem descobertos com os métodos usados nos últimos 25 anos. 

As anãs marrons ocupam a fronteira entre os maiores planetas e as estrelas menores. Elas não têm massa suficiente para desencadear a fusão do hidrogênio nos seus núcleos e, ao invés, brilham em comprimentos de onda infravermelhos com o calor remanescente da sua formação. Também apelidadas de "super-planetas", as anãs marrons possuem atmosferas gasosas que se assemelham mais aos planetas gigantes do nosso Sistema Solar do que a qualquer estrela. 

Embora as anãs marrons não possuam as reações de fusão que mantêm o Sol brilhando, podem emitir radiação em comprimentos de onda de rádio. O processo subjacente que alimenta estas emissões de rádio é conhecido, pois também ocorre no maior planeta do Sistema Solar. O poderoso campo magnético de Júpiter acelera partículas carregadas, como elétrons, que por sua vez produzem radiação, neste caso, ondas de rádio e auroras. 

O fato de as anãs marrons serem emissoras de rádio permitiu que os astrônomos através deste resultado desenvolvesse uma nova estratégia de observação. As emissões de rádio foram detectadas anteriormente apenas em algumas anãs marrons frias, que foram descobertas e catalogadas por levantamentos infravermelhos antes de serem observadas com radiotelescópios. 

Os astrônomos decidiram inverter esta estratégia, usando um radiotelescópio sensível para descobrir fontes de rádio frias e fracas, e em seguida realizar observações infravermelhas de acompanhamento com telescópios do Maunakea para categorizá-las. 

Além de ser um resultado empolgante por si só, a descoberta de BDR J1750+3809 pode fornecer um vislumbre tentador de um futuro quando for possível medir as propriedades dos campos magnéticos dos exoplanetas. As anãs marrons frias são os astros mais parecidos com os exoplanetas que podem atualmente serem detectados com radiotelescópios, e esta descoberta pode ser usada para testar teorias que preveem a força do campo magnético dos exoplanetas. Os campos magnéticos são um fator importante na determinação das propriedades atmosféricas e da evolução a longo prazo dos exoplanetas.

A pesquisa foi publicada no periódico The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: Gemini Observatory

Descobertos 100 mundos frios perto do Sol

Quão completo é o nosso censo dos vizinhos mais próximos do Sol?

© NOIRLab/P. Marenfeld (ilustração de anã branca e anã marrom fria)

Os astrônomos e uma equipe de voluntários, pesquisadores de dados que participam no Backyard Worlds: Planet 9, um projeto de ciência cidadã, descobriram cerca de 100 mundos frios perto do Sol, objetos mais massivos do que planetas mas mais leves que estrelas, conhecidos como anãs marrons.

Com a ajuda do Observatório W. M. Keck em Maunakea, no Havaí, os pesquisadores descobriram que vários destes mundos recém-descobertos estão entre os mais frios conhecidos, com alguns perto da temperatura da Terra, frios o suficiente para abrigar nuvens de água. 

A descoberta e a caracterização de objetos astronômicos próximos do Sol são fundamentais para a nossa compreensão do nosso lugar no Universo e da sua história. Mesmo assim, ainda estão sendo descobertos novos residentes da vizinhança solar. A nova descoberta do Backyard Worlds preenche uma lacuna na variabilidade de anãs marrons de baixa temperatura, identificando um elo perdido e há muito procurado dentro da população de destes objetos.

"Estes mundos frios fornecem a oportunidade de novas informações sobre a formação e atmosferas dos planetas localizados além do Sistema Solar," disse Aaron Meisner do NOIRLab. "Esta coleção de anãs marrons frias também nos permite estimar com precisão o número de mundos flutuantes vagueando pelo espaço interestelar perto do Sol".

Para identificar várias das mais tênues e frias anãs marrons recém-descobertas, o professor de física Adam Burgasser, da Universidade da Califórnia em San Diego, e pesquisadores do Cool Star Lab usaram o sensível instrumento NIRES (Near-Infrared Echellette Spectrometer) do Observatório W. M. Keck. 

Os espectros do NIRES foram usados para medir a temperatura e os gases presentes nas suas atmosferas. Cada espectro é essencialmente uma impressão digital que permite distinguir uma anã marrom fria de outros tipos de estrelas.

Observações de acompanhamento usando o telescópio espacial Spitzer da NASA, o Observatório Mont Mégantic e o Observatório Las Campanas também contribuíram para as estimativas de temperatura das anãs marrons. 

As anãs marrons ficam situadas entre os planetas mais massivos e as estrelas menores. Sem a massa necessária para sustentar as reações nucleares no seu núcleo, as anãs marrons são às vezes chamadas de "estrelas falhadas". A sua baixa massa, baixa temperatura e ausência de reações nucleares internas tornam-nas extremamente fracas e extremamente difíceis de detectar. Por causa disso, ao procurar as anãs marrons mais frias, os astrônomos só podem esperar detectar estes objetos relativamente perto do Sol.

Para ajudar a encontrar as vizinhas mais próximas e frias do nosso Sol, os astrônomos do projeto Backyward Worlds recorreram a uma rede mundial de mais de 100.000 cientistas cidadãos. Estes voluntários inspecionam diligentemente trilhões de pixels de imagens telescópicas para identificar os movimentos sutis de anãs marrons e planetas próximos. Apesar dos avanços da aprendizagem de máquina e dos supercomputadores, ainda não há substituto para o olho humano no que toca a encontrar objetos fracos em movimento. 

Os voluntários do Backyard Worlds já descobriram mais de 1.500 estrelas e anãs marrons perto do Sol; esta nova descoberta representa cerca de 100 das mais frias nessa amostra. 

A disponibilidade de décadas de catálogos astronômicos por meio do Astro Data Lab do NOIRLab ajudou a tornar as descobertas possíveis. 

Conjuntos de dados do satélite WISE da NASA, bem como observações de arquivo de telescópios do Observatório Inter-Americano de Cerro Tololo e do Observatório Nacional de Kitt Peak também foram fundamentais para a descoberta destas anãs marrons.

O estudo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal.

Fonte: W. M. Keck Observatory

Encontradas bandas de nuvens em anã marrom

Uma equipe de astrônomos descobriu que a anã marrom mais próxima, Luhman 16A, mostra sinais de bandas de nuvens semelhantes às vistas em Júpiter e em Saturno.

© Caltech/R. Hurt (ilustração da anã marrom Luhman 16A)

Esta é a primeira vez que os cientistas usam a técnica de polarimetria para determinar as propriedades de nuvens atmosféricas fora do nosso Sistema Solar, denominadas exonuvens.

As anãs marrons são objetos mais massivos do que os planetas, mas menos massivos do que as estrelas, e normalmente têm 13 a 80 vezes a massa de Júpiter. Luhman 16A faz parte de um sistema binário que contém uma segunda anã marrom, Luhman 16B. A uma distância de 6,5 anos-luz, é o terceiro sistema mais próximo do nosso Sol, depois de Alpha Centauri e da Estrela de Barnard. Ambas as anãs marrons têm cerca de 30 vezes a massa de Júpiter.

Apesar de Luhman 16A e 16B terem massas e temperaturas similares (cerca de 1.000 ºC) e, presumivelmente, se terem formado ao mesmo tempo, mostram um clima marcadamente diferente. Luhman 16B não mostra sinais de bandas estacionárias de nuvens, exibindo ao invés evidências de nuvens mais irregulares. Luhman 16B, portanto, apresenta variações visíveis de brilho como resultado das suas características nubladas, ao contrário de Luhman 16A.

"Tal como a Terra e Vênus, estes objetos são gêmeos com climas muito diferentes," disse Julien Girard do STScI (Space Telescope Science Institute). "Podem chover silicatos ou amônia. Na verdade, é um clima horrível."

Os pesquisadores usaram um instrumento no VLT (Very Large Telescope) no Chile para estudar a luz polarizada do sistema Luhman 16. A polarização é uma propriedade da luz que representa a direção a que a onda de luz oscila. Os óculos de sol polarizados bloqueiam uma direção de polarização a fim de reduzir o brilho e melhorar o contraste. Em vez de tentar bloquear este brilho, os pesquisadores estão tentando medi-lo.

Quando a luz é refletida por partículas, como gotículas nas nuvens, pode favorecer um certo ângulo de polarização. Ao medir a polarização preferida da luz de um sistema distante é possível deduzir a presença de nuvens sem resolver diretamente quaisquer estruturas de nuvens nas anãs marrons.

Para determinar o que a luz encontrou pelo caminho, comparam-se as observações com modelos com propriedades diferentes: as atmosferas das anãs marrons com estruturas sólidas de nuvens, bandas listradas e até anãs marrons oblatas devido à sua rápida rotação. "Descobrimos que apenas modelos de atmosferas com bandas de nuvens podiam corresponder às nossas observações de Luhman 16A," explicou Theodora Karalidi, da Universidade da Flórida Central.

A técnica de polarimetria não se limita às anãs marrons. Também pode ser aplicada a exoplanetas que orbitam estrelas distantes. As atmosferas de exoplanetas gigantes e quentes são semelhantes às das anãs marrons. Embora a medição de um sinal de polarização de exoplanetas seja mais complexa, devido ao seu brilho relativamente tênue e à proximidade com a estrela, as informações obtidas das anãs marrons podem, potencialmente, informar estes estudos futuros.

O telescópio espacial James Webb da NASA será capaz de estudar sistemas como Luhman 16 para procurar sinais de variações de brilho na luz infravermelha, indicativas de características de nuvens. O WFIRST (Wide Field Infrared Survey Telescope) da NASA estará equipado com um coronógrafo que pode realizar polarimetria e poderá detectar exoplanetas gigantes na luz refletida e eventuais sinais de nuvens nas suas atmosferas.

Este estudo foi aceito para publicação no The Astrophysical Journal.

Fonte: Space Telescope Science Institute

Astrônomos medem a velocidade do vento numa anã marrom

Pela primeira vez, os cientistas mediram diretamente a velocidade do vento numa anã marrom, um objeto maior que Júpiter (o maior planeta do nosso Sistema Solar) mas não suficientemente massivo para se tornar uma estrela.

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

Para chegar à descoberta, usaram um novo método que também pode ser aplicado à aprendizagem de atmosferas de planetas dominados por gás localizados além do nosso Sistema Solar.

O trabalho combina observações de um grupo de radiotelescópios com dados do telescópio espacial infravermelho Spitzer da NASA.

Oficialmente designado 2MASS J10475385+2124234, o alvo do novo estudo foi uma anã marrom localizada a 32 anos-luz da Terra. Os pesquisadores detectaram ventos que se moviam em torno do astro a 2.293 km/h. Em comparação, a atmosfera de Netuno tem os ventos mais rápidos do Sistema Solar, que atingem mais de 2.000 km/h.

A medição da velocidade do vento aqui na Terra significa cronometrar o movimento da nossa atmosfera gasosa em relação à superfície sólida do planeta. Mas as anãs marrons são compostas quase inteiramente de gás, de modo que "vento" refere-se a algo ligeiramente diferente. As camadas superiores de uma anã marrom são onde partes do gás se pode mover independentemente. A uma certa profundidade, a pressão torna-se tão intensa que o gás se comporta como uma única bola sólida que é considerada o interior do objeto. À medida que o interior gira, empurra as camadas superiores, fazendo com que estejam quase em sincronia.

Os astrônomos mediram a ligeira diferença de velocidades da anã marrom em relação ao seu interior. Com uma temperatura atmosférica de mais de 600ºC, esta anã marrom em particular irradia uma quantidade substancial de luz infravermelha. Juntamente com a sua proximidade à Terra, esta característica tornou possível que o Spitzer detectasse propriedades na atmosfera da anã marrom enquanto gira para dentro e para fora da nossa visão. A equipe usou estas características para registar a velocidade de rotação atmosférica.

Para determinar a velocidade do interior, focaram-se no campo magnético da anã marrom. Descobriu-se há relativamente pouco tempo que os interiores das anãs marrons geram fortes campos magnéticos. À medida que a anã marrom gira, o campo magnético acelera partículas carregadas que, por sua vez, produzem ondas de rádio, que os pesquisadores detectaram com os radiotelescópios do VLA (Karl G. Jansky Very Large Array).

O novo estudo é o primeiro a demonstrar este método comparativo para medir a velocidade do vento numa anã marrom. Para medir a sua precisão, o grupo testou a técnica usando observações de rádio e no infravermelho de Júpiter, que também é composto principalmente por gás e que tem uma estrutura física semelhante à de uma pequena anã marrom. A equipe comparou as rotações da atmosfera e do interior de Júpiter usando dados idênticos aos que conseguiram recolher para a anã marrom muito mais distante. Confirmaram então o seu cálculo para a velocidade do vento de Júpiter usando dados mais detalhados obtidos por sondas que estudaram Júpiter de perto, demonstrando assim que a sua abordagem à anã marrom funcionou.

Os cientistas já usaram o Spitzer para inferir a presença de ventos em exoplanetas e anãs marrons com base em variações no brilho das suas atmosferas no infravermelho. E dados do HARPS (High Accuracy Radial velocity Planet Searcher), um instrumento acoplado ao telescópio La Silla do ESO no Chile, foram usados para fazer uma medição direta da velocidade do vento num planeta distante.

Mas o novo estudo representa a primeira vez que os cientistas compararam diretamente a velocidade atmosférica com a velocidade do interior de uma anã marrom. Segundo os autores, o método empregado pode ser aplicado a outras anãs marrons ou a planetas grandes, caso as condições sejam adequadas.

Esta técnica demonstra que a química, a dinâmica atmosférica e o ambiente em torno de um objeto estão interligados, e a perspetiva de obter uma visão realmente abrangente destes mundos.

Um artigo foi publicado na revista Science.

Fonte: National Radio Astronomy Observatory

Explosão em sistema estelar

A sonda Kepler da NASA foi construída para encontrar exoplanetas, procurando estrelas que diminuem de brilho quando um planeta passa à sua frente.

© STScI/L. Hustak (ilustração de anã branca absorvendo material de anã marrom)

Felizmente, o mesmo projeto é ideal para a detecção de outros transientes astronômicos, objetos que aumentam ou diminuem de brilho com o tempo. Uma nova exploração de dados de arquivo do Kepler encontrou uma superexplosão incomum de uma nova anã anteriormente desconhecida. O sistema aumentou cerca de 1.600 vezes de brilho ao longo de menos um dia antes de desvanecer lentamente.

O sistema estelar em questão consiste de uma estrela anã branca com uma companheira anã marrom com cerca de um-décimo da massa da anã branca. Uma anã branca é o núcleo remanescente de uma estrela velha parecida com o Sol e contém aproximadamente a mesma quantidade de material que o Sol num globo com o tamanho da Terra. Uma anã marrom é um objeto com uma massa entre 10 e 80 Júpiteres que é demasiado pequeno para deflagrar fusão nuclear.

A anã marrom orbita a anã branca a cada 83 minutos, a uma distância de apenas 400.000 km, quase a distância Terra-Lua. Estão tão próximas uma da outra que a forte gravidade da anã branca retira o material da anã marrom, sugando a sua essência como um vampiro. O material roubado forma um disco de acreção à medida que espirala para a anã branca.

Foi por sorte que o Kepler estava observando na direção certa quando este sistema sofreu uma superexplosão, aumentando mais de 1.000 vezes de brilho. Realmente, o Kepler foi o único instrumento capaz de o testemunhar, uma vez que o sistema estava muito próximo do Sol, do ponto de vista da Terra. A rápida cadência de observações do Kepler, obtendo dados a cada 30 minutos, foi crucial para captar todos os detalhes da explosão.

O Kepler captou todo o evento, observando um lento aumento de brilho seguido por uma rápida intensificação. Embora o repentino aumento de brilho seja previsto pelas teorias, a razão do início lento permanece um mistério. As teorias da física do disco de acreção não preveem este fenômeno, que foi observado posteriormente em duas outras superexplosões de novas anãs.

As teorias sugerem que uma superexplosão é provocada quando o disco de acreção atinge um ponto de inflexão. À medida que acumula material, cresce em tamanho até que a orla externa sofre ressonância gravitacional com a anã marrom em órbita. Isto pode desencadear uma instabilidade térmica, fazendo com que o disco fique superaquecido. De fato, as observações mostram que a temperatura do disco sobe de 2.700 a 5.300 ºC no seu estado normal para 9.700 a 11.700 ºC no pico da superexplosão.

Este tipo de sistema de nova anã é relativamente raro, conhecendo-se apenas mais ou menos 100. Podem passar-se anos ou décadas entre explosões, o que torna a observação em flagrante um grande desafio.

A equipe planeja continuar explorando os dados do Kepler, bem como de outro caçador de exoplanetas, o TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite), à procura de outros transientes.

O artigo científico sobre a descoberta foi publicado na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Fonte: Space Telescope Science Institute

Telescópio vai procurar anãs marrons e exoplanetas "fugitivos"

Quão pequenos são os objetos celestes menores que se formam como estrelas, mas que não produzem a sua própria luz? Quão comuns são em comparação com estrelas de pleno direito? E que dizer dos "planetas fugitivos", que se formam em torno de estrelas antes de serem lançados para o espaço interestelar?

© NASA/JPL-Caltech (NGC 1333)

Quando o telescópio espacial James Webb da NASA for lançado em 2021, lançará luz sobre estas questões.

A sua resposta vai definir um limite entre objetos que se formam como estrelas, que nascem de nuvens de gás e poeira em colapso gravitacional e aqueles que se formam como planetas, criados quando o gás e a poeira se aglomeram num disco em torno de uma estrela jovem. Também vai distinguir, entre ideias concorrentes, as origens das anãs marrons, objetos com massas entre 1% e 8% a massa do Sol que não conseguem sustentar a fusão de hidrogênio nos seus núcleos.

Num estudo liderado por Aleks Scholz da Universidade de St. Andrews no Reino Unido, pesquisadores vão usar o telescópio espacial James Webb para descobrir os residentes menores e mais tênues de um berçário estelar próximo chamado NGC 1333. O agloemerado estelar está localizado a cerca de 1.000 anos-luz de distância na direção da constelação de Perseu. Também é muito compacto e contém muitas estrelas jovens. Estes três fatores tornam-no no local ideal para estudar a formação estelar em ação, particularmente para aqueles interessados em objetos muito fracos e flutuantes.

"As anãs marrons menos massivas identificadas até agora têm apenas cinco a dez vezes a massa do planeta Júpiter," explicou Scholz. "Ainda não sabemos se objetos ainda mais leves se formam nos berçários estelares. Com o Webb, esperamos identificar pela primeira vez membros do aglomerado tão pequenos quanto Júpiter. Os seus números, em relação às mais massivas anãs marrons e estrelas, vão lançar luz sobre as suas origens e também fornecer pistas importantes sobre o processo mais amplo de formação estelar."

Objetos de massa muito baixa são frios, o que significa que emitem a maior parte da sua luz em comprimentos de onda infravermelhos. A observação da radiação infravermelha com telescópios terrestres é complexa por causa da interferência da atmosfera da Terra. Devido ao seu tamanho e à capacidade de ver a radiação infravermelha com uma sensibilidade sem precedentes, o Webb é ideal para encontrar e caracterizar objetos fugitivos (ou flutuantes) com massas inferiores a cinco vezes a massa de Júpiter.

A distinção entre as anãs marrons e os planetas gigantes é imprecisa.

"Existem alguns objetos com massas abaixo da marca dos 10 Júpiteres que flutuam livremente pelo aglomerado. Dado que não orbitam nenhuma estrela em particular, podemos chamá-los de anãs marrons, ou objetos de massa planetária, pois não os conhecemos melhor," disse Koraljka Muzic da Universidade de Lisboa em Portugal. "Por outro lado, alguns planetas gigantes e massivos podem ter reações de fusão. E algumas anãs marrons podem formar-se num disco."

Há também a questão dos planetas "fugitivos", objetos que se formam como planetas e mais tarde são expelidos dos seus sistemas solares. Estes corpos flutuantes estão condenados a vaguear para sempre entre as estrelas.

A equipe irá usar o instrumento NIRISS (Near Infrared Imager and Slitless Spectrograph) do telescópio espacial James Webb para estudar estes vários objetos de baixa massa. Um espectrógrafo divide a luz de uma única fonte nas suas cores componentes, da mesma maneira que um prisma divide a luz branca num arco-íris. Esta luz transporta impressões digitais produzidas quando o material emite ou interage com a luz. Os espectrógrafos permitem que os pesquisadores analisem estas impressões digitais e descubram propriedades como a temperatura e composição.

O NIRISS vai fornecer informações simultâneas para dúzias de objetos. "Isto é fundamental. Para uma confirmação inequívoca de uma anã marron ou de um planeta flutuante, precisamos de ver as assinaturas de absorção de moléculas, água ou metano, principalmente, no espectro," explicou Ray Jayawardhana da Universidade de Cornell.

O telescópio espacial James Webb será o principal observatório científico espacial do mundo quando for lançado em 2021. Vai resolver mistérios do nosso Sistema Solar, olhar para mundos distantes em torno de outras estrelas e investigar as misteriosas estruturas e origens do nosso Universo e o nosso lugar nele.

Fonte: Space Telescope Science Institute

Planetas gigantes e anãs marrons têm origens bem distintas

Com base nos resultados preliminares de uma nova pesquisa do Observatório Gemini, que examinou 531 estrelas com o instrumento Gemini Planet Imager (GPI), parece cada vez mais provável que planetas gigantes e estrelas do tipo anã marrom tenham raízes muito diferentes.

© Caltech/C. Carter/G. Hallinan (ilustração de uma anã marrom)

A Pesquisa de Exoplanetas do GPI (GPIES), um dos maiores e mais sensíveis levantamentos de imagens diretas de exoplanetas até hoje, ainda está em andamento no telescópio Gemini South, no Chile.

Em novembro de 2014, o pesquisador principal do GPI, Bruce Macintosh, da Universidade de Stanford, e sua equipe internacional se dispuseram a observar quase 600 jovens estrelas próximas com o novo instrumento.

Retratar um planeta em torno de outra estrela é um desafio técnico difícil, possível apenas com alguns poucos instrumentos. Os exoplanetas são pequenos, de brilho fraco e muito próximos de sua estrela hospedeira; distinguir um planeta de sua estrela é como calcular a largura de uma moeda a vários quilômetros de distância. Mesmo os planetas mais brilhantes tem luminosidade dez mil vezes mais fraca do que suas estrelas progenitoras. O GPI consegue ver planetas com brilho até um milhão de vezes mais fracos, uma capacidade muito maior do que a dos instrumentos anteriores de imageamento de planetas.

A GPIES está agora chegando ao fim. A partir das primeiras 300 estrelas, a pesquisa detectou seis planetas gigantes e três anãs marrons. As anãs marrons têm mais massa do que planetas, mas não são grandes o suficiente para fundir hidrogênio, como fazem as estrelas.

O estudo avança na ideia de que planetas gigantes se formam devido ao lento acúmulo de material em torno de uma jovem estrela, enquanto as anãs marrons surgem de um rápido colapso gravitacional.

Esta descoberta pode responder a uma longa questão: se as anãs marrons, que são objetos de massa intermediária, nascem mais como estrelas ou como planetas. As estrelas se formam pelo colapso gravitacional de grandes nuvens primordiais de gás e poeira, enquanto pensa-se que planetas sejam formados pelo acúmulo de pequenos corpos rochosos que então crescem e ficam grandes, em um processo denominado “acreção planetária”.

Enquanto as anãs marrons mais massivas superam em número as anãs marrons menos volumosas, para os planetas gigantes a tendência é inversa: os planetas menores superam os massivos. Além disso, as anãs marrons tendem a ser encontradas longe de suas estrelas hospedeiras, enquanto planetas gigantes se concentram bem perto delas.

Das 300 estrelas pesquisadas até então, 123 têm uma massa pelo menos 1,5 vezes maior que a do nosso Sol. Um dos resultados mais notáveis do estudo é que todas as estrelas hospedeiras dos planetas detectados estão entre essas estrelas de maior massa, embora seja mais fácil ver um planeta gigante orbitando uma estrela mais fraca e mais parecida com o Sol. Os astrônomos suspeitam desse fato há anos, mas a pesquisa GPIES finalmente confirmou sem ambiguidade.

Uma das maiores surpresas do estudo tem sido a forma como os outros sistemas planetários são diferentes dos nossos. Nosso Sistema Solar tem pequenos planetas rochosos nas partes internas e planetas gigantes de gás nas partes externas. Mas os primeiros exoplanetas descobertos reverteram essa tendência, com planetas gigantes aproximando-se mais de suas estrelas do que Mercúrio, por exemplo, que tem o tamanho da Lua. Além disso, estudos de velocidade radial, que se baseiam no fato de que uma estrela experimenta uma “oscilação” gravitacionalmente induzida quando é orbitada por um planeta, mostraram que o número de planetas gigantes aumenta com a distância da estrela até cerca da distância da órbita de Júpiter. Mas os resultados preliminares da equipe, que sondam distâncias ainda maiores, mostraram que os planetas gigantes se tornam menos numerosos.

Mas uma surpresa de todos os levantamentos de exoplanetas é o quão intrinsecamente raros parecem ser os planetas gigantes ao redor de estrelas similares ao Sol, e quão diferentes são os outros sistemas solares. A missão Kepler descobriu planetas muito menores e mais próximos, dois ou mais planetas “super-terrestres” por estrela parecida com o Sol, densamente compactados em sistemas solares internos muito mais cheios do que os nossos. A extrapolação de modelos simples sugeria que o GPI encontraria uma dúzia de planetas gigantes ou mais, mas só seis foram vistos. Ou seja, planetas gigantes podem estar presentes em torno de apenas uma minoria de estrelas como a nossa.

Em janeiro de 2019, a GPIES detectou sua 531ª e última nova estrela, e a equipe está atualmente acompanhando os candidatos restantes para determinar quais são verdadeiramente planetas e quais são estrelas de fundo distantes fazendo o papel de planetas gigantes.

O GPI é projetado especificamente para procurar planetas e anãs marrons ao redor de outras estrelas, usando uma máscara conhecida como coronógrafo para bloquear parcialmente a luz de uma estrela. Em conjunto com a óptica adaptativa para a turbulência na atmosfera da Terra e com o processamento avançado de imagens, os pesquisadores podem procurar na vizinhança da estrela por exoplanetas semelhantes a Júpiter e anãs marrons até um milhão de vezes mais fracas em termos de brilho do que a estrela hospedeira.

Em nosso Sistema Solar, Júpiter é o maior planeta, sendo cerca de 318 vezes mais massivo que a Terra e localizando-se cerca de cinco vezes mais distante do Sol do que a Terra. As anãs marrons variam de 13 a 90 vezes a massa de Júpiter; e embora elas possam ter até um décimo da massa do Sol, não têm fusão nuclear em seu núcleo para queimar como uma estrela; então, a classificação delas está em algum lugar entre uma estrela pequena e um super planeta.

Um sucesso inicial da GPIES foi a descoberta do 51 Eridani b, em dezembro de 2014, um planeta cerca de duas vezes e meia maior que Júpiter, que orbita sua estrela além da distância que Saturno orbita em nosso próprio Sol. A estrela anfitriã, 51 Eridani, está a apenas 97 anos-luz de distância e tem apenas 26 milhões de anos (próxima e jovem, nos padrões astronômicos). A estrela havia sido observada por várias pesquisas de imagens do planeta com uma variedade de telescópios e instrumentos, mas seu planeta não foi detectado até que a instrumentação superior da GPI fosse capaz de suprimir a luz da estrela o suficiente para que o planeta fosse visível.

A GPIES também descobriu a anã marrom HR 2562 B, que está em uma separação similar àquela entre o Sol e Urano, e é 30 vezes maior que Júpiter.

A maioria dos exoplanetas descobertos até agora, incluindo aqueles encontrados pela sonda Kepler da NASA, são encontrados através de métodos indiretos, como observar um escurecimento na luz da estrela quando o planeta orbita eclipsa sua estrela hospedeira, ou observando a oscilação da estrela enquanto a gravidade do planeta puxa a estrela. Esses métodos foram muito bem-sucedidos, mas eles apenas investigam as regiões centrais dos sistemas planetários. Aquelas regiões fora da órbita de Júpiter, onde os planetas gigantes estão em nosso Sistema Solar, estão geralmente fora de seu alcance. O GPI, no entanto, esforça-se para detectar diretamente os planetas neste espaço, tirando uma foto deles ao lado de suas estrelas hospedeiras.

Os resultados do Gemini reforçam aqueles que vieram de outras técnicas, incluindo um estudo recente de exoplanetas descobertos por uma método de velocidade radial, que descobriu que a separação mais provável para um planeta gigante ao redor de estrelas parecidas com o Sol é de cerca 3 UA (unidade astronômica). A descoberta de que anãs marrons ocorrem com a frequência de cerca de apenas 1%, independentemente da massa estelar, também é condizente com resultados anteriores de pesquisas com imagens diretas.

A pesquisa foi publicada na revista The Astronomical Journal.

Fonte: Scientific American

Detectado objeto magnético e exosolar de massa planetária

Astrônomos usaram o VLA (Karl G. Jansky Very Large Array) para fazer a primeira detecção radiotelescópica de um objeto de massa planetária localizado além do nosso Sistema Solar.

© Caltech/Chuck Carter (ilustração de SIMP J01365663+0933473)

O objeto, com cerca de 12 vezes a massa de Júpiter, é uma potência magnética surpreendentemente forte, viajando pelo espaço sem estar ligado a qualquer estrela.

"Este objeto está bem no limite entre um planeta e uma anã marron ou 'estrela falhada', e está proporcionando algumas surpresas que podem potencialmente ajudar-nos a compreender os processos magnéticos tanto nas estrelas quanto nos planetas," comenta Melodie Kao, que liderou este estudo enquanto estudante em Caltech, agora bolsista de pós-doutoramento Hubble na Universidade Estatal do Arizona.

As anãs marrons são objetos demasiado grandes para serem considerados planetas, mas não suficientemente grandes para sustentar a fusão nuclear de hidrogênio nos seus núcleos, o processo que alimenta as estrelas. Os teóricos sugeriram a existência de tais objetos na década de 1960, mas o primeiro só foi descoberto em 1995. Originalmente pensava-se que não emitiam ondas de rádio, mas em 2001 um surto de rádio, descoberto com o VLA, revelou que um destes astros tinha uma atividade magnética forte.

Observações subsequentes mostraram que algumas anãs marrons têm auroras fortes, semelhantes àquelas vistas nos planetas gigantes do nosso Sistema Solar. As auroras vistas na Terra são provocadas pela interação do campo magnético do nosso planeta com o vento solar. No entanto, as anãs marrons solitárias não possuem vento solar de uma estrela próxima para interação. Não se sabe como é que existem auroras nas anãs marrons, mas os cientistas pensam que uma possibilidade é um planeta ou lua em órbita que interage com o campo magnético da anã marrom, como o que acontece entre Júpiter e a sua lua Io.

O estranho objeto neste último estudo, chamado SIMP J01365663+0933473, tem um campo magnético 200 vezes mais forte que o de Júpiter. O objeto foi originalmente detectado em 2016 como uma das cinco anãs marrons que os cientistas estudaram com o VLA a fim de obter novos conhecimentos sobre os campos magnéticos e sobre os mecanismos pelos quais alguns destes objetos mais frios podem emitir rádio. As massas das anãs marrons são difíceis de serem determinadas e, na época, pensava-se que o objeto era uma anã marrom antiga e muito mais massiva.

No ano passado, uma equipe independente de cientistas descobriu que SIMP J01365663+0933473 fazia parte de um grupo muito jovem de estrelas. A sua jovem idade significa que era muito menos massiva, e que podia ser um "planeta flutuante", apenas 12,7 vezes mais massivo que Júpiter, com um raio 1,22 vezes maior. Com 200 milhões de anos e a 20 anos-luz da Terra, o objeto tem uma temperatura de superfície em tornno de 825 ºC. Em comparação, a temperatura da superfície do Sol é de aproximadamente 5.500 ºC.

A diferença entre um gigante gasoso e uma anã marrom continua sendo debatida entre os astrônomos, mas uma regra usada é a massa abaixo da qual a fusão de deutério cessa, conhecida como "limite de queima de deutério", mais ou menos 13 massas de Júpiter.

Simultaneamente, a equipe de Caltech que detectou originalmente a sua emissão de rádio em 2016 havia observado o objeto novamente num novo estudo com frequências rádio ainda mais altas e confirmou que o seu campo magnético era ainda mais forte do que o medido pela primeira vez.

"Quando foi anunciado que SIMP J01365663+0933473 tinha uma massa perto do limite de queima de deutério, tinha acabado de analisar os novos dados do VLA," afirma Kao.

As observações do VLA forneceram tanto a primeira detecção de rádio como a primeira medição do campo magnético de um possível objeto de massa planetária localizado além do nosso Sistema Solar.

"Um campo magnético tão forte apresenta enormes desafios para a nossa compreensão do mecanismo do dínamo que produz os campos magnéticos nas anãs marrons e nos exoplanetas e que ajuda a impulsionar as auroras que vemos," comenta Gregg Hallinan do Caltech.

"Este objeto em particular é empolgante porque o estudo dos seus mecanismos de dínamo magnético pode fornecer-nos novas informações sobre como o mesmo tipo de mecanismos pode operar nos exoplanetas. Nós pensamos que estes mecanismos podem funcionar não só nas anãs marrons, mas também em planetas gigantes gasosos e terrestres," realça Kao.

"A detecção de SIMP J01365663+0933473 com o VLA, através da sua emissão auroral de rádio, também significa que podemos ter uma nova maneira de detectar exoplanetas, incluindo aqueles que não estão em órbita de uma estrela hospedeira," acrescenta Hallinan.

Fonte: National Radio Astronomy Observatory

Uma lupa para um pulsar

Em um sistema a 6.500 anos-luz de distância, um pulsar e uma anã marrom dançam chicoteando um ao outro a cada nove horas.

© Mark A. Garlick (ilustração do pulsar e anã marrom)

A dança deles não vai durar, além de seu feixe de ondas de rádio como um farol, o pulsar PSR B1957+20 está emitindo um vento feroz de partículas que lentamente explodem seu companheiro. Por essa razão, o pulsar ganhou o nome de “viúva negra”, ou seja, espécies de aranha que comem seu parceiro.

Mas antes que a refeição esteja completa, a anã marrom tem algo a nos oferecer: uma lupa que expõe o pulsar em detalhes incríveis.

O sistema inteiro é minúsculo: a anã marrom é do tamanho de Júpiter e o pulsar é apenas do tamanho de uma cidade pequena; a distância que os separa é aproximadamente cinco vezes a distância entre a Terra e a Lua. Do ponto de vista da Terra, a anã marrom é grande o suficiente para eclipsar o pulsar por 40 minutos toda vez que eles circulam um ao outro.

É esta geometria afortunada que dá à anã marrom seu poder de ampliação. O casulo de plasma ao redor da anã marrom tem um efeito de concentrar o feixe do farol do pulsar, quando tudo está alinhado, nota-se o pulso de ondas de rádio passando pelo plasma, que concentra a radiação.

Não era óbvio que isso deveria acontecer. Mas, em 2014, Robert Main (Universidade de Toronto) e seus colegas observaram uma órbita completa de 9,2 horas usando o telescópio de 305 metros William E. Gordon no Observatório de Arecibo. Pouco antes e logo após cada eclipse do pulsar, eles notaram a emissão dos pulsos de rádio. Além disso, os pulsos se iluminaram de maneiras diferentes em frequências diferentes, exatamente como esperado para um evento de lente.

  A emissão dos dois polos do pulsar não é amplificada igualmente. Há momentos em que a emissão de um polo é grandemente aumentada, enquanto o outro não é afetado. Em outras palavras, a "lente" gasosa ao redor da anã marrom às vezes aumentava a emissão do polo norte do pulsar e às vezes do seu polo sul, resolvendo duas áreas de emissão a apenas 10 km além de 6.500 anos-luz de distância. Isso equivale a decifrar uma pulga na superfície de Plutão usando telescópios baseados na Terra.

Esta não é a primeira vez que os astrônomos viram as lentes de plasma. Outros exemplos incluem quasares distantes e o pulsar da Nebulosa do Caranguejo. No entanto, levou 30 anos entre a descoberta do PSR B1957+20 e a detecção de suas lentes. Tudo se resume ao aumento do poder de computação que permitiu aos astrônomos examinar as mudanças nas escalas de microssegundos em várias frequências de rádio.

Os pulsares são usados para iluminar o Universo invisível!

Os resultados foram divulgados na revista Nature.

Fonte: Sky & Telescope

Anãs marrons por todo o lado

Num levantamento profundo e sem precedentes em busca de objetos pequenos e fracos na Nebulosa de Órion, os astrônomos usaram o telescópio espacial Hubble para descobrir a maior população, até agora, de anãs marrons salpicadas entre estrelas recém-nascidas.

© STScI/G. Strampelli (anãs marrons na Nebulosa de Órion)

As anãs marrons são mais massivas que os planetas, mas demasiado pequenas para produzir energia como as estrelas. As anãs marrons fornecem pistas importantes para entender como as estrelas e os planetas se formam, e podem estar entre os objetos mais comuns na nossa Galáxia. Foi identificada a presença de água nas atmosferas das anãs marrons, atmosferas estas tão frias que possibilitam a formação de vapor de água. A água é uma clara assinatura de objetos subestelares. A assinatura da água não pode ser facilmente vista da Terra, devido aos efeitos absorventes do vapor de água na nossa própria atmosfera.

Cada símbolo na imagem identifica um par de objetos, que podem ser vistos no centro do símbolo como um único ponto de luz. Técnicas especiais de processamento de imagem foram usadas para separar a luz das estrelas em um par de objetos. O círculo interno mais espesso representa o corpo primário, e o círculo externo mais fino indica o companheiro. Os círculos são codificados por cores: vermelho para um planeta; laranja para uma anã marrom; e amarelo para uma estrela. Localizado no canto superior esquerdo está um par de planetas na ausência de uma estrela progenitora. No meio do lado direito há um par de anãs marrons. A porção da Nebulosa de Órion mede aproximadamente 4 por 3 anos-luz.

Fonte: Space Telescope Science Institute

Morte prematura de estrela é confirmada

Um grupo de astrônomos brasileiros observou uma dupla de objetos celestes bastante rara na Via Láctea, composta por uma anã branca de baixíssima massa e uma anã marrom.

© UCL/Mark Garlick (ilustração de sistema binário contendo anã branca e anã marrom)

Ao analisá-las mais detidamente foi constatado algo incomum: a anã branca, que corresponde ao estágio final de uma estrela de massa intermediária (com aproximadamente 0,5 a 8 vezes a massa do Sol), teve sua trajetória interrompida precocemente por sua companheira, uma anã marrom, que a abateu prematuramente por perda de matéria.

As observações, realizadas entre 2005 e 2013 no Observatório do Pico dos Dias em Brazópolis (MG) e no banco de dados públicos do telescópio William Herschel, localizado nas Ilhas Canárias.

O sistema binário  HW Vir, HS 2231+2441, é relativamente raro, ele é composto por uma anã branca que tem entre dois e três décimos da massa do Sol e uma temperatura superficial de 28,5 mil Kelvin e uma anã marrom que possui massa entre 36 a 46 massas de Júpiter, o maior planeta do Sistema Solar. Os pesquisadores derivaram duas soluções possíveis para HS 2231+2441, fornecendo as massas das componentes: M₁ = 0,19 M⊙ e M₂ = 0,036 M⊙ ou M₁ = 0,288 M⊙ e M₂ = 0,046 M⊙.

Este tipo de sistema binário fornece uma maneira direta de medir as propriedades fundamentais, tais como: as massas e osraios de seus componentes, portanto, são cruciais para estudar a formação de estrelas sdB (subanã de tipo espectral B) e anãs brancas de baixa massa, a fase de envelope comum e a pré-fase das variáveis ​​cataclísmicas.

Ela começou a interagir não só gravitacionalmente, mas também transferir massa para sua companheira. Esta transferência de massa da estrela mais massiva, que é o objeto primário, para sua companheira, que é o objeto secundário, ocorreu de forma desenfreada e instável e em um curto espaço de tempo. O objeto secundário foi atraído e englobado pela atmosfera do primário, chamada de envelope, onde começou a orbitar. Durante este processo de atração, o objeto secundário perdeu o momento angular orbital (grandeza física associada ao movimento de translação de um corpo) devido ao choque e ao atrito com o envelope do objeto primário, que foi transformado em energia cinética para o envelope.

Quando a energia transferida pelo objeto secundário chegou a um ponto em que superou a força gravitacional que mantinha o envelope preso ao núcleo do objeto primário, ocorreu uma grande ejeção de matéria do sistema, deixando o objeto primário despido, com apenas seu núcleo de hélio exposto. Como a matéria ejetada corresponde a uma grande parcela da massa do objeto primário, ela teve sua morte prematura decretada uma vez que, nesta condição, não conseguiu queimar mais hélio de seu núcleo e gerar luz própria. Por isso, passou a ser considerada uma anã branca.

A atual anã marrom, também deve ter ganhado um pouco de matéria quando dividiu o envelope com a anã branca, mas que não foi suficiente para chegar a ser uma nova estrela.

Antes de ser rebaixada a esta condição, a anã branca era uma estrela normal. Por ser mais massiva do que sua companheira ela evoluiu mais rapidamente, gerando um núcleo de hélio ao queimar hidrogênio durante sua existência. Durante a queima de hidrogênio de forma acelerada na camada que envolve o núcleo de hélio, a estrela caminhava rumo à categoria de gigantes vermelhas, que é a trajetória natural de estrelas do tipo solar, e pode ter atingido um raio maior que a distância da Terra ao Sol (cerca de 150 milhões de quilômetros).

A descoberta deste sistema binário, composto por um objeto com seu núcleo exposto orbitando em torno de outro objeto frio em um curto período de tempo, de aproximadamente três horas, poderá contribuir para entender melhor como objetos quentes e compactos como as anãs brancas de baixa massa, descobertas há pouco tempo, são gerados.

Esta classe de objetos mortos só pode ser formada dentro de sistemas binários, considerando a idade do Universo. Cerca da metade das estrelas de baixa massa na Via Láctea são sistemas binários. Entre as estrelas de alta massa, este índice chega a quase a totalidade e 75% deles vão interagir de alguma forma, como troca de matéria, acréscimo da velocidade de rotação das componentes e fusão. Por isso sistemas binários são cruciais para entendermos o ciclo de vida das estrelas.

Fonte: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

As previsões meteorológicas das anãs marrons

Os objetos fracos a que chamamos anãs marrons, menos massivas que o Sol mas mais massivas que Júpiter, têm ventos e nuvens poderosas, irregulares e quentes feitas de gotículas de ferro e poeira de silicato.

© NASA/JPL-Caltech (animação de uma anã marrom com bandas de nuvens)

Os cientistas perceberam recentemente que estas nuvens gigantes podem mover-se e engrossar ou diminuir surpreendentemente depressa, em menos de um dia terrestre, mas não entendiam porquê.

Agora, um novo modelo explica como as nuvens se movem e mudam de forma nas anãs marrons, usando informações do telescópio espacial Spitzer da NASA. Ondas gigantes provocam movimento em grande escala de partículas nas atmosferas das anãs marrons, alterando a espessura das nuvens de silicato. O estudo também sugere que estas nuvens estão organizadas em bandas confinadas em diferentes latitudes, viajando com diferentes velocidades em bandas diferentes.

"Esta é a primeira vez que vemos bandas atmosféricas e ondas nas anãs marrons," comenta Daniel Apai, professor associado de astronomia e ciências planetárias na Universidade do Arizona em Tucson, EUA.

Tal como nos oceanos da Terra, tipos diferentes de ondas podem formar-se nas atmosferas planetárias. Por exemplo, na atmosfera da Terra, ondas muito longas misturam ar frio das regiões polares para latitudes médias, o que muitas vezes leva à formação ou dissipação de nuvens.

As distribuições e os movimentos das nuvens das anãs marrons neste estudo são mais parecidos com aqueles observados em Júpiter, Saturno, Urano e Netuno. O planeta Netuno tem estruturas de nuvens que também seguem bandas, mas as suas nuvens são feitas de gelo. As observações de Netuno pelo Kepler da NASA, operando na sua missão K2, foram importantes nesta comparação entre o planeta e as anãs marrons.

"Os ventos atmosféricos das anãs marrons parecem ser mais como os padrões familiares e regulares de cinturões e zonas de Júpiter do que a 'fervura' atmosférica e caótica vista no Sol e em muitas outras estrelas," comenta Mark Marley, do Ames Research Center da NASA em Silicon Valley, no estado norte-americano da Califórnia.

Equiparamos as anãs marrons a estrelas falhadas porque são demasiado pequenas para fundir elementos químicos nos seus núcleos. Também podemos pensar nelas como "superplanetas" porque são mais massivas que Júpiter, mas têm aproximadamente o mesmo diâmetro. Tal como os planetas gigantes e gasosos, as anãs marrons são constituídas principalmente por hidrogênio e hélio, mas encontram-se muitas vezes separadas de qualquer sistema planetário. Num estudo de 2014 usando o Spitzer, os cientistas descobriram que as anãs marrons normalmente têm tempestades atmosféricas.

Devido à sua semelhança com exoplanetas gigantes, as anãs marrons são janelas para os sistemas planetários além do nosso. É mais fácil estudar anãs marrons do que planetas porque muitas vezes não possuem uma brilhante estrela hospedeira que as obscurece.

"É provável que as estruturas em banda e as grandes ondas atmosféricas que encontramos nas anãs marrons também sejam comuns nos exoplanetas gigantes," comenta Apai.

Usando o Spitzer, os cientistas monitoraram mudanças de brilho em seis anãs marrons durante mais de um ano, observando cada uma completando 32 rotações. À medida que uma anã marron gira, as suas nuvens movem-se para dentro e para fora do hemisfério observado telescopicamente, provocando mudanças no brilho da anã marron. Os cientistas então analisaram estas variações de brilho a fim de explorar como as nuvens de silicato estão distribuídas nas anãs marrons.

Os pesquisadores esperavam que estas anãs marrons tivessem tempestades elípticas parecidas com a Grande Mancha Vermelha de Júpiter, provocadas por zonas de alta pressão. A Grande Mancha Vermelha existe em Júpiter há centenas de anos e muda muito devagar: estas "manchas" não podiam explicar as rápidas mudanças de brilho que os cientistas viram ao observar estas anãs marrons. Os níveis de brilho das anãs marrons variaram acentuadamente apenas ao longo de um dia terrestre.

Para perceber os altos e baixos do brilho, os cientistas tiveram que repensar os seus pressupostos sobre o que acontecia nas atmosferas das anãs marrons. O melhor modelo para explicar as variações envolve ondas grandes, propagando-se pela atmosfera com períodos diferentes. Estas ondas fariam com que as estruturas das nuvens girassem com diferentes velocidades em bandas diferentes.

Theodora Karalidi, pesquisadora da Universidade do Arizona, usou um supercomputador e um novo algoritmo para produzir mapas de como as nuvens viajam nestas anãs marrons.

"Quando os picos das duas ondas não estão em sintonia, ao longo do dia existem dois picos de brilho máximo," afirma Karalidi. "Quando as ondas estão em sincronia, obtemos um pico grande, tornando a anã marron duas vezes mais brilhante do que com uma única onda."

Os resultados explicam o comportamento intrigante e as mudanças de brilho observadas anteriormente. O próximo passo é tentar entender melhor o que faz com que as ondas comandem o comportamento das nuvens.

O estudoforam foi divulgado na revista Science.

Fonte: University of Arizona

Descoberto dois planetas flutuando livremente?

Um objeto grande e flutuante  anteriormente identificado como um análogo à Júpiter revela-se como sendo dois objetos. Este sistema é o binário de menor massa que já descoberto.

© Gemini Observatory/Jon Lomberg (sistema binário de baixa massa)

As anãs marrons representam a extremidade inferior do espectro de massa estelar, com massas muito baixas para fundir hidrogênio (tipicamente abaixo de 75 a 80 massas de Júpiter). Observar estes objetos proporciona uma oportunidade única de aprender sobre a evolução estelar e os modelos atmosféricos, mas para entender corretamente estas observações é necessário determinar as massas e as idades dos astros.

As anãs marrons esfriam continuamente à medida que envelhecem, o que cria uma degeneração observacional: anãs de diferentes massas e idades podem ter a mesma luminosidade, dificultando a inferir suas propriedades físicas das observações.

Este problema pode ser resolvido com uma medida independente das massas das anãs. Uma abordagem é encontrar anãs marrons que são membros de associações estelares próximas chamadas "grupos em movimento". As estrelas dentro da associação compartilham a mesma idade aproximada, então a idade de uma anã marrom pode ser estimada com base nas idades de outras estrelas do grupo.

Recentemente, uma equipe de cientistas liderada por William Best, da Universidade do Havaí, acompanhava este objeto: a anã 2MASS J11193254-1137466, possivelmente um membro da associação estelar TW Hydrae. Com a ajuda da poderosa óptica adaptativa no telescópio Keck II no Havaí, a equipe descobriu que este objeto semelhante a Júpiter eram dois objetos de fluxo igual orbitando um ao outro.

Para saber mais sobre este binário incomum, Best e colaboradores começaram usando propriedades observadas como a posição do céu, movimento apropriado e velocidade radial para estimar a probabilidade de que 2MASS J11193254-1137466AB seja membro da associação estelar TW Hydrae. A probabilidade encontrada foi de cerca de 80% de pertencer a este grupo.

Sob este pressuposto, os pesquiadores usaram a distância ao grupo, cerca de 160 anos-luz, para estimar que a separação do binário é de aproximadamente 3,9 UA. A participação assumida na associação estelar TW Hydrae também fornece a idade do binário: cerca de 10 milhões de anos. Isso permitiu estimar as massas e as temperaturas efetivas dos componentes a partir de luminosidades e modelos evolutivos.

A equipe descobriu que cada componente tem cerca de 3,7 massas de Júpiter, colocando-os na região difusa entre planetas e estrelas. Enquanto a União Astronômica Internacional  (IAU) considera que os objetos abaixo da massa mínima para fundir o deutério (cerca de 13 massas de Júpiter) são planetas, outras definições variam, dependendo de fatores como composição, temperatura e formação. Os pesquisadores descrevem o binário como constituído por dois objetos de massa planetária.

Independentemente da sua definição, 2MASS J11193254-1137466AB se qualifica como o binário de menor massa descoberto até à data. As massas individuais dos componentes também os colocam entre as anãs marrons de baixa massa que flutuam livremente. Portanto, este sistema será um ponto de referência crucial para testes de modelos evolutivos e atmosféricos para estrelas de baixa massa no futuro.

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal.

Fonte: American Astronomical Society

As anãs marrons são tão abundantes quanto as demais estrelas

Parece que, para cada estrela que acende, pode haver uma estrela fracassada.

© U. York (RCW 38 e estrelas anãs marrons)

Você pode detectar as anãs marrons? Esta imagem da RCW 38, que é uma região formadora de estrelas, mostra várias anãs marrons candidatas encontradas em um estudo recente, o que sugere que pode haver tantas estrelas fracassadas quanto as de sucesso na Via Láctea.

Este estudo de pesquisadores internacionais, incluindo cientistas da Universidade de York, descobriu que a Via Láctea pode abrigar 100 bilhões de anãs marrons, o que corresponde à contagem projetada de 100 bilhões de estrelas em nossa galáxia.

Uma anã marrom é uma chamada estrela fracassada porque nunca se acende de forma a fundir hidrogênio em hélio, o que cria os motores quentes e brilhantes que conhecemos como estrelas. Em vez disso, anãs marrons fundem o hidrogênio em isótopos mais pesados ​​como o deutério. Elas geralmente são objetos gasosos de cerca de 13 massas de Júpiter ou acima, e formam-se como estrelas em vez de planetas. Nota-se que a maioria dos planetas começa como um corpo rochoso antes de reunir envelopes de gás.

Os pesquisadores realizaram uma extensa pesquisa no RCW 38, um aglomerado de formação de estrelas ultradenso localizado a cerca de 5.500 anos-luz de distância. A maioria das estrelas que se formam na região vivem rapidamente, ganham massa e morrem jovens em uma explosão de supernova. Mas dentro do aglomerado, os pesquisadores encontraram a mesma proporção de anãs marrons que em outros cinco aglomerados inspecionados em 2006, muitos sem as mesmas condições extremas que o RCW 38. Em outras palavras, parece haver uma distribuição bastante uniforme de anãs marrons através da galáxia, independentemente do meio circundante.

A mínima estimativa é que existem 25 bilhões de anãs marrons na galáxia. Mas porque as anãs marrons são difíceis de serem detectadas, onde algumas são frígidas e não emitem nada, este número pode ser maior. O terceiro sistema estelar mais próximo da Terra, Luhman 16, é composto por duas anãs marrons. Apesar de estarem a apenas 6,5 anos-luz de distância, o par não havia sido descoberto até 2013. De fato, das 40 estrelas mais próximas, 15 são anãs marrons e todas, exceto uma, foram descobertas neste século.

Estudos adicionais de anãs marrons e estrelas de baixa massa poderiam ajudar a determinar o que faz com que algumas estrelas prosperem e outras falhem.

Um artigo sobre o estudo do aglomerado estelar RCW 38 foi submetido ao periódico Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Fonte: Astronomy

Uma anã marrom orbitando uma estrela anã branca

As estrelas acabam alcançando a velhice e tornando-se anãs brancas. E algumas nem sequer são afortunadas o suficiente para nascer, tornando-se uma classe de estrelas fracassadas, conhecidas como anãs marrons.

© ESO (ilustração de uma anã marrom orbitando uma estrela anã branca)

Os astrônomos apesar de estarem familiarizados com estes objetos, certamente não esperavam encontrar exemplos de ambos em um único sistema de estrelas!

Um novo estudo, usando dados do telescópio espacial Kepler, descobriu um sistema binário consistindo de uma estrela falhada (uma anã marrom) e o remanescente de uma estrela (uma anã branca).

A equipe que fez a descoberta foi composta por pesquisadores do Kavli Institute for Astrophysics and Space Research do Massachusetts Institute of Technology (MIT), do Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), do Exoplanet Research Institute (iREx) e do Ames Research Center da NASA.

Originalmente, a anã branca foi identificada pelo Sloan Digital Sky Survey (SDSS), designada como WD1202-024, e foi considerada uma estrela solitária. No entanto, ao examinar as curvas de luz das estrelas que foram pesquisadas pela missão K2, o Dr. Saul Rappaport (MIT) e Andrew Vanderburg (CfA) notaram uma queda curiosa em seu brilho.

Considerando que os trânsitos de exoplanetas são conhecidos por provocar pequenos mergulhos em brilho, a curva de luz neste caso mostrou eclipses particularmente profundos e largos. Além disso, entre estes eclipses, houve mudanças de brilho que pareciam ser devidas à componente fria, isto é, a anã marrom, sendo iluminada pela anã branca muito mais quente. Isso também foi inesperado, pois indicava que o objeto em trânsito era bastante grande.

  A equipe elaborou um modelo baseado em dados obtidos da missão K2, da pesquisa SDSS e do telescópio Magellan de 6,5 m. Eles também usaram dados de cinco telescópios terrestres diferentes em três continentes, que incluíam telescópios de 36 cm e 80 cm operados por amadores no Arizona, o telescópio de 1 m no Observatório Astronômico Sul-Africano e o telescópio de 1,6 m em Observatório de Mont-Megantic (OMM) em Quebec.

A partir destes dados combinados, foi deduzido que as observações eram consistentes com uma anã branca quente de 0,4 massa solar sendo eclipsada por uma companheira anã marrom de 0,067 massa solare. Eles também determinaram que estes dois objetos, que são vistos quase próximos, orbitam entre si  com um período de apenas 71 minutos e 12 segundos, o que resulta em uma velocidade de cerca de 100 km/s.

Os astrônomos usaram modelos de computador sofisticados para simular a formação e evolução do WD1202-024. De acordo com seu cenário, o sistema primordial consistiu em uma estrela de massa solar de 1,25 e uma anã marrom que estava em uma órbita de 150 dias uma com a outra. À medida que a estrela envelhecia, começou a se expandir, tornando-se um gigante vermelha que eventualmente conduziu a anã marrom em uma órbita muito mais próxima.

Além disso, os cálculos mostraram que o par primordial deve ter se formado cerca de 3 bilhões de anos atrás, e em menos de 250 milhões de anos, a anã branca começou a canibalizar a anã marrom. Neste ponto, a anã marrom provavelmente será puxada para fora e formará um disco circunstelar em torno da anã branca, da qual irá acumular lentamente o material.

Quando isso acontece, o binário começará a mostrar os sinais de uma variável cataclísmica (CV), que inclui uma curva luminosa cintilante. E no final, é provável que todo o sistema produza um explosão cataclísmica, como uma supernova tipo Ia. Também deve notar-se que este período de 250 anos é a variável pré-cataclísmica mais curta de qualquer sistema binário já descoberto, tornando este achado ainda mais uma raridade.

Os resultados deste estudo foram apresentados na 230ª Reunião da American Astronomical Society. O estudo que descreve suas descobertas, intitulado "WD 1202-024: The Shortest-Period Pre-Cataclysmic Variable", foi recentemente publicado nas Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Fonte: Bishop's University

O rodopio de duas anãs marrons

Esta série de pontos com diferentes distâncias entre eles mostra o rodopio lento de duas anãs marrons.

© Hubble (oscilação das anãs marrons do sistema Luhman 16AB)

A imagem é uma sequência de 12 imagens feitas ao longo de três anos com o telescópio espacial Hubble. Usando astrometria de alta precisão, uma equipe liderada por astrônomos italianos rastreou os dois componentes do sistema enquanto eles se moviam juntos pelo céu.

O sistema observado, Luhman 16AB, está apenas a cerca de seis anos-luz de distância e é o terceiro sistema estelar mais próximo da Terra, depois do sistema estelar triplo Alpha Centauri e Estrela de Barnard. Apesar de sua proximidade, Luhman 16AB só foi descoberto em 2013 pelo astrônomo Kevin Luhman. As duas anãs marrons que compõem o sistema, Luhman 16A e Luhman 16B, se orbitam a uma distância de apenas três vezes a distância entre a Terra e o Sol, e estas observações são uma vitrine para a precisão e alta resolução do Hubble.

Os astrônomos que usaram o Hubble para estudar Luhman 16AB não só estavam interessados ​​na valsa das duas anãs marrons, mas também estavam procurando por um terceiro parceiro invisível. As observações anteriores com o Very Large Telescope (VLT) do ESO indicaram a presença de um exoplaneta no sistema. A equipe queria verificar esta afirmação, analisando o movimento das anãs marrons em grande detalhe durante um longo período de tempo, mas os dados do Hubble mostraram que as duas anãs marrons estão realmente sozinhas, sem perturbar um companheiro planetário massivo.

Fonte: ESA