Analisando atmosferas exoplanetárias

Observações de arquivo de 25 Júpiteres quentes foram analisadas por uma equipe internacional de astrônomos, permitindo-lhes responder a cinco questões em aberto importantes para a nossa compreensão das atmosferas exoplanetárias.

© ESA/Hubble/N. Bartmann (atmosferas exoplanetárias)

Entre outros achados, foi descoberto que a presença de óxidos e hidretos metálicos nas atmosferas exoplanetárias mais quentes estava claramente correlacionada com o fato de as atmosferas estarem termicamente invertidas.

Até agora, a maior parte da pesquisa sobre a caracterização de exoplanetas tem sido direcionada para a modelagem. Este novo trabalho, liderado por pesquisadores da University College London (UCL), utilizou a maior quantidade de dados de arquivo alguma vez examinados num único levantamento de atmosferas exoplanetárias para analisar as atmosferas de 25 exoplanetas. A maioria dos dados provém de observações feitas com o Telescópio Espacial Hubble. 

Os pesquisadores estudaram o que o H-, que é um íon negativo de hidrogênio que foi formado pela dissociação de uma molécula como o H2 (hidrogênio) ou H2O (água). Estas moléculas separam-se a temperaturas muito elevadas, a mais de 2.227º C. Além do H-, foram estudados certos metais que fornecem detalhes sobre a química e circulação das atmosferas exoplanetárias e sobre a formação planetária.

Foram analisados Júpiteres quentes, com a intenção de identificar tendências dentro da sua população de amostras que possam fornecer uma visão mais geral das atmosferas exoplanetárias. A pesquisa explorou uma enorme quantidade de dados de arquivo, consistindo em 600 horas de observações do telescópio espacial Hubble, que complementaram com mais de 400 horas de observações pelo telescópio espacial Spitzer.

Os dados continham eclipses para todos os 25 exoplanetas e trânsitos para 17 deles. Um eclipse ocorre quando um exoplaneta passa atrás da sua estrela do ponto de vista da Terra, e um trânsito ocorre quando um planeta passa em frente da sua estrela. Tanto os dados dos eclipses como os dados dos trânsitos podem fornecer informações cruciais sobre a atmosfera de um exoplaneta.

O levantamento em grande escala produziu resultados, possibilitando identificar algumas tendências e correlações claras entre as composições atmosféricas e o comportamento observado. Algumas das principais descobertas relacionavam-se com a presença ou ausência de inversões térmicas nas atmosferas da sua amostra de exoplanetas. Uma inversão térmica é um fenômeno natural onde a atmosfera de um planeta ou exoplaneta não arrefece de forma estável com o aumento da altitude, mas em vez disso inverte do arrefecimento para o aquecimento a uma altitude mais elevada. Pensa-se que as inversões térmicas ocorrem devido à presença de certas espécies metálicas na atmosfera. Por exemplo, a atmosfera da Terra tem uma inversão atmosférica que se deve à presença do ozônio (O3). 

Foi constatado que quase todos os exoplanetas com atmosfera termicamente invertida eram extremamente quentes, com temperaturas superiores a 2.000 Kelvin. É importante notar que isto é suficientemente quente para que as espécies metálicas TiO (óxido de titânio), VO (óxido de vanádio) e FeH (hidreto de ferro) sejam estáveis numa atmosfera. Dos exoplanetas com inversões térmicas, verificou-se que quase todos tinham H-, TiO, VO ou FeH nas suas atmosferas. É sempre um desafio tirar inferências de tais resultados, porque a correlação não implica necessariamente causalidade. No entanto, a equipe foi capaz de propor um argumento convincente para que a presença de H-, TiO, VO ou FeH pudesse levar a uma inversão térmica, pois todas estas espécies metálicas absorvem muito eficazmente a luz estelar. 

Pode ser que as atmosferas exoplanetárias suficientemente quentes para sustentar estes elementos tendam a ser termicamente invertidas, pois absorvem tanta luz estelar que as suas atmosferas superiores aquecem ainda mais. Por outro lado, a equipe também descobriu que os Júpiteres quentes mais frios (com temperaturas inferiores a 2.000 K e, portanto, sem H-, TiO, VO ou FeH nas suas atmosferas) quase nunca tiveram atmosferas termicamente invertidas. 

Um aspeto significativo desta investigação foi que a equipe conseguiu utilizar uma grande amostra de exoplanetas e uma quantidade extremamente grande de dados para determinar tendências, que podem ser utilizadas para prever o comportamento em outros exoplanetas. Isto é extremamente útil, porque proporciona uma visão de como os planetas se podem formar e também porque permite que outros astrônomos planejem mais eficazmente observações futuras. 

Uma melhor compreensão das populações de exoplanetas poderia também aproximar-nos da resolução de mistérios em aberto sobre o nosso próprio Sistema Solar. Muitas questões como as origens da água na Terra, a formação da Lua e as diferentes histórias evolutivas da Terra e de Marte, ainda estão por resolver apesar da nossa capacidade em obter medições localmente. 

Um artigo foi publicado no periódico Astrophysical Journal Supplement Series. 

Fonte: ESA

Buracos negros aniquilam milhares de estrelas para estimular crescimento

Um novo levantamento de mais de 100 galáxias pelo observatório de raios X Chandra da NASA revelou sinais de que buracos negros estão demolindo milhares de estrelas numa tentativa de ganhar massa.

© Chandra/Hubble (galáxias NGC 1385, NGC 1566, NGC 3344 e NGC 6503)

As quatro galáxias vistas na imagem estão entre as 29 galáxias da amostra que mostraram evidências do crescimento de buracos negros perto dos seus centros. Os raios X do Chandra (em azul) foram sobrepostos em imagens ópticas, pelo telescópio espacial Hubble, das galáxias NGC 1385, NGC 1566, NGC 3344 e NGC 6503. Os quadros destacam a localização dos buracos negros em crescimento.

Estes novos resultados sugerem um percurso algo violento para que pelo menos alguns destes buracos negros atinjam o seu tamanho atual, destruição estelar numa escala que raramente ou nunca foi vista antes. 

Os astrônomos fizeram estudos detalhados de duas classes distintas de buracos negros. A variedade menor são os buracos negros de "massa estelar", que tipicamente têm massas de 5 a 30 vezes a massa do Sol. No outro lado do espectro estão os buracos negros supermassivos que vivem no meio da maioria das grandes galáxias, que têm milhões ou mesmo bilhões de massas solares.

Nos últimos anos, também foram encontradas evidências de que existe uma classe chamada "buracos negros de massa intermediária". O novo estudo do Chandra poderia explicar como tais buracos negros de massa intermediária são produzidos através do crescimento violento de buracos negros de massa estelar. A chave para fazer buracos negros de massa intermediária pode ser o seu ambiente.

Esta última pesquisa analisou aglomerados estelares muito densos nos centros de galáxias. Com estrelas tão próximas umas das outras, muitas passarão dentro da atração gravitacional de buracos negros nos centros dos aglomerados. 

O trabalho teórico da equipe implica que se a densidade de estrelas num aglomerado, ou seja, o número comprimido num determinado volume, estiver acima de um valor limiar, um buraco negro de massa estelar no centro do aglomerado sofrerá um crescimento rápido à medida que puxa, desfaz e ingere as abundantes estrelas vizinhas em íntima proximidade.

Dos aglomerados estelares do novo estudo do Chandra, os que tinham densidade acima deste limiar tinham cerca do dobro de buracos negros em crescimento do que os que estavam abaixo deste limiar de densidade. O limiar de densidade depende também da rapidez com que as estrelas nos aglomerados estão se movendo. 

O processo sugerido pelo estudo do Chandra mais recente pode ocorrer em qualquer momento da história do Universo, implicando que os buracos negros de massa intermediária podem formar-se bilhões de anos após o Big Bang, até nos dias de hoje.

O artigo que descreve estes resultados foi aceito para publicação no periódico The Astrophysical Journal. Também está disponível online. 

Fonte: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics

Hubble espia uma galáxia difusa tênue

A galáxia ultradifusa GAMA 526784 aparece como um tênue pedaço de luz nesta imagem do telescópio espacial Hubble.

© Hubble (GAMA 526784)

Este objeto fino reside na constelação de Hydra, a cerca de quatro bilhões de anos-luz da Terra. 

As galáxias ultradifusas, como GAMA 526784, possuem várias peculiaridades. Por exemplo, seu conteúdo de matéria escura pode ser extremamente baixo ou extremamente alto; as galáxias ultradifusas foram observadas com uma quase completa falta de matéria escura, enquanto outras consistem em quase nada além de matéria escura. Outra estranheza dessa classe de galáxias é sua abundância anômala de aglomerados globulares brilhantes, algo não observado em outros tipos de galáxias. 

O telescópio espacial Hubble captou a GAMA 526784 com a Advanced Camera for Surveys (ACS), que foi instalada em 2002 por astronautas durante a Hubble Servicing Mission 3B. Desde então, o instrumento desempenhou um papel fundamental em alguns dos resultados científicos mais impressionantes do Hubble, incluindo a exploração do Hubble Ultra Deep Field. A ACS também fotografou Plutão antes da missão New Horizon, observou lentes gravitacionais gigantescas e encontrou galáxias totalmente formadas no início do Universo.

Esta imagem vem de um conjunto de observações do Hubble projetadas para esclarecer as propriedades das galáxias ultradifusas. A visão aguçada do Hubble permitiu que os astrônomos estudassem a galáxia GAMA 526784 em alta resolução em comprimentos de onda ultravioleta, ajudando a avaliar os tamanhos e idades das regiões compactas de formação de estrelas.

Fonte: ESA

Micronova: um novo tipo de explosão estelar

Com o auxílio do Very Large Telescope (VLT) do Observatório Europeu do Sul (ESO), uma equipe de astrônomos observou um novo tipo de explosão estelar: uma micronova.

© ESO (ilustração de uma micronova)

Estas explosões acontecem na superfície de certas estrelas e podem queimar cerca de 3,5 bilhões de Grandes Pirâmides de Gizé de material estelar em apenas algumas horas.

O fenômeno desafia o nosso entendimento de como é que as explosões termonucleares ocorrem nas estrelas. Esta descoberta propõe um modo completamente novo deste fenômeno acontecer. 

As micronovas são eventos extremamente poderosos, mas são pequenas em escalas astronômicas; são muito menos energéticas que as explosões estelares conhecidas como novas, as quais são conhecidas há séculos. Ambos os tipos de explosões ocorrem em anãs brancas, estrelas “mortas” com uma massa comparável à do nosso Sol, mas tão pequenas como o Terra em termos de tamanho, o que significa que são objetos muito densos. 

Uma anã branca em um sistema de duas estrelas pode "roubar" material, principalmente hidrogênio, de sua estrela companheira se estiverem próximas o suficiente. À medida que este gás vai caindo na superfície muito quente da estrela anã branca, os átomos de hidrogênio vão se fundindo em hélio de forma bastante explosiva. Nas novas, estas explosões termonucleares ocorrem em toda a superfície estelar. Tais detonações fazem com que toda a superfície da anã branca arda e brilhe intensamente durante várias semanas. As micronovas são explosões semelhantes, mas menores em escala e mais rápidas, durando apenas algumas horas. Ocorrem em algumas anãs brancas com campos magnéticos fortes, onde o material é encaminhado em direção aos polos magnéticos da estrela.

Foi visto pela primeira vez que a fusão do hidrogênio também se pode dar de maneira localizada. O hidrogênio fica contido na base dos polos magnéticos de algumas anãs brancas, de tal maneira que a fusão ocorre apenas nestes polos magnéticos. 

As explosões nas micronovas podem queimar cerca de 20 quintilhões de kg! Isto é cerca de 3,5 bilhões de Grandes Pirâmides de Gizé, de material. O peso da Grande Pirâmide de Gizé no Cairo, Egito (também conhecida por Pirâmide de Khufu ou Pirâmide de Quéops) é cerca de 5,9 bilhões kg.

Os astrônomos se depararam com estas misteriosas explosões ao analisar dados do satélite TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) da NASA. A equipe observou três micronovas com o TESS: duas em anãs brancas conhecidas e uma terceira que necessitou de mais observações, colectadas com o instrumento X-shooter montado no VLT, para se confirmar que se tratava também de uma anã branca.

A descoberta de micronovas aumenta o repertório de explosões estelares conhecidas. A equipe quer agora captar mais destes eventos elusivos, o que requer rastreios de larga escala e medições rápidas de acompanhamento. Uma resposta rápida de telescópios como o VLT ou o New Technology Telescope do ESO e o conjunto de instrumentos disponíveis permitirão desvendar com mais detalhes o que são estas misteriosas micronovas.

Esta pesquisa foi apresentada num artigo publicado na revista Nature, intitulado "Localised thermonuclear bursts from accreting magnetic white dwarfs". Uma carta de acompanhamento, intitulada "Triggering micronovae through magnetically confined accretion flows in accreting white dwarfs" foi aceita para publicação no periódico Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Fonte: ESO

Algumas estrelas gigantes vermelhas apresentam perda de peso

Astrônomos da Universidade de Sydney encontraram pela primeira vez um tipo menos massivo de estrela gigante vermelha.

© NASA/M. Weiss (estrela gigante vermelha transfere massa para anã branca)

Estas estrelas sofreram uma dramática perda de peso, possivelmente devido a uma companheira estelar gananciosa. A descoberta é um passo importante para compreender a vida das estrelas na Via Láctea, as nossas vizinhas mais próximas. 

Existem milhões de estrelas gigantes vermelhas na nossa Galáxia. Estes objetos luminosos e menos quentes são o que o nosso Sol se tornará dentro de quatro bilhões de anos. Há já algum tempo que os astrônomos preveem a existência de gigantes vermelhas menos massivas. Depois de terem encontrado cerca de 40 gigantes vermelhas menos massivas, escondidas num mar de gigantes normais, a equipe da Universidade de Sydney pode finalmente confirmar a sua existência. Estas gigantes vermelhas são menores em tamanho ou menos massivas do que as gigantes vermelhas normais.

Como e porque é que emagreceram? A maioria das estrelas no céu pertencem a sistemas binários, ou seja, duas estrelas ligadas gravitacionalmente uma à outra. Quando as estrelas em binários íntimos incham, à medida que as estrelas envelhecem, algum material pode alcançar a esfera gravitacional da sua companheira e ser sugado.

A equipe analisou dados de arquivo do telescópio espacial Kepler da NASA. De 2009 a 2013, o telescópio registou continuamente variações de luminosidade em dezenas de milhares de gigantes vermelhas. Utilizando este conjunto de dados incrivelmente preciso e grande, foi realizado um censo minucioso desta população estelar, fornecendo as bases para detectar tais objetos. 

Foram revelados dois tipos incomuns de estrelas: gigantes vermelhas de massa muito baixa e gigantes vermelhas subluminosas (de brilho inferior). As estrelas de massa muito baixa têm apenas 0,5 a 0,7 massas solares, cerca de metade da massa do nosso Sol. Se as estrelas de massa muito baixa não tivessem perdido massa de repente, as suas massas indicariam que eram mais velhas do que a idade do Universo, caracterizando uma impossibilidade. As estrelas subluminosas, por outro lado, têm massas normais, que vão de 0,8 a 2,0 massas solares. Contudo, são mais tênues, por isso são subluminosas em comparação com as gigantes vermelhas normais. Apenas foram encontradas sete estrelas subluminosas, sendo possível que muitas mais estão escondidas na amostra.

Estes pontos de dados incomuns não podiam ser explicados por simples expectativas da evolução estelar. Isto levou os pesquisadores a concluir que outro mecanismo deve estar em ação, forçando estas estrelas a sofrer uma dramática perda de peso: o roubo de massa por estrelas próximas.

Os astrônomos apoiaram-se na asterosismologia - o estudo das vibrações estelares - para determinar as propriedades das gigantes vermelhas. Os métodos tradicionais para estudar uma estrela estão limitados às suas propriedades de superfície, por exemplo, a temperatura e luminosidade da superfície. Em contraste, a asterosismologia, que utiliza ondas sonoras, estuda o que está abaixo. As ondas penetram o interior estelar, fornecendo informações ricas sobre outra dimensão.

Os pesquisadores conseguiram determinar com precisão as fases evolutivas, massas e tamanhos das estrelas com este método. E quando olharam para as distribuições destas propriedades, algo fora do comum foi imediatamente visto: algumas estrelas têm massas pequenas ou tamanhos pequenos.

A descoberta foi publicada na Nature Astronomy.

Fonte: University of Sydney

Encontrado estranho círculo de rádio no espaço

Astrônomos captaram um objeto espacial raro e misterioso, incitando um esforço renovado para descobrir sua origem.

© MeerKAT (ORC1)

Os Círculos de Rádio Excêntricos (ORCs, em inglês) são enormes anéis de ondas de rádio. Apenas cinco já foram observados, e nunca em tantos detalhes. A imagem do círculo de rádio J2103-6200, também chamado ORC1, foi captada pelo radiotelescópio de alta resolução MeerKAT, na África do Sul, e forneceu aos astrônomos informações sem precedentes sobre estes fenômenos raros.

Os novos dados de rádio do MeerKAT mostram que o grande círculo externo do ORC1 pode ter mais de um milhão de anos-luz de diâmetro, ou seja, dez vezes o diâmetro da Via Láctea, com uma série de anéis menores no interior.

Os primeiros três ORCs, incluindo ORC1, foram descobertos usando o telescópio australiano Square Kilometre Array Pathfinder (ASKAP) em 2019. Um quarto foi identificado nos dados de arquivo do Radiotelescópio Gigante MetreWave, na Índia, em 2013, e um quinto foi descoberto por Koribalski em novos dados do ASKAP ano passado.

A maioria dos ORCs possui uma galáxia em seu centro, sugerindo que ela pode estar associada com seu surgimento. Cientistas também estão intrigados com o fato de que os ORCs foram observados apenas no espectro do rádio, e não foram detectados por telescópios ópticos ou de raios X. Pesquisadores propuseram três teorias para explicar a origem dos ORCs. A primeira é que eles são criados por uma onda de choque no centro de sua galáxia, de forma semelhante ao que acontece quando dois buracos negros supermassivos se unem. A segunda teoria é que eles são resultado de atividades de um núcleo ativo de galáxia, com emissões em jato de rádio lançando partículas para criar a forma do ORC. A terceira teoria é que os ORCs são carapaças geradas por uma região de intenso nascimento de estrelas no centro de suas galáxias.

Os ORCs até agora detectados foram encontrados principalmente com o ASKAP, devido a seu enorme campo de visão. Radiotelescópios geralmente são capazes de ver uma área do tamanho da Lua, enquanto o ASKAP pode escanear regiões 100 vezes maiores. Quando o ASKAP encontrou o ORC1, o MeerKAT foi usado para examiná-lo em mais detalhes, pois sua maior resolução provém uma imagem de rádio com muito mais definição. 

Outros radiotelescópios de alta resolução ao redor do mundo provavelmente apontarão para estes objetos, particularmente quando a próxima geração destes instrumentos começar a operar nos próximos anos. Entre estes está o Square Kilometre Array, que terá milhares de antenas entre suas duas instalações na Austrália e na África do Sul, e o Very Large Array da próxima geração, nos Estados Unidos.

Um artigo sobre o assunto será publicado no periódico Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Fonte: Scientific American

Detectado precursor de buraco negro supermassivo

Uma equipe internacional de astrônomos, utilizando dados de arquivo do telescópio espacial Hubble e outros observatórios espaciais e terrestres, descobriram um objeto único no Universo distante e primitivo que é uma ligação especial entre as galáxias formadoras de estrelas e o aparecimento dos primeiros buracos negros supermassivos.

© ESA (ilustração do buraco negro GNz7q)

Este objeto é o primeiro do seu gênero a ser descoberto tão cedo na história do Universo e tem passado despercebido numa das áreas mais bem estudadas do céu noturno. Os astrônomos têm lutado para compreender o aparecimento de buracos negros supermassivos no início do Universo desde que estes objetos foram descobertos a distâncias correspondentes a um período apenas 750 milhões de anos após o Big Bang.

O rápido crescimento de buracos negros em galáxias empoeiradas e com formação estelar precoce está previsto por teorias e simulações de computador, mas até agora não tinham sido observados. Agora, porém, os astrônomos relataram a descoberta de um objeto, denominado GNz7q, que se pensa ser o primeiro buraco negro de crescimento muito rápido a ser encontrado no início do Universo.

Os dados de arquivo do instrumento ACS (Advanced Camera for Surveys) do Hubble ajudaram a equipe a estudar a emissão ultravioleta do disco de acreção do buraco negro e a determinar que GNz7q existiu apenas 750 milhões de anos após o Big Bang.

As teorias atuais preveem que os buracos negros supermassivos começam a sua vida nos núcleos envoltos em poeira de galáxias "starburst" (com formação estelar explosiva), antes de expulsarem o gás e a poeira circundantes e de emergir como quasares extremamente luminosos. Embora sejam extremamente raros, foram detectados exemplos tanto de galáxias "starburst" poeirentas como de quasares luminosos no início do Universo.

Os astrônomos pensam que GNz7q pode ser o "elo que falta" entre estas duas classes de objetos.  O GNz7q proporciona uma ligação direta entre estas duas raras populações e proporciona uma nova via para compreender o rápido crescimento de buracos negros supermassivos nos primeiros dias do Universo. 

Apesar de outras interpretações dos dados não poderem ser completamente excluídas, as propriedades observadas de GNz7q estão em forte concordância com as previsões teóricas. A galáxia hospedeira de GNz7q está formando estrelas a um ritmo de 1.600 massas solares por ano (isto não quer dizer que se formam 1.600 estrelas parecidas com o Sol por ano, mas uma variedade de estrelas com massas diferentes que totalizam 1600 vezes a massa do nosso Sol) e o próprio GNz7q aparece muito brilhante no ultravioleta, mas muito tênue em raios X. A equipe interpretou isto, juntamente com o brilho infravermelho da galáxia hospedeira, para sugerir que abriga um buraco negro de crescimento rápido ainda obscurecido pelo núcleo poeirento do seu disco de acreção no centro da galáxia hospedeira.

Para além da importância de GNz7q para a compreensão das origens dos buracos negros supermassivos, esta descoberta é notável pela sua localização no campo GOODS (Great Observatories Origins Deep Survey) North do Hubble, uma das áreas mais escrutinadas do céu noturno.

A descoberta de GNz7q, escondido à vista de todos, só foi possível graças aos conjuntos de dados únicos e detalhados, em vários comprimentos de onda, disponíveis para o GOODS-North. Sem esta riqueza de dados, GNz7q teria sido fácil de ignorar, uma vez que lhe faltam as características distintas normalmente utilizadas para identificar os quasares no início do Universo. 

A equipe espera agora procurar sistematicamente objetos semelhantes utilizando levantamentos dedicados de alta resolução e tirar partido dos instrumentos espectroscópicos do telescópio espacial James Webb para estudar objetos como GNz7q com detalhes sem precedentes.

Um artigo foi publicado na revista Nature.

Fonte: ESA

Estudo revela a origem do planeta anão Ceres

Um estudo, que contou com a colaboração do astrônomo do Observatório Nacional (ON/MCTI), Dr. Rodney Gomes, revelou a origem do planeta anão Ceres, o maior objeto do Cinturão de Asteroides localizado entre Marte e Júpiter.

© ESO/L. Calçada (Ceres)

De acordo com os pesquisadores, o planeta anão foi formado na zona mais fria do Sistema Solar, que se estende além da órbita de Júpiter. Posteriormente, Ceres teria sido lançado para o Cinturão de Asteroides, onde permanece até hoje. 

O que levou os cientistas a essa conclusão foi a composição diferenciada de Ceres em relação aos objetos vizinhos. O planeta anão tem um formato aproximadamente esférico, com o núcleo sendo provavelmente composto de ferro e silicato. Seu diâmetro é de quase mil quilômetros, mas a massa de Ceres não é suficientemente grande para segurar, por atração gravitacional, uma atmosfera.

Contudo, o que realmente destaca Ceres dos demais objetos é seu manto de gelo de amônia e água, que evapora com a incidência da luz solar, formando uma névoa que se dispersa no exterior. Como a maioria dos corpos do cinturão não tem amônia, é provável que Ceres tenha sido formado fora do Cinturão, em uma órbita além de Saturno, onde a amônia era abundante. Depois, devido à instabilidade gravitacional provocada pela formação de Júpiter e Saturno, Ceres teria sido “puxado” para a zona média do Cinturão.

“A presença de gelo de amônia é uma forte evidência observacional de que Ceres possa ter sido formado na região mais fria do Sistema Solar, além da chamada Linha de Gelo, onde as temperaturas eram baixas o suficiente para ocorrer condensação e fusão de água e substâncias voláteis, como monóxido de carbono, dióxido de carbono e amônia,” afirmou o autor principal do estudo Rafael Ribeiro de Sousa, professor da Universidade Estadual Paulista (Unesp). 

Quando o Sistema Solar estava em formação, há cerca de 4,5 bilhões de anos, essa Linha Gel, que hoje está próxima da órbita de Júpiter, variou de posição, de acordo com a evolução do disco de gás protoplanetário (disco composto por 99% de gás e 1% de poeira). Mais precisamente, a perturbação gravitacional provocada pelo crescimento dos planetas pode ter alterado a densidade, a pressão e a temperatura do disco, deslocando a Linha de Gelo e fazendo com que planetas em crescimento migrassem para órbitas mais próximas do Sol.

Para chegar a esta conclusão, os cientistas realizaram simulações computacionais da fase de formação dos planetas gigantes, considerando as presenças de Júpiter, Saturno, embriões planetários (precursores de Urano e Netuno) e vários objetos similares em tamanho e composição química a Ceres. Nas simulações, eles verificaram que a fase de formação dos planetas gigantes caracterizou-se por colisões gigantescas entre os precursores de Urano e Netuno e pela ejeção de planetas para fora do Sistema Solar. Além disso, a perturbação gravitacional espalhou objetos similares a Ceres por toda a parte, sendo que alguns provavelmente alcançaram a região do Cinturão de Asteroides, adquirindo órbitas estáveis.

“Nosso principal resultado indica que, no passado, havia no mínimo 3.500 objetos do tipo Ceres, além da órbita de Saturno. E que, com esse número de objetos, nosso modelo mostrou que um deles conseguiu ser transportado e capturado no Cinturão de Asteroides, em uma órbita muito similar à órbita atual de Ceres,” destacou o professor Ribeiro de Sousa. 

O estudo, então, corrobora pesquisas anteriores que já haviam estimado o número de 3.500 objetos de tipo Ceres a partir da observação de crateras e de tamanhos de outras populações de astros situadas além de Saturno.

“Com nosso cenário, fomos capazes de confirmar tal número e explicar as propriedades orbitais e químicas de Ceres. Esse trabalho conta um ponto a favor dos modelos mais recentes de formação do Sistema Solar,” resume Ribeiro de Sousa.

O Cinturão de Asteroides é uma espécie de laboratório, pois guarda informações do que teria sido a evolução do Sistema Solar primitivo. “Nos primórdios do Sistema Solar, interagiam gravitacionalmente objetos maiores chamados proto-planetas e objetos menores, denominados planetesimais, pequenos corpos que, em se agregando, formariam os proto-planetas e finalmente os planetas. Nesse tempo ainda existia um disco de gás no qual esses corpos estavam imersos. Esse disco de gás teria tido um importante papel na estabilização final da órbita de Ceres,” disse Gomes. 

Quando os planetas já estavam praticamente formados, muitos dos planetesimais restantes, encontrando um meio menos denso, não conseguiram se aglutinar em corpos maiores e permaneceram no seu tamanho original. Hoje esses planetesimais são os chamados asteroides, que se encontram em sua maior parte entre as órbitas de Marte e Júpiter, como também os objetos transnetunianos, que se encontram além da órbita de Netuno.

“No entanto, os asteroides hoje apresentam composições químicas bastante variadas, sugerindo que tenham vindo de regiões diferentes. A maior parte teria tido sua origem na própria região asteroidal, muito embora nesta região tenha havido uma ‘mistura’ de objetos inicialmente em distâncias diferentes ao Sol. Contudo, alguns objetos, devido a sua composição de elementos mais voláteis, sugerem terem vindo de regiões mais afastadas do Sol e este seria o caso de Ceres," disse Gomes. 

"O trabalho liderado por Rafael Ribeiro de Souza tem justamente o objetivo de mostrar um caminho dinâmico pelo qual Ceres se deslocou de sua posição inicial além dos planetas gigantes até a sua posição atual dentro do Cinturão de Asteroides. Além disso, o estudo visa mostrar que esse caminho tem uma probabilidade significativa de ter ocorrido, sendo, portanto, uma hipótese provável. Minha contribuição foi principalmente orientar o Rafael no emprego de ferramentas estatísticas e sua interpretação a fim de avaliar a probabilidade da hipótese. Entre várias importâncias que esse trabalho pode ter, uma delas é dar mais uma comprovação do modelo primordial de formação e evolução do Sistema Solar primitivo. Também motiva a realização de um estudo mais amplo sobre a origem de outros asteroides de composição compatível com uma formação primordial além das órbitas originais dos planetas gigantes,” complementa Gomes.

Além de Ribeiro de Sousa e Rodney Gomes, também assinam o artigo o professor Ernesto Vieira Neto (UNESP) e pesquisadores da Université Côte d’Azur, na França; da Rice University e nos Estados Unidos. 

O estudo em questão será publicado em junho deste ano no periódico Icarus. 

Fonte: Observatório Nacional

Avistada a galáxia mais distante

Uma equipe internacional de astrônomos, incluindo pesquisadores do Harvard–Smithsonian Center for Astrophysics, avistou o objeto astronômico mais distante no momento: uma galáxia, denominada HD1, que está a cerca de 13,5 bilhões de anos-luz de distância.

© VISTA (galáxia HD1)

A equipe propõe duas ideias: a galáxia HD1 pode estar formando estrelas a um ritmo espantoso e possivelmente até é o lar de estrelas de População III, as primeiras estrelas do Universo; que, até agora, nunca foram observadas. Alternativamente, a galáxia HD1 pode conter um buraco negro supermassivo com cerca de 100 milhões de vezes a massa do nosso Sol. Outro detalhe: a galáxia HD1 é extremamente brilhante no ultravioleta (UV).

No início, os pesquisadores assumiram que HD1 era uma típica galáxia "starburst", uma galáxia que cria estrelas a um ritmo elevado. Mas depois de calcular quantas estrelas HD1 estava produzindo, obtiveram que HD1 estaria formando mais de 100 estrelas por ano! Isto é pelo menos 10 vezes mais do que o que esperamos para estas galáxias.

Foi aí que a equipe começou a suspeitar que HD1 poderia não estar formando estrelas normais e quotidianas. A primeira população de estrelas que se formaram no Universo eram mais massivas, mais luminosas e mais quentes do que as estrelas modernas.

Se for assumido que as estrelas produzidas em HD1 são estas primeiras, ou de População III, então as suas propriedades poderiam ser explicadas mais facilmente. De fato, as estrelas de População III são capazes de produzir mais luz UV do que estrelas normais, o que poderia clarificar a luminosidade ultravioleta extrema de HD1. No entanto, um buraco negro supermassivo poderia também explicar a luminosidade extrema de HD1. Ao absorver enormes quantidades de gás, podem ser emitidos fótons altamente energéticos pela região em torno do buraco negro. Se for esse o caso, seria de longe o mais antigo buraco negro supermassivo conhecido, observado muito mais próximo, no tempo, do Big Bang em comparação com o atual detentor do recorde.

A galáxia HD1 foi descoberta após mais de 1.200 horas de tempo de observação com o telescópio Subaru, o telescópio VISTA, o UKIRT (United Kingdom Infrared Telescope) e com o telescópio espacial Spitzer. 

"Foi muito difícil encontrar HD1 por entre mais de 700.000 objetos," diz Yuichi Harikane, astrônomo da Universidade de Tóquio, que descobriu a galáxia. "A cor vermelha de HD1 correspondia às características esperadas de uma galáxia a 13,5 bilhões de anos-luz de distância." 

A equipe realizou então observações de acompanhamento utilizando o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) para confirmar a distância, que é 100 milhões de anos-luz mais do que GN-z11, a atual detentora do recorde para galáxia mais distante. 

Utilizando o telescópio espacial James Webb, a equipe voltará em breve a observar HD1 para verificar a sua distância da Terra. Se os cálculos iniciais se revelarem corretos, HD1 será a galáxia mais distante e mais antiga registrada.

A desboberta foi descrita no periódico The Astrophysical Journal, e num artigo de acompanhamento publicado na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Fonte: Harvard–Smithsonian Center for Astrophysics

Variações surpreendentes nas temperaturas de Netuno

Uma equipe internacional de astrônomos analisou as temperaturas atmosféricas de Netuno e descobriu que existe uma queda surpreendente nas temperaturas globais de Netuno, seguida por um aquecimento dramático em seu polo sul.

© ESO/NAOJ (imagens térmicas de Netuno)

Os astrônomos estavam observando Netuno desde o início do seu verão austral e esperavam que as temperaturas fossem gradualmente subindo e não descendo. Tal como na Terra, existem estações em Netuno à medida que o planeta orbita em torno do Sol, com a diferença de que uma estação em Netuno dura cerca de 40 anos terrestres e um ano tem uma duração de 165 anos terrestres.

É verão no hemisfério sul de Netuno desde 2005 e os astrônomos estavam ansiosos para ver como as temperaturas variavam após o solstício de verão austral. Os astrônomos analisaram quase uma centena de imagens térmicas, em infravermelho, de Netuno, captadas durante um período de 17 anos, para compreenderem as tendências gerais na temperatura do planeta com mais detalhe do que o conseguido até hoje.

Os dados mostraram que, apesar do começo do verão austral, a maior parte do planeta esfriou gradualmente nas últimas duas décadas. A temperatura média global de Netuno caiu 8 °C entre 2003 e 2018. Os astrônomos ficaram surpresos ao descobrir um aquecimento dramático do polo sul de Netuno durante os últimos dois anos de suas observações, quando as temperaturas subiram rapidamente 11 °C entre 2018 e 2020. Embora o vórtice polar quente de Netuno seja conhecido há muitos anos, um aquecimento polar tão rápido nunca foi observado anteriormente no planeta. 

Os astrônomos mediram a temperatura de Netuno com o auxílio de câmaras térmicas, instrumentos que medem a radiação infravermelha emitida por objetos astronômicos. Para sua análise, a equipe combinou todas as imagens existentes de Netuno coletadas nas últimas duas décadas por telescópios terrestres. Foi analisada a radiação infravermelha emitida por uma camada da atmosfera de Netuno chamada estratosfera, o que permitiu esboçar um quadro da temperatura de Netuno e suas variações durante parte do seu verão austral. Como Netuno está a cerca de 4,5 bilhões de quilômetros de distância e é muito frio, a temperatura média do planeta chega a cerca de -220 °C, medir sua temperatura da Terra não é tarefa fácil. 

Este tipo de estudo só é possível graças a imagens infravermelhas sensíveis obtidas por grandes telescópios tais como o Very Large Telescope (VLT) do ESO, que consegue observar Netuno muito nitidamente. Cerca de um terço de todas as imagens foram obtidas pelo instrumento VISIR (VLT Imager and Spectrometer for mid-InfraRed) montado no VLT, no deserto chileno do Atacama. Devido ao tamanho do espelho do telescópio e à altitude, as imagens têm uma resolução muito elevada e uma grande qualidade, oferecendo as imagens mais nítidas de Netuno. A equipe utilizou também dados do telescópio espacial Spitzer da NASA e imagens obtidas com o telescópio Gemini Sul no Chile, assim como dos telescópios Subaru, Keck e Gemini Norte, todos instalados no Havaí. 

Como as variações de temperatura de Netuno foram tão inesperadas, os astrônomos ainda não sabem qual a sua origem. Poderão ser devidas a variações na química estratosférica de Netuno, ou padrões climáticos aleatórios ou até ao ciclo solar. Serão necessárias mais observações durante os próximos anos para explorar as razões destas flutuações.

Telescópios terrestres futuros, tais como o Extremely Large Telescope (ELT) do ESO, poderão observar variações de temperatura como estas com maior detalhe, enquanto o telescópio espacial James Webb fornecerá novos mapas das temperaturas e da química da atmosfera de Netuno.

Esta pesquisa foi publicada na revista The Planetary Science Journal. 

Fonte: ESO

Detectado maser poderoso em Nkalakatha

Um poderoso laser de ondas de rádio, chamado de "megamaser", foi observado pelo telescópio MeerKAT na África do Sul.

© SARAO (Telescópio MeerKAT)

A descoberta recorde é o megamaser mais distante de seu tipo já detectado, a cerca de cinco bilhões de anos-luz da Terra. A luz do megamaser viajou 58 sextilhões (58 seguidos de 21 zeros) quilômetros até a Terra. 

A descoberta foi feita por uma equipe internacional de astrônomos liderada pelo Dr. Marcin Glowacki, que trabalhou anteriormente no Instituto Interuniversitário de Astronomia Intensiva de Dados e na Universidade do Cabo Ocidental, na África do Sul, e agora está baseado na Universidade Curtin do Centro Internacional de Pesquisa em Radioastronomia (ICRAR) na Austrália Ocidental.

Os megamasers geralmente são criados quando duas galáxias colidem violentamente no Universo. Quando as galáxias colidem, o gás que elas contêm torna-se extremamente denso e pode disparar feixes de luz concentrados. Este é o primeiro megamaser de hidroxila deste tipo a ser observado pelo MeerKAT e o mais distante visto por qualquer telescópio até o momento. 

O objeto que quebrou o recorde foi chamado de "Nkalakatha", uma palavra isiZulu que significa “Grande Chefe”. O objeto está localizado próximo da Constelação de Órion, entre as estrelas Archernar e Aldebaran.

O megamaser foi detectado na primeira noite de uma pesquisa envolvendo mais de 3.000 horas de observações pelo telescópio MeerKAT. A equipe está usando o MeerKAT para observar regiões estreitas do céu extremamente profundas e medirá o hidrogênio atômico em galáxias do passado distante até agora.

A combinação de estudar masers de hidroxila e hidrogênio ajudará os astrônomos a entender melhor como o Universo evoluiu ao longo do tempo. Os astrônomos realizaram observações de acompanhamento do megamaser planejadas e esperam fazer muitas outras descobertas.

O MeerKAT é um instrumento precursor do Square Kilometer Array, uma iniciativa global para construir os maiores radiotelescópios do mundo na Austrália Ocidental e na África do Sul. 

Um artigo foi aceito para publicação no periódico The Astrophysical Journal Letters. 

Fonte: South African Radio Astronomy Observatory

Relação entre lua galileana e as emissões aurorais em Júpiter

No dia 8 de novembro de 2020, a nave espacial Juno da NASA voou através de um intenso feixe de elétrons, viajando desde Ganimedes, a maior lua de Júpiter, até à sua pegada auroral sobre o gigante gasoso.

© NASA/SwRI (feixe de elétrons de Ganimedes até Júpiter)

Cientistas do SwRI (Southwest Research Institute) utilizaram dados de instrumentos científicos da Juno para estudar a população de partículas viajando ao longo da linha do campo magnético que liga Ganimedes a Júpiter, ao mesmo tempo que detectavam remotamente as emissões aurorais associadas para desvendar os processos misteriosos que criam as luzes cintilantes.

As luas mais massivas de Júpiter criam cada uma as suas próprias auroras nos polos norte e sul de Júpiter. Tal como na Terra, Júpiter produz luz auroral ao redor das regiões polares à medida que partículas da sua magnetosfera massiva interagem com as moléculas da atmosfera joviana. No entanto, as auroras de Júpiter são significativamente mais intensas que as da Terra e, ao contrário da Terra, as maiores luas de Júpiter também criam manchas aurorais. 

A missão Juno está orbitando Júpiter numa órbita polar e voou através do "cordão" de elétrons que liga Ganimedes à sua pegada auroral associada. Ganimedes é a única lua no nosso Sistema Solar que tem o seu próprio campo magnético. A sua mini-magnetosfera interage com a magnetosfera massiva de Júpiter, criando ondas que aceleram os elétrons ao longo das linhas do campo magnético do gigante gasoso, que podem ser medidas diretamente pela Juno. 

Dois instrumentos da Juno, o JADE (Jovian Auroral Distributions Experiment) e o UVS (Ultraviolet Spectrometer), forneceram dados chave para este estudo, que também foi apoiado pelo sensor de campo magnético da Juno construído no Goddard Space Flight Center da NASA. O JADE mediu os elétrons que viajavam ao longo das linhas do campo magnético, enquanto o UVS fotografava a mancha da pegada auroral relacionada.

Desta forma, a Juno é capaz de medir a "chuva" de elétrons e observar imediatamente a luz UV que cria quando embate em Júpiter. As medições anteriores da Juno mostraram que grandes perturbações magnéticas acompanhavam os feixes de elétrons causando a pegada auroral. No entanto, desta vez, a Juno não observou perturbações semelhantes com o feixe de elétrons.

A relação entre Júpiter e Ganimedes será mais explorada pela missão alargada da Juno, bem como pela futura missão JUICE (JUpiter ICy moons Explorer) da ESA. E o SwRI está construindo a próxima geração do instrumento UVS para a missão.

Um artigo foi publicado no periódico Geophysical Research Letters. 

Fonte: Southwest Research Institute

Descoberto um exoplaneta se formando de maneira não convencional

O telescópio espacial Hubble fotografou diretamente evidências da formação de um protoplaneta do tipo Júpiter através de um processo intenso e violento.

© STScI (ilustração do exoplaneta AB Aurigae b)

Esta descoberta apoia uma teoria há muito debatida de como planetas como Júpiter se formam, chamada "instabilidade do disco". 

O novo mundo em construção está embebido num disco protoplanetário de gás e poeira com uma estrutura espiral distinta que gira em torno de uma jovem estrela que se estima ter cerca de 2 milhões de anos. Trata-se da idade do nosso Sistema Solar quando a formação dos planetas estava em curso (a idade do Sistema Solar é atualmente de 4,6 bilhões de anos). 

Todos os planetas são feitos de material com origem num disco circunstelar. A teoria dominante para a formação de um planeta joviano é chamada de "acreção do núcleo", uma abordagem de baixo para cima onde os planetas incorporados no disco crescem a partir de pequenos objetos - com tamanhos que vão desde grãos de poeira a rochas - colidindo e aglutinando-se à medida que orbitam uma estrela.

Em contraste, a abordagem de instabilidade do disco é um modelo de cima para baixo onde, à medida que um disco massivo em torno de uma estrela arrefece, a gravidade faz com que o disco se desfaça rapidamente num ou mais fragmentos de massa planetária. O planeta recentemente formado, chamado AB Aurigae b, é provavelmente cerca de nove vezes mais massivo do que Júpiter e orbita a sua estrela hospedeira a uma distância incrível de quase 14 bilhões de quilômetros, ou seja, mais de duas vezes a distância que separa Plutão do Sol. A essa distância, levaria muito tempo para que um planeta do tamanho de Júpiter se formasse por acreção do núcleo.

Isto leva os pesquisadores a concluir que a instabilidade do disco permitiu que este planeta se formasse a uma distância tão grande. E está num contraste impressionante com as expectativas de formação planetária pelo modelo amplamente aceito de acreção do núcleo.

© Subaru (exoplaneta AB Aurigae b)

A nova análise combina dados de dois instrumentos do Hubble: o STIS (Space Telescope Imaging Spectrograph) e o NICMOS (Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrograph). Estes dados foram comparados com os de um instrumento de última geração chamado SCExAO (Subaru Coronagraphic Extreme-AO) acoplado ao Telescópio Subaru de 8,2 metros do Japão, localizado no cume do Mauna Kea, Havaí. A riqueza dos dados dos telescópios espaciais e terrestres revelou-se crítica, porque é muito difícil distinguir entre planetas infantis e características complexas de disco não relacionadas com os planetas. A própria natureza também deu uma ajuda: o vasto disco de poeira e gás que gira em torno da estrela AB Aurigae está inclinado para quase de face, da perspetiva da Terra. 

No final, a gravidade é tudo o que conta, uma vez que os remanescentes do processo de formação estelar acabarão por ser puxados juntos pela atração gravitacional e para formar planetas. Compreender os primeiros dias da formação de planetas semelhantes a Júpiter proporciona aos astrônomos mais contexto na história do nosso próprio Sistema Solar. Esta descoberta abre caminhos para futuros estudos da composição química de discos protoplanetários como AB Aurigae, incluindo a exploração com o telescópio espacial James Webb da NASA.

Os resultados foram publicados na revista Nature Astronomy. 

Fonte: National Astronomical Observatory of Japan