Observando o sistema de anéis de Chariklo

Num feito observacional de alta precisão, os cientistas utilizaram uma nova técnica com o telescópio espacial James Webb da NASA para captar as sombras da luz estelar provocadas pelos finos anéis de Chariklo.

© STScI (centauro Chariklo e os seus anéis)

Chariklo é um corpo gelado e pequeno, mas o maior da população conhecida de Centauros, localizado a mais de 3,2 bilhões de quilômetros para além da órbita de Saturno. Chariklo tem apenas 250 quilômetros em diâmetro ou cerca de 51 vezes menor que a Terra, e os seus anéis orbitam a uma distância de cerca de 400 quilômetros do centro do corpo.

Em 2013, Felipe Braga-Ribas e colaboradores, usando telescópios terrestres, descobriram que Chariklo hospeda um sistema de dois anéis finos. Tais anéis eram esperados apenas em torno de grandes planetas como Saturno, Júpiter e Netuno. 

Os astrônomos estavam observando uma estrela quando Chariklo passou à sua frente, bloqueando a luz estelar como tinham previsto, ou seja, um fenômeno de ocultação. Surpreendentemente, a estrela "piscou" duas vezes antes de desaparecer por trás de Chariklo, e "piscou" novamente duas vezes depois da ocultação pelo Centauro. Os piscares foram provocados por dois anéis finos, os primeiros anéis alguma vez detetados em torno de um pequeno objeto do Sistema Solar. 

Esta foi a primeira tentativa de ocultação estelar com o Webb. Muito trabalho árduo foi feito para identificar e refinar as previsões para este acontecimento incomum. No dia 18 de outubro, foi utilizado o instrumento NIRCam (Near-Infrared Camera) do Webb para monitorar atentamente a estrela Gaia DR3 6873519665992128512, e vigiar as quedas de brilho indicando a ocorrência de uma ocultação. 

As sombras produzidas pelos anéis de Chariklo foram claramente detectadas, demonstrando uma nova forma de utilização do Webb para explorar objetos do Sistema Solar. A sombra estelar devido a Chariklo, propriamente dito, foi rastreada fora do alcance do Webb. Este apulso, ou seja, uma passagem próxima sem ocultação, foi exatamente como tinha sido previsto após a última manobra de trajetória do Webb. 

A curva de luz da ocultação do Webb, um gráfico do brilho de um objeto ao longo do tempo, revelou que as observações foram bem-sucedidas! Os anéis foram captados exatamente como previsto. As curvas de luz da ocultação vão fornecer nova ciência para os anéis de Chariklo. 

Os anéis são provavelmente compostos por pequenas partículas de água gelada misturadas com material escuro, detritos de um corpo gelado que colidiu com Chariklo no passado. Chariklo é demasiado pequeno e está muito distante para até o Webb fotografar diretamente os anéis separados do corpo principal, pelo que as ocultações são a única ferramenta que conseguem caracterizar os anéis por si só. 

Pouco depois da ocultação, o Webb visou novamente Chariklo, desta vez para recolher observações da luz solar refletida por Chariklo e pelos seus anéis (programa GTO 1272). O espectro do sistema mostra três bandas de absorção de água gelada no sistema de Chariklo. Os espectros por telescópios terrestres tinham sugerido este gelo, mas a qualidade requintada do espectro obtido pelo Webb revelou pela primeira vez a assinatura clara de gelo cristalino. Dado que as partículas altamente energéticas transformam o gelo de um estado cristalino para um estado amorfo, a detecção de gelo cristalino indica que o sistema de Chariklo sofre microcolisões que ou expõem o material intacto ou desencadeiam processos de cristalização. 

A maior parte da luz refletida no espectro é do próprio Chariklo: os modelos sugerem que a área dos anéis, tal como observada pelo Webb durante estas observações, corresponde provavelmente a um-quinto da área do próprio corpo. 

A observação da curva de luz da ocultação e as observações espectroscópicas abrem a porta para um novo meio de caracterizar objetos pequenos no Sistema Solar distante nos próximos anos. Com a alta sensibilidade e capacidade infravermelha do Webb, os cientistas podem utilizar o retorno científico único fornecido pelas ocultações e melhorar estas medições com espectros quase contemporâneos. Tais ferramentas vão constituir um trunfo tremendo para os cientistas que estudam corpos pequenos e distantes no nosso Sistema Solar. 

Veja mais detalhes em Primeiro sistema de anéis descoberto em torno de um asteroide.

Fonte: Space Telescope Science Institute

Primeiro sistema de anéis descoberto em torno de um asteroide

Observações obtidas em diversos locais da América do Sul, incluindo o Observatório de La Silla do ESO, levaram à descoberta surpreendente de que o asteroide distante Chariklo se encontra rodeado por dois anéis densos e estreitos.

© ESO (ilustração dos anéis que rodeiam Chariklo)

Este é o menor objeto já descoberto com anéis, e apenas o quinto corpo no Sistema Solar - depois dos planetas gigantes Júpiter, Saturno, Urano e Netuno - com esta caraterística. A origem dos anéis permanece um mistério, no entanto pensa-se que podem ser o resultado de uma colisão que criou um disco de detritos.

Além dos anéis de Saturno, que são um dos mais bonitos espetáculos no céu, outros anéis, menos proeminentes, também foram encontrados em torno dos outros planetas gigantes. Apesar de buscas cuidadosas, nunca se encontraram anéis em volta de outros objetos menores do Sistema Solar. Todos os objetos que orbitam em torno do Sol e que são muito pequenos, ou seja, que não possuem massa suficiente para que a sua própria gravidade lhes dê uma forma praticamente esférica, são definidos pela União Astronômica Internacional  (IAU) como sendo corpos menores do Sistema Solar. Esta classe inclui atualmente a maioria dos asteroides do Sistema Solar, os objetos próximos da Terra, os asteroides troianos de Marte e Júpiter, a maioria dos Centauros, a maioria dos objetos Trans-Netunianos e os cometas. Informalmente, os termos asteroide e corpo menor são frequentemente usados para indicar a mesma coisa.

Agora, observações do longínquo asteroide Chariklo, feitas quando este passava em frente a uma estrela, mostraram que ele também se encontra rodeado por dois anéis estreitos.
“Não estávamos à procura de anéis, nem pensávamos que pequenos corpos como o Chariklo os poderiam ter, por isso esta descoberta, e a quantidade extraordinária de detalhes que obtivemos do sistema, foi para nós uma grande surpresa!”, diz Felipe Braga-Ribas (Observatório Nacional/MCTI, Rio de Janeiro, Brasil), que preparou a campanha de observações e é o autor principal do novo artigo científico que descreve estes resultados.
Chariklo é o maior membro de uma classe de objetos conhecidos por Centauros, que orbitam o Sol entre Saturno e Urano, no Sistema Solar externo. Os Centauros são pequenos corpos com órbitas instáveis no Sistema Solar exterior, que atravessam as órbitas dos planetas gigantes. Como as suas órbitas são frequentemente perturbadas, espera-se que permaneçam nestas órbitas apenas alguns milhões de anos. Os Centauros diferem dos muito mais numerosos corpos do Cinturão de Asteroides, situado entre as órbitas de Marte e Júpiter, e podem ter vindo da região do Cinturão de Kuiper. O seu nome deriva dos centauros míticos porque, tal como eles, partilham algumas características de duas espécies diferentes, neste caso cometas e asteroides. Chariklo parece ser mais como um asteroide, não se tendo descoberto nele qualquer atividade cometária.

Previsões da sua órbita mostraram que passaria em frente da estrela UCAC4 248-108672 no dia 3 de junho de 2013, quando observado a partir da América do Sul. Assim, com o auxílio de telescópios em sete sítios diferentes, incluindo o telescópio dinamarquês de 1,54 metros e o telescópio TRAPPIST, ambos situados no Observatório de La Silla do ESO, no Chile, os astrônomos puderam observar a estrela desaparecer durante alguns segundos, momento em que a sua luz foi bloqueada pelo Chariklo, num fenômeno conhecido por ocultação. Esta é a única maneira de saber o tamanho e forma exatos de um objeto tão remoto - Chariklo tem apenas 250 quilômetros de diâmetro e encontra-se a mais de um bilhão de quilômetros de distância. Mesmo com os melhores telescópios, um objeto tão pequeno e distante aparece apenas como um tênue ponto de luz.
No entanto, eles acabaram descobrindo muito mais do que esperavam. Alguns segundos antes, e também alguns segundos depois, da ocultação principal ainda houveram duas quedas de luz, ligeiras e muito curtas, no brilho aparente da estrela. Os anéis de Urano e os arcos de anel em torno de Netuno foram descobertos de forma semelhante, durante ocultações em 1977 e 1984, respectivamente; onde os telescópios do ESO estiveram também envolvidos na descoberta dos anéis de Netuno.

Algo em torno de Chariklo estava bloqueando a luz! Ao comparar as observações feitas nos diversos locais, a equipe pôde reconstruir não apenas a forma e o tamanho do objeto propriamente dito, mas também a espessura, orientação, forma e outras propriedades dos anéis recém descobertos.
A equipe descobriu que o sistema de anéis é composto por dois anéis bastante confinados, com apenas sete e três quilômetros de largura, respectivamente, separados entre si por um espaço vazio de nove quilômetros, e tudo isto em torno de um pequeno objeto que orbita além da órbita de Saturno.
“Acho extraordinário pensar que fomos capazes de detectar, não apenas o sistema de anéis, mas também precisar que este sistema é constituído por dois anéis claramente distintos”, acrescenta Uffe Gråe Jørgensen (Instituto Niels Bohr, Universidade de Copenhague, Dinamarca), integrante da equipe. “Tento imaginar como será estar sobre a superfície deste corpo gelado, tão pequeno que um carro esportivo veloz poderia atingir a velocidade de escape e lançar-se no espaço, e olhar para cima para um sistema de anéis com 20 quilômetros de largura e situado 1.000 vezes mais próximo do que a Lua está da Terra”. A velocidade de escape é cerca de 350 km/h!
Embora muitas questões permaneçam ainda sem resposta, os astrônomos pensam que este tipo de anel deve ter se formado a partir dos restos deixados depois de uma colisão. Os restos teriam ficado confinados como dois estreitos anéis devido à presença de pequenos satélites, que supostamente existirão.
“Por isso, além dos anéis, é provável que Chariklo tenha também, pelo menos, um pequeno satélite à espera de ser descoberto”, acrescenta Felipe Braga Ribas.
Os anéis poderão mais tarde dar origem à formação de um pequeno satélite. Tal sequência de eventos, a uma escala muito maior, pode explicar a formação da nossa própria Lua nos primeiros dias do Sistema Solar, assim como a origem de muitos outros satélites em órbita de planetas e asteroides.
Os líderes do projeto deram aos anéis os nomes informais de Oiapoque e Chuí, dois rios que se encontram próximos dos extremos norte e sul do Brasil, respectivamente. Estes nomes são apenas para uso informal, os nomes oficiais serão atribuídos mais tarde pela IAU, segundo regras pré-estabelecidas.

Este trabalho foi descrito no artigo científico intitulado “A ring system detected around the Centaur (10199) Chariklo”, de F. Braga-Ribas et al., cujos novos resultados foram publicados hoje (online) na revista Nature.

Fonte: ESO

Um segundo planeta menor pode possuir anéis como Saturno

Existem apenas cinco corpos no nosso Sistema Solar que se conhece terem anéis.

© ESO (ilustração de um sistema de anéis ao redor de um centauro)

O mais óbvio é o planeta Saturno; em menor escala, também existem anéis de gás e poeira ao redor de Júpiter, Urano e Netuno. O quinto membro deste grupo é Chariklo, da classe de planetas menores conhecidos como centauros: corpos rochosos e pequenos que possuem qualidades tanto de asteroides como de cometas.

Os cientistas apenas recentemente detectaram o sistema de anéis de Chariklo, uma descoberta surpreendente, pois pensava-se que os centauros eram relativamente dormentes. Agora, cientistas detectaram um possível sistema de anéis em torno de um segundo centauro, Quíron. Os astros Chariklo e Quíron são também classificados como como planetas anões.

Em novembro de 2011, o grupo observou uma ocultação estelar na qual Quíron passou em frente de uma estrela brilhante, bloqueando momentaneamente a sua luz. Os pesquisadores analisaram as emissões de luz da estrela, a sombra momentânea criada por Quíron e identificaram características ópticas que sugerem que o centauro pode possuir um disco de detritos em órbita. A equipe acredita que as características podem significar um sistema de anéis, uma concha circular de gás e poeira ou jatos simétricos de material expelido desde a superfície do centauro.

"É interessante, porque Quíron é um centauro, parte daquela seção média do Sistema Solar, entre Júpiter e Plutão, onde originalmente pensávamos que as coisas não eram muito ativas, mas ao que parece as coisas são muito ativas," afirma Amanda Bosh, professora do Departamento de Ciências Atmosféricas, Planetárias e da Terra do MIT (Massachusetts Institute of Technology), EUA.

Quíron, descoberto em 1977, foi o primeiro corpo planetário categorizado como centauro, em honra à criatura da mitologia grega, um híbrido de homem e animal. Tal como na mitologia, os centauros são híbridos, incorporando características de asteroides e de cometas. Hoje, os cientistas estimam que existem mais de 44.000 centauros no Sistema Solar, concentrados sobretudo numa banda entre as órbitas de Júpiter e Plutão.

Apesar de se pensar que a maioria dos centauros esteja dormente, os cientistas já viram sinais de atividade em Quíron. A partir do final da década de 1980, foram observados padrões de aumento de brilho no centauro, bem como atividade parecida à de um cometa.

Em 1993 e 1994, James Elliot, no momento professor de astronomia planetária e física no MIT, observou uma ocultação estelar de Quíron e fez as primeiras estimativas do seu tamanho. Elliot também observou características, nos dados ópticos, parecidas com jatos de água e poeira expelidos a partir da superfície do centauro.

Agora, cientistas do MIT obtiveram observações mais precisas de Quíron, usando dois grandes telescópios no Havaí, o IRTF (Infrared Telescope Facility) da NASA, em Mauna Kea, e o LCOGT.net (Las Cumbres Observatory Global Telescope Network) em Haleakala.

Em 2010, a equipe começou a traçar as órbitas de Quíron e de estrelas próximas a fim de identificar exatamente quando o centauro podia passar à frente de uma estrela suficientemente brilhante. Os cientistas determinaram que uma tal ocultação estelar teria lugar no dia 29 de novembro de 2011, e reservaram tempo de observação nos dois telescópios na esperança de avistar a sombra de Quíron.

"Existe uma espécie de serendipidade nestas observações," comenta Bosh. "Precisamos de uma certa dose de sorte, à espera que Quíron passe em frente de uma estrela suficientemente brilhante. Quíron propriamente dito é pequeno o suficiente para que o evento seja muito curto; basta piscar o olho para o perder."

A equipe observou a ocultação estelar remotamente a partir do MIT. O evento durou apenas alguns minutos e os telescópios registaram a diminuição de luz à medida que Quíron passava em frente da estrela.

O grupo analisou os dados recolhidos e detectou algo inesperado. Um corpo simples, sem material circundante, criaria um padrão simples, bloqueando inteiramente a luz da estrela. Mas os pesquisadores observaram características nítidas e simétricas perto do início e do fim da ocultação estelar, um sinal que material, como por exemplo poeira, podia estar bloqueando uma fração da luz estelar.

Foram observadas duas destas características, cada a cerca de 300 km do centro do centauro. Tendo em conta os dados ópticos, as características têm 3 e 7 km de largura, respectivamente. As características são semelhantes às observadas por Elliot na década de 1990.

À luz destas novas observações, os cientistas dizem que Quíron pode ainda possuir jatos simétricos de gás e poeira, como Elliot propôs. No entanto, outras interpretações podem ser igualmente válidas, incluindo a possibilidade de uma concha ou anel de gás e poeira.

Jessica Ruprecht, pesquisadora do Laboratório Lincoln do MIT, diz que é possível imaginar um cenário no qual os centauros podem formar anéis: por exemplo, quando um corpo é quebrado, os detritos resultantes podem ser capturados gravitacionalmente ao redor de outro corpo, como Quíron. Os anéis também podem ser material residual resultante da própria formação de Quíron.

"Outra possibilidade envolve a história da distância de Quíron ao Sol," explica Ruprecht. "Os centauros podem ter começado mais distantes no Sistema Solar e, através das interações gravitacionais com os planetas gigantes, tiveram as suas órbitas perturbadas para mais perto do Sol. O material gelado que teria sido mais estável para lá de Plutão torna-se menos estável a distâncias menores, transforma-se em gás que empurra poeira e material para fora da superfície de um corpo."

Desde então, um grupo independente combinou os dados da ocultação recolhidos pelo grupo do MIT com outros dados ópticos e concluiu que as características em torno de Quíron provavelmente representam um sistema de anéis. No entanto, Ruprecht comenta que os cientistas terão que observar mais ocultações estelares para determinar realmente qual das interpretações: anéis, concha ou jatos é a correta.

"Até que os anéis de Chariklo foram encontrados, pensava-se que estes corpos menores não podiam ter sistemas de anéis," afirma. "Se Quíron tiver realmente um sistema de anéis, vai mostrar que é mais comum do que se pensava anteriormente."

Matthew Knight, astrônomo do Observatório Lowell em Flagstaff, no estado americano do Arizona, diz que a possibilidade de existência de anéis em Quíron "torna o Sistema Solar um pouco mais íntimo."

"Nós temos uma boa noção da maioria do Sistema Solar interior graças às missões espaciais, mas estes pequenos mundos gelados do Sistema Solar exterior ainda são misteriosos," comenta Knight, que não esteve envolvido na pesquisa. "Pelo menos para mim, ser capaz de imaginar um centauro com anéis fá-lo parecer mais tangível."

Estes resultados foram publicados na revista Icarus.

Fonte: Massachusetts Institute of Technology

Descoberto o segundo anel "improvável" em torno do asteroide Quaoar

A descoberta do segundo anel ocorre apenas dois meses após o primeiro anel de Quaoar ter sido revelado, indicando que o sistema é mais complexo do que se pensava.

© ON / UTFPr (ilustração do segundo anel de Quaoar)

Uma equipe de pesquisadores, liderada pelo aluno de doutorado do Observatório Nacional (ON/MCTI), Chrystian Luciano Pereira, descobriu um segundo anel improvável mais interno em torno do asteroide Quaoar. A orientação da pesquisa é realizada pelo Dr. Felipe Braga Ribas, professor do Programa de Pós-Graduação em Astronomia do Observatório Nacional (ON). Ambas as descobertas foram feitas com o uso da técnica de ocultações estelares, quando um objeto do Sistema Solar passa em frente a uma estrela e bloqueia a sua luz por alguns instantes.

Este objeto é um dos pequenos corpos do nosso Sistema Solar e é conhecido como um objeto Transnetuniano (TNO) por orbitar a região além do planeta Netuno. Com mais de 1.000 km de diâmetro, Quaoar é candidato a planeta-anão. 

Os TNOs, como Quaoar, são fósseis praticamente intactos da formação do Sistema Solar. Dessa forma, catalogar suas características físicas é fundamental para entender como o Sistema Solar se formou e evoluiu até os dias atuais. 

Anéis ao redor de corpos do Sistema Solar têm sido alvo de pesquisas desde 1610, quando Galileu Galilei observou pela primeira vez um anel em torno ao apontar sua luneta para Saturno. Nos séculos seguintes, anéis foram descobertos ao redor dos outros três planetas gigantes: Júpiter, Urano e Netuno. 

Até 2013, não se sabia que anéis poderiam orbitar pequenos corpos do Sistema Solar. A surpresa ocorreu quando um sistema com dois anéis foi descoberto ao redor do objeto Centauro (10199) Chariklo, primeiro asteroide com anéis descoberto em trabalho liderado pelo Dr. Felipe Braga-Ribas (UTFPR-Curitiba/ON). Depois, em 2017, um anel foi descoberto ao redor do planeta-anão Haumea. Mais recentemente, em fevereiro deste ano, a mesma equipe divulgou a descoberta do terceiro sistema de anéis, agora ao redor do objeto Transnetuniano Quaoar. 

De acordo com os pesquisadores, diferentemente dos anéis observados em Chariklo, Haumea e nos quatro planetas gigantes, os anéis de Quaoar se encontram em uma região inesperada, muito além do limite de Roche para o corpo (para Quaoar, esse limite é estimado em 1.780 km do centro do corpo). O limite de Roche é uma região em que as forças de maré do corpo central estão em equilíbrio com a atração mútua das partículas que compõem um anel, impedindo então a acreção dessas partículas em satélites. Em outras palavras, trata-se de uma “linha imaginária” que define a distância mínima que um objeto pode se aproximar de outro antes de ser desintegrado pela força gravitacional. Quando um objeto está dentro do limite de Roche, espera-se que ele se desintegre e forme um anel em torno do objeto central. Por outro lado, se estiver além deste limite, como é o caso dos anéis do Quaoar – espera-se que as partes de agreguem e formem um satélite, e não um anel como é o caso.

A partir dos dados observacionais do primeiro anel (Q1R), os pesquisadores conseguiram detectar o segundo anel (Q2R) que, na verdade, está mais próximo do TNO. O Q2R possui cerca de 10 km de largura e, apesar de estar mais próximo de Quaoar, também se encontra fora do limite de Roche, orbitando 2.520 km do centro do objeto. Isso revela o quão curioso e complexo o sistema de Quaoar pode ser. O anel mais externo orbita Quaoar a uma distância muito próxima a região de estabilidade gerada pela ressonância spin-órbita 1:3. Isso significa que enquanto o Quaoar completa três rotações, as partículas do anel completam uma órbita. Já o anel mais interno se encontra próximo a região de ressonância spin-órbita 5:7, ou seja, enquanto Quaoar completa sete rotações, as partículas do anel completam cinco órbitas.

Esse comportamento dinâmico é observado nos anéis ao redor de Chariklo e Haumea, que também se encontram próximos à região de ressonância 1:3. Isso sugere que as ressonâncias podem estar intimamente relacionadas com a manutenção e localização desses anéis. Outro fator que pode causar o confinamento desses anéis é a presença de pequenos satélites "pastores" que ainda não foram descobertos. 

Outra propriedade interessante e não usual do anel Q1R de Quaoar é a variabilidade na sua largura e opacidade, sendo muito estreito e denso em uma região, tênue e extenso em outra. Afim de obter mais informações de Quaoar e seu curioso anel, a equipe organizou uma campanha observacional para uma ocultação estelar que foi observada em 9 de agosto de 2022, envolvendo telescópios amadores e profissionais, como por exemplo o Gemini Norte e Canadá-França-Hawaii Telescope (CFHT), com diâmetro de 8,1 e 3,6 metros, respectivamente. A alta performance dos instrumentos acoplados nos telescópios Gemini Norte e CFHT, as cameras 'Alopeke e WIRcam, respectivamente, aliado a sua localização no topo do Mauna Kea, no Havaí, permitiram a obtenção de curvas de luz com ótima qualidade.

A região densa e estreita do “primeiro” anel foi sondada por essa ocultação, revelando uma estrutura estreita confinada com aproximadamente 5 km de largura e com grande profundidade óptica (bastante densa). Esse núcleo estreito do anel é cercado por um envelope de material disperso com cerca de 60 km, se assemelhando em estrutura ao anel F de Saturno ou o arco observado nos anéis de Netuno. A região mais extensa e tênue desse anel também foi detectada, tendo uma largura média de 90 km e com menos de 1% da opacidade da região mais densa. A distância calculada entre Quaoar e esse anel é de 4.060 km. 

Trabalhos futuros acerca da determinação precisa da forma de Quaoar, em conjunto com novas observações desses anéis, serão importantes para um melhor entendimento do sistema dinâmico em que Quaoar e seus anéis se inserem e qual o real papel das ressonâncias na manutenção e confinamento desses anéis. 

Este trabalho foi realizado como parte do projeto "Lucky Star", sob a liderança do Dr. Bruno Sicardy do Observatório de Paris (França) e foi viabilizado através de uma colaboração mundial envolvendo astrônomos profissionais e amadores. Este estudo contou com a participação de pesquisadores de diversos institutos internacionais, como: Observatório Nacional (Rio de Janeiro, Brasil), Instituto de Astrofísica de Andalucía (Granada, Espanha), Universidade Tecnológica Federal do Paraná (Curitiba, Brasil), Instituto Espacial da Flórida (Orlando, Flórida), entre outros. 

Um artigo sobre a descoberta do segundo anel de Quaoar, sob o título “The two rings of (50000) Quaoar”, foi publicado no periódico Astronomy & Astrophysics Letters. 

Fonte: Observatório Nacional

Encontrado um anel em torno do planeta anão Quaoar

Durante uma pausa na observação de planetas em torno de outras estrelas, a missão CHEOPS (CHaracterising ExOPlanet Satellite) da ESA observou um planeta anão no nosso próprio Sistema Solar e deu uma contribuição decisiva para a descoberta de um denso anel de material à sua volta.

© ESA (ilustração do sistema Quaoar)

O planeta anão é conhecido como Quaoar. A presença de um anel a uma distância de quase sete vezes e meia o raio de Quaoar abre um mistério para os astrônomos resolverem: porque é que este material não coalesceu numa pequena lua? 

O anel foi descoberto através de uma série de observações realizadas entre 2018 e 2021. Utilizando uma coleção de telescópios terrestres e o telescópio espacial CHEOPS, os astrônomos assistiram à passagem de Quaoar em frente a uma sucessão de estrelas distantes, bloqueando brevemente a sua luz. Tal evento é conhecido como uma ocultação. 

Observar como a luz da estrela ocultada diminui de brilho fornece informações sobre o tamanho e forma do objeto no plano da frente e pode revelar se tem ou não uma atmosfera. Neste caso, quedas menores antes e depois da ocultação principal traíram a presença de material em órbita de Quaoar. 

Quaoar faz parte de uma coleção de mundos pequenos e distantes conhecidos como objetos transnetunianos (OTNs). Conhecem-se cerca de 3.000. Como o nome sugere, os OTNs encontram-se nos confins do Sistema Solar, além da órbita do planeta Netuno. Os maiores dos OTNs são Plutão e Éris. Com um raio estimado em 555 km, Quaoar ocupa o número sete da lista de tamanhos e é orbitado por uma pequena lua chamada Weywot, com um raio de aproximadamente 80 km. 

O estudo destes planetas anões é difícil devido às suas pequenas dimensões e distâncias extremas. O próprio Quaoar orbita o Sol a quase 44 vezes a distância Sol-Terra. Portanto, as ocultações são ferramentas particularmente valiosas. Até há pouco tempo, porém, era difícil prever exatamente quando e onde teriam lugar. Para que uma ocultação ocorra, o alinhamento entre o objeto interveniente (neste caso, o OTN), a estrela e o telescópio tem que ser extremamente preciso. 

No passado, tem sido quase impossível cumprir os rigorosos requisitos de precisão para se ter a certeza de ver um evento. No entanto, para alcançar este objetivo foi criado o projeto Lucky Star do ERC (European Research Council), coordenado por Bruno Sicardy, da Universidade de Sorbonne e do Observatório de Paris - PSL (LESIA), para prever as próximas ocultações por OTNs e para coordenar a observação destes eventos com observatórios profissionais e amadores de todo o mundo. 

Recentemente, o número de ocultações estelares observadas tem vindo a aumentar. Isto deve-se, em grande parte, à contribuição dos dados da missão de mapeamento Gaia da ESA. A nave espacial proporcionou uma precisão tão impressionante nas suas posições estelares que as previsões feitas pela equipe do Lucky Star se tornaram muito mais precisas.

A primeira vez que a equipe tentou observar uma ocultação com o CHEOPS, que envolveu Plutão, a previsão não era suficientemente precisa, pelo que não pôde ser observada nenhuma ocultação. Contudo, o alinhamento foi mais favorável na segunda tentativa, quando observaram Quaoar. Durante esta observação, fizeram a primeira detecção, de uma ocultação estelar por um objeto transnetuniano a partir do espaço.

O CHEOPS fornece uma excelente relação sinal-ruído porque o telescópio não está olhando através dos efeitos de distorção da atmosfera inferior da Terra. Esta claridade provou ser decisiva no reconhecimento do sistema de anéis de Quaoar porque permitiu eliminar a possibilidade de que as quedas de luz fossem provocadas por um efeito da atmosfera da Terra. 

Ao combinar várias detecções secundárias, efetuadas com telescópios na Terra, foi possível ter a certeza de que eram provocadas por um sistema de anéis em redor de Quaoar. Bruno Morgado, da Universidade Federal do Rio de Janeiro, Brasil, liderou a análise. Ele combinou os dados do CHEOPS com os de grandes observatórios profissionais de todo o mundo e de cientistas cidadãos amadores, todos eles tendo observado Quaoar ocultando várias estrelas ao longo dos últimos anos. 

Quando foi unidas todas as observações, foram notadas quedas de brilho que não eram provocadas por Quaoar, mas que apontavam para a presença de material numa órbita circular. 

Quando se trata de sistemas de anéis, o planeta gigante Saturno é rei. Saturno ostenta uma coleção de poeira e pequenas luas que circundam o equador do planeta. Apesar de ser uma visão impressionante, a massa do sistema de anéis é bastante pequena. No total, corresponde entre 1/3 e metade da massa da lua de Saturno, Mimas, ou cerca de metade da massa da camada de gelo na Antártida. 

O anel de Quaoar é muito menor que o de Saturno, mas não menos intrigante. Não é o único sistema de anéis conhecido em torno de um planeta anão ou planeta menor. Os outros dois - em torno de Chariklo e Haumea, foram detectados através de observações terrestres. Porém, o que torna o anel de Quaoar único é onde se encontra relativamente ao próprio Quaoar.

Qualquer objeto celeste com um campo gravitacional apreciável terá um limite dentro do qual um objeto em aproximação será dilacerado. Isto é conhecido como o limite de Roche. Espera-se que existam sistemas de anéis dentro do limite de Roche, que é o caso de Saturno, Chariklo e Haumea.

Assim sendo, o que torna esta descoberta tão intrigante em torno de Quaoar é que o anel de material está muito mais longe do que o limite de Roche. Isto é um mistério porque, de acordo com o pensamento convencional, os anéis para lá do limite de Roche acabam por coalescer numa pequena lua em apenas algumas décadas. Como resultado das nossas observações, a noção clássica de que os anéis densos sobrevivem apenas dentro do limite de Roche de um corpo planetário tem que ser profundamente revista. 

Os resultados iniciais sugerem que as temperaturas geladas em Quaoar podem desempenhar um papel ao prevenir que as partículas se mantenham juntas, mas são necessárias mais investigações.

Um artigo foi publicado na revista Nature. 

Fonte: ESA

A dinâmica do anel de Haumea

Observado pela primeira vez em 2004, Haumea é um planeta anão localizado além da órbita de Plutão, numa região do Sistema Solar chamada Cinturão de Kuiper.

© NASA (Haumea e suas luas)

Foi por causa da descoberta deste e de outros planetas anões que, em 2006, Plutão foi oficialmente desclassificado como planeta. Haumea foi reconhecido oficialmente como planeta anão em 2008. Tem um formato alongado que lembra uma bola de futebol americano, além de duas luas e um anel.

Por ter um anel, Haumea integra o grupo de objetos do Sistema Solar composto por Saturno, Urano, Netuno e Júpiter, além dos asteroides Chariklo e Chiron, que desenham órbitas entre Júpiter e Netuno.

O anel de Haumea nunca foi observado diretamente. A sua existência foi inferida por um grupo internacional de astrônomos em 2017, a partir da análise do brilho de uma estrela que passou atrás do planeta anão.

"A descoberta foi feita por ocultação. O brilho da estrela foi observado da Terra e diminuiu quando Haumea passou na frente. Isso permitiu obter informações sobre o formato do planeta anão," disse Othon Cabo Winter, professor titular na Faculdade de Engenharia da Universidade Estadual Paulista (Unesp), campus de Guaratinguetá.

Mas o brilho da estrela também diminuiu quando o anel passou em sua frente, permitindo que os pesquisadores obtivessem informações sobre o anel.

O trabalho faz parte do Projeto Temático "A relevância dos pequenos corpos em dinâmica orbital", financiado pela FAPESP (Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo), e contou com apoio também da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes) e do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq).

Os pesquisadores que descobriram o anel em 2017 chegaram a sugerir que ele ocuparia em torno de Haumea uma órbita muito próxima à chamada região de ressonância 1 para 3 (1:3), ou seja, a cada três rotações completas que o planeta anão dá em torno do próprio eixo, as partículas que formam o anel completam uma órbita em seu redor.

Um novo estudo feito por Winter, Taís Ribeiro e Gabriel Borderes Motta, do Grupo de Dinâmica Orbital e Planetologia da Unesp, mostrou ser necessária uma certa excentricidade (medida que representa o afastamento de uma órbita da forma circular) para que a tal ressonância atuasse sobre as partículas do anel.

Segundo Winter, o fato de o anel ser estreito e praticamente circular inviabiliza a atuação desta ressonância. Em contrapartida, o grupo identificou um tipo peculiar de órbitas periódicas estáveis e quase circulares, na mesma região onde se localiza o anel de Haumea.

"Nosso estudo não é observacional. Não observamos diretamente os anéis. Ninguém jamais o fez," disse Winter. Isso porque os anéis são muito tênues e estão por demais distantes para poderem ser vistos pelos observatórios astronômicos da Terra. A distância média de Haumea em relação ao Sol é 43 vezes maior do que a distância da Terra ao Sol.

"Nosso estudo é inteiramente computacional. Foi a partir de simulações com os dados obtidos que chegamos à conclusão de que o anel não se encontra naquela região do espaço devido à ressonância 1:3, mas sim devido a uma família de órbitas periódicas estáveis," disse Winter.

"O objetivo principal do trabalho foi identificar a estrutura da região do anel de Haumea em termos de localização e tamanho das regiões estáveis e também a razão de sua existência. De particular interesse foi tentar entender a estrutura dinâmica associada à ressonância 1:3," disse Winter.

Os pesquisadores usaram o método de Superfície de Secção de Poincaré para explorar a dinâmica na região em que se localiza o anel. Com a simulação da evolução das trajetórias das partículas na região, foram gerados em computador gráficos que mostram visualmente as regiões de estabilidade representadas por ilhas (curvas fechadas), enquanto as regiões instáveis aparecem como uma distribuição de pontos dispostos irregularmente.

As ilhas de estabilidade que foram identificadas em consequência da ressonância 1:3 têm trajetórias muito excêntricas, mais do que seria compatível com o anel (estreito e circular).

"Por outro lado, identificamos ilhas de estabilidade na mesma região, mas com trajetórias de baixa excentricidade, compatíveis com o anel. Estas ilhas foram identificadas por causa de uma família de órbitas periódicas," disse Winter.

Haumea tem um diâmetro de 1.456 quilômetros, menos da metade de Marte, e possui um formato oval, sendo duas vezes mais longo do que largo. Leva 284 anos para completar uma volta em torno do Sol. O planeta anão fica tão distante, e a radiação solar que lá chega é tão rarefeita, que a temperatura à superfície é de 223°C negativos.

Por ter sido detectado pelas lentes dos observatórios gigantes instalados no cume do vulcão extinto Mauna Kea, no Havaí, os seus descobridores batizaram-no com o nome da deusa da fertilidade da mitologia havaiana. O planeta anão possui duas luas: Namaka e Hi'aka, as filhas da deusa Haumea. Acredita-se que estas luas se formaram como resultado de uma colisão entre Haumea e algum outro corpo.

Haumea completa uma rotação a cada quatro horas, o que o torna um dos objetos grandes com rotação mais rápida no Sistema Solar. Tal aspeto pode estar relacionado a um passado violento.

Estima-se que, na origem do Sistema Solar, Haumea era muito parecido com Plutão, metade rocha e metade água. Há bilhões de anos atrás, um grande objeto pode ter colidido com Haumea, expulsando a maior parte do gelo de sua superfície e fazendo com que girasse muito depressa em comparação com outros planetas anões.

Um artigo foi publicado na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Fonte: FAPESP (Agência)