1213: Descoberto um número inédito de anãs castanhas

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Impressão de artista de uma anã castanha.
Crédito: The Open University

As anãs castanhas, objectos misteriosos situados na linha entre estrelas e planetas, são essenciais para a nossa compreensão tanto das populações estelares como das populações planetárias.

Contudo, em quase três décadas de buscas, apenas 40 anãs castanhas puderam ser observadas. Uma equipa internacional liderada por investigadoras da The Open University e da Universidade de Berna observou directamente quatro novas anãs castanhas graças a um novo e inovador método de busca.

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

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

No entanto, apesar dos esforços notáveis no desenvolvimento de novas tecnologias de observação e técnicas de processamento de imagem, as detecções directas destas anãs castanhas, companheiras de estrelas, têm permanecido bastante esparsas, com apenas cerca de 40 sistemas observados em quase três décadas de investigações. Investigadores liderados por Mariangela Bonavita da Open University e Clémence Fontanive do Centro para o Espaço e Habitabilidade do NCCR PlanetS da Universidade de Berna observaram directamente quatro novas anãs castanhas que divulgam num novo estudo publicado na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Esta é a primeira vez que múltiplos novos sistemas com anãs castanhas como companheiras, em separações amplas, são anunciados ao mesmo tempo.

Método inovador de pesquisa

“As anãs castanhas companheiras, com órbitas largas, são já de si raras, e a sua detecção coloca directamente enormes desafios técnicos, uma vez que as estrelas anfitriãs cegam completamente os nossos telescópios”, diz Mariangela Bonavita. A maioria dos levantamentos realizados até agora têm visado indeliberadamente estrelas aleatórias em jovens enxames.

“Uma abordagem alternativa para aumentar o número de detecções é apenas observar estrelas que mostram indícios de um objecto adicional no sistema,” explica Clémence Fontanive. “Por exemplo, a forma como uma estrela se move sob a atracção gravitacional de uma companheira pode ser um indicador da existência dessa companheira, quer seja uma estrela, um planeta ou algo no meio.

“Nós desenvolvemos a ferramenta COPAINS que prevê os tipos de companheiras que podem ser responsáveis pelas anomalias observadas em movimentos estelares,” continua Clémence Fontanive. Aplicando a ferramenta COPAINS, a equipa de investigação seleccionou cuidadosamente 25 estrelas próximas que pareciam promissoras para a detecção directa de companheiras escondidas, de baixa massa, com base em dados do observatório espacial Gaia da ESA.

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

Grande impulso no ritmo de detecção

“Estas descobertas avançam significativamente o número de anãs castanhas conhecidas que orbitam estrelas a grandes distâncias, com um grande impulso no ritmo de detecção em comparação com qualquer levantamento anterior,” explica Mariangela Bonavita.

Embora por agora esta abordagem se limite principalmente a assinaturas de anãs castanhas e companheiras estelares, as fases futuras da missão Gaia vão empurrar estes métodos para massas inferiores e permitir a descoberta de novos exoplanetas gigantes. Clémence Fontanive acrescenta: “Para além de termos tantas descobertas de uma só vez, o nosso programa também demonstra o poder destas estratégias de busca.”

“Este resultado só foi possível porque pensámos que, ao combinarmos instalações espaciais e terrestres para a imagem directa de exoplanetas, o todo é maior que a soma das suas partes. Esperamos que este seja o início de uma nova era de sinergia entre diferentes instrumentos e métodos de detecção”, conclui Mariangela Bonavita.

Astronomia On-line
14 de Junho de 2022


 

626: Novos conhecimentos sobre a formação das anãs castanhas

CIÊNCIA/ASTRONOMIA/ASTROFÍSICA

Nesta região do céu, a equipa da Universidade de Munique descobriu metano deuterado numa proto-anã castanha.
Crédito: ESO

As anãs castanhas são corpos celestes estranhos, ocupando uma espécie de posição intermédia entre as estrelas e os planetas. Os astrofísicos por vezes chamam-lhes “estrelas falhadas” porque não têm massa suficiente para queimar hidrogénio nos seus núcleos e assim brilhar como estrelas. Debate-se constantemente se a formação das anãs castanhas é simplesmente uma versão em escala reduzida da formação de estrelas semelhantes ao Sol.

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

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

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

As proto-anãs castanhas são objectos muito frios e densos. Isto torna-as difíceis de estudar em busca de assinaturas de metano no infravermelho próximo. Em contraste, podem ser facilmente observadas nos comprimentos de onda milimétricos. Ao contrário do metano que não tem assinatura espectral no domínio do rádio devido à sua simetria, o metano deuterado (CH3D) pode ser observado em comprimentos de onda milimétricos.

A primeira detecção de CH3D foi ainda mais espantosa porque, de acordo com as teorias de formação das anãs castanhas, as proto-anãs castanhas são mais frias (cerca de 10 Kelvin ou menos) e mais densas do que as proto-estrelas. Com base na teoria química, o CH3D é formado preferencialmente quando o gás é mais quente, a temperaturas de cerca de 20 a 30 Kelvin. “As medições implicam que pelo menos uma fracção significativa do gás numa proto-anã castanha tem mais do que 10 Kelvin, caso contrário o CH3D não deveria estar sequer lá,” diz Basmah Riaz. A abundância de CH3D fornece aos cientistas uma estimativa da abundância de metano.

É também inesperado que, embora só haja uma proto-estrela semelhante ao Sol conhecida até à data onde o CH3D foi detectado provisoriamente, a equipa da Universidade de Munique detectou firmemente CH3D em três proto-anãs castanhas. Isto significa que as proto-anãs castanhas exibem uma química orgânica quente e rica, e estes objectos astrofísicos compactos e frios podem não ser simplesmente uma réplica à escala reduzida das proto-estrelas.

“O metano nas proto-anãs castanhas pode ou não sobreviver ou reter uma abundância tão elevada nas anãs castanhas mais antigas,” diz o co-autor Wing-Fai Thi do Instituto Max Planck para Astrofísica Extraterrestre. Uma vez que um ambiente quente é favorável à formação de moléculas mais complexas, as proto-anãs castanhas são objecto intrigantes onde, no futuro, procurar estas moléculas.

Astronomia On-line
22 de Fevereiro de 2022



 

625: O par de anãs castanhas com a maior separação uma da outra

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Impressão de artista de um sistema binário composto por duas anãs castanhas como CWISE J014611.20-050850.0AB.
Crédito: William Pendrill

Uma equipa de astrónomos descobriu um raro par de anãs castanhas que tem a mais ampla separação de qualquer sistema binário de anãs castanhas encontrado até à data.

“Devido ao seu pequeno tamanho, os sistemas binários de anãs castanhas são normalmente muito íntimos,” disse Emma Softich, estudante de astrofísica na Universidade Estatal do Arizona e autora principal do estudo. “Encontrar um par tão amplamente separado é muito excitante.”

A força gravitacional entre um par de anãs castanhas é inferior à de um par de estrelas com a mesma separação, pelo que os binários largos de anãs castanhas são mais susceptíveis de se separarem com o tempo, tornando este par de anãs castanhas um achado excepcional.

O estudo, que se baseia em observações do Cool Star Lab da Universidade da Califórnia em San Diego, realizadas com o Observatório W. M. Keck em Maunakea, Hawaii, foi publicado na revista The Astrophysical Journal Letters.

Usando o instrumento NIRES (Near-Infrared Echellette Spectrometer) do Observatório Keck, membros da mesma instituição, incluindo o professor de Física Adam Burgasser e os estudantes Christian Aganze e Dino Hsu, obtiveram espectros infravermelhos do sistema binário, chamado CWISE J014611.20-050850.0AB. Os dados revelaram que as duas anãs castanhas se encontram separadas por cerca de 19,3 mil milhões de quilómetros, ou mais de três vezes a distância de Plutão ao Sol. Esta distância confirma que o invulgar par de anãs castanhas bate o recorde de maior separação entre uma e outra.

“A sensibilidade excepcional do Keck no infravermelho com este instrumento foi fundamental para as nossas medições”, disse o co-autor Burgasser, que lidera o Cool Star Lab. “A anã castanha secundária é excepcionalmente fraca, mas com o Keck conseguimos obter dados espectrais suficientemente bons para classificar ambas as fontes e assim identificá-las como membros de uma classe rara de anãs azuis de classe L”.

“Sistemas largos e de baixa massa como CWISE J014611.20-050850.0AB são normalmente perturbados no início das suas vidas, por isso o facto de este ter sobrevivido até agora é bastante notável,” disse o co-autor Adam Schneider do Observatório Naval dos EUA, Estação de Flagstaff e da Universidade George Mason.

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

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

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

Softich estudou cerca de 3000 anãs castanhas do projecto Backyard Worlds, uma a uma, e comparou as imagens do WISE com imagens de outros levantamentos à procura de evidências de companheiras de anãs castanhas. A equipa então utilizou dados do DES (Dark Energy Survey) para confirmar que se tratava, de facto, de um par de anãs castanhas.

Utilizaram então o NIRES do Observatório Keck para confirmar que as anãs castanhas têm tipos espectrais L4 e L8, e que estão a uma distância estimada de aproximadamente 40 parsecs, ou 130,4 anos-luz da Terra, com uma separação de 129 unidades astronómicas, ou 129 vezes a distância entre o Sol e a Terra.

A equipa espera que esta descoberta dê aos astrónomos a oportunidade de estudar sistemas binários de anãs castanhas e de desenvolver modelos e procedimentos que ajudem a reconhecer mais destes sistemas no futuro.

“Os sistemas binários são utilizados para calibrar muitas relações em astronomia e este par de anãs castanhas recentemente descoberto apresentará um importante teste dos modelos de formação e evolução das anãs castanhas,” disse a co-autora Jennifer Patience, orientadora de Softich na Universidade Estatal do Arizona.

Astronomia On-line
22 de Fevereiro de 2022