Luz misteriosa vista ao redor de uma estrela recém-formada; Aqui está o que os astrônomos pensam que isso significa
Uma imagem infravermelha do binário CS Cha com o companheiro recém-descoberto no círculo pontilhado. O companheiro é único entre todos os que já descobrimos, com potencialmente seu próprio disco de poeira. (C. Ginski & ESFERA)
Na busca pelo planeta mais jovem do Universo, os astrônomos podem ter encontrado acidentalmente algo totalmente novo.
Crescer é difícil de fazer no Universo. Na grande dança gravitacional do cosmos, são as sementes maiores e mais massivas que geralmente saem vitoriosas: atraindo cada vez mais matéria para elas de tudo o que está ao redor. Em uma nuvem molecular que forma estrelas, isso geralmente significa que os aglomerados de maior massa se transformam em estrelas, enquanto a massa restante é achatada em um disco. Dentro desse disco, aglomerados menores se formam, crescendo em planetas, luas e outros corpos gelados e rochosos.
Observar um disco protoplanetário em torno de uma estrela jovem é a chave para descobrir como os planetas são formados. A 600 anos-luz de distância, a estrela CS Cha, na pequena constelação do sul de Chamaeleon, é um sistema estelar binário de baixa massa em processo de formação. Enquanto procuravam planetas, os cientistas tropeçaram em algo que nunca tinham visto antes. Ainda estamos investigando, mas pode ser que estejamos testemunhando o nascimento de uma anã marrom: uma estrela fracassada.
As regiões empoeiradas que os telescópios de luz visível não conseguem penetrar são reveladas pelas imagens infravermelhas de telescópios como o VLT com SPHERE ou, como mostrado aqui, com o instrumento HAWK-I do ESO. O infravermelho é espetacular em mostrar os locais de formação de estrelas novas e futuras, onde a poeira que bloqueia a luz visível é mais densa. (ESO / H. Drass et al)
Onde quer que você tenha uma nuvem molecular de gás massiva o suficiente, você tem o potencial de formar uma nova estrela. Se essa nuvem esfriar o suficiente, ela começará a entrar em colapso, com as maiores imperfeições iniciais atraindo a maior parte da matéria. CS Cha é um desses sistemas recém-nascidos, onde a região central consiste em um sistema estelar binário que está em processo de formação. Ao redor das estrelas há um disco empoeirado: exatamente o que esperávamos para um sistema estelar recém-formado. Usando o instrumento SPHERE no Very Large Telescope no Chile, eles mediram o sistema, seu disco e os arredores em grande detalhe. Eles estavam procurando por novos planetas em geral, mas o que encontraram parece ser ainda melhor do que um planeta recém-nascido.
A jovem estrela 2MASS J16281370–2431391 está rodeada por um disco de gás e poeira visto quase de lado: um disco protoplanetário. Desde 2MASS, descobrimos um grande número desses objetos e com muito mais detalhes. (Digitalizado Sky Survey 2/NASA/ESA)
Normalmente, a luz de uma estrela sai despolarizada: a forma como os campos elétrico e magnético da luz são orientados é basicamente aleatória. Quando a luz reflete em qualquer coisa, no entanto, torna-se polarizada. Portanto, a luz das estrelas não é polarizada, mas a luz do disco protoplanetário deve ser polarizada. E perto desse disco, no infravermelho, também foi encontrado um pequeno objeto. De acordo com um novo artigo a ser publicado na revista Astronomy & Astrophysics , este objeto tinha o brilho certo para ser um planeta ou uma anã marrom de baixa massa. A surpresa, porém, é que a luz desse objeto, que deveria estar emitindo sua própria radiação não polarizada, acaba sendo polarizada.
Uma imagem infravermelha da estrela binária e da companheira recém-descoberta, mas agora vista com filtros de polarização especiais que tornam visíveis os discos de poeira e os exoplanetas. O companheiro parece ter seu próprio disco de poeira. (C. Ginski & ESFERA)
Se este fosse um planeta gigante gasoso ou uma anã marrom, a luz poderia ser levemente polarizada: no nível de 1%. Os astrônomos há muito procuram esse tipo de sinal em sistemas como esse, mas sem sucesso. Pela primeira vez, uma assinatura de polarização foi detectada em torno deste pequeno companheiro. Mas o nível de polarização não estava em 1%, como esperávamos. Em vez disso, foi literalmente astronômico: a assinatura de polarização estava em 14% sem precedentes! (Existem pequenas variações de banda para banda.) Existem muito, muito poucos objetos no Universo que podem causar tanta polarização, e assim a equipe trabalhando nisso, liderada por Christian Ginski, teve que ser extremamente cuidadosa.
Uma comparação intermitente da luz infravermelha e da luz polarizada, mostrando a quantidade incrivelmente alta de polarização proveniente do objeto companheiro orbitando o sistema circumbinário. (C. Ginski & ESFERA)
Uma ideia que veio à mente imediatamente foi que isso pode não ser um verdadeiro companheiro do sistema, mas sim uma galáxia distante de fundo que emite luz altamente polarizada. Galáxias ativas, onde seus buracos negros supermassivos estão atualmente se alimentando, devorando matéria e cuspindo jatos tremendamente energéticos, podem ser polarizadas neste nível. Mas a equipe de Ginski investigou essa possibilidade indo a dados mais antigos, obtidos pelo Telescópio Espacial Hubble anos atrás, para ver se uma assinatura de tal companheiro poderia ser descoberta. Embora não houvesse nada que parecesse presente, o Hubble sempre tem esses picos de difração irritantes devido ao seu design inerente. Enquanto haverá um telescópio sem eles em um futuro próximo, temos que usar técnicas de processamento sofisticadas para removê-los. Então eles fizeram, e vejam só, lá estava o companheiro.
A estrela CS Cha foi fotografada pelo Hubble, e os picos de difração característicos dificultaram a identificação de uma companheira binária, para dizer o mínimo. Mas, aplicando as técnicas adequadas, os picos foram subtraídos e um companheiro estava presente, afinal. (ESA/Hubble e NASA, C. Ginski)
Se fosse um objeto de fundo, não pareceria estar na mesma posição anos atrás como está hoje, devido ao movimento próprio da estrela nos céus. Então, essa bola fraca de luz altamente polarizada acabou sendo uma companheira de CS Cha. O que isto significa? Segundo o próprio Ginski (grifo meu, em negrito):
A parte mais emocionante é que a luz do companheiro é altamente polarizada. Essa preferência na direção da polarização geralmente ocorre quando a luz é espalhada ao longo do caminho. Suspeitamos que o companheiro está cercado por [seu] próprio disco de poeira . A parte complicada é que o disco bloqueia uma grande parte da luz e é por isso que dificilmente podemos determinar a massa do companheiro.
O interessante disso é que não apenas os dados implicam que o companheiro tem seu próprio disco, mas que o disco está desalinhado com o disco do sistema binário principal!
Infográfico da estrela binária CS Cha e seu disco de poeira circundante (esquerda) com o companheiro recém-descoberto (direita). O companheiro está localizado a mais de 214 vezes a distância terra-sol do binário, mas claramente pertence ao sistema. Todo o sistema está a cerca de 165 parsecs (538 anos-luz) de distância da Terra. (C. Ginski/G.A. Parede de Areia)
Para reproduzir as assinaturas que vemos, o disco precisa estar praticamente de ponta a ponta em nossa linha de visão. O que parece estranho, porque o principal sistema binário que é o CS Cha tem um disco inclinado, em algum lugar entre a borda e a face. Esta não seria a primeira vez que vimos tal desalinhamento, como empoeirado, desalinhado binário e sistemas trinários foram vistos antes. Mas já marca a primeira vez que detectamos um companheiro polarizado fora de um desses discos protoplanetários! Como grande parte da luz é bloqueada por esse disco de poeira, temos dificuldade em dizer qual é a massa desse companheiro. É um planeta da classe Júpiter? Um super-Júpiter? Ou, como conjecturam os autores, é uma anã marrom de baixa massa: uma estrela fracassada?
Com um disco empoeirado ao redor do companheiro, há uma quase certeza de que, seja o que for, ele estará desenvolvendo seus próprios companheiros em órbita em um futuro iminente!
Anãs marrons, entre cerca de 13-80 massas de Júpiter, fundirão deutério + deutério em hélio-3 ou trítio, permanecendo no mesmo tamanho aproximado de Júpiter, mas atingindo massas muito maiores. O atual companheiro de CS Cha pode ter de pouco tempo a aproximadamente 20 vezes a massa de Júpiter. Observe que o Sol (no fundo) não está em escala e seria muitas vezes maior. (NASA/JPL-Caltech/UCB)
Com uma idade de apenas 2 a 3 milhões de anos, não apenas ainda não temos certeza, mas também não temos certeza de que esse sistema terminou de se formar. O instrumento SPHERE a bordo do Very Large Telescope atingiu seus limites para o que pode detectar usando astronomia infravermelha, mas se formos para comprimentos de onda mais longos e um tipo diferente de observatório, devemos ser capazes de descobrir de uma vez por todas. É por isso que a equipe tem observações de acompanhamento planejadas usando ALMA : o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array.
O Atacama Large Millimeter submillimeter Array (ALMA) é um dos radiotelescópios mais poderosos da Terra. Esses telescópios podem medir assinaturas de comprimento de onda longo de átomos, moléculas e íons que são inacessíveis a telescópios de comprimento de onda mais curto como o Hubble, mas também podem medir detalhes de sistemas protoplanetários que nem telescópios infravermelhos podem ver. (ESO/C. Malin)
Uma série de perguntas adicionais surgem quando você começa a pensar sobre esse sistema. A massa do companheiro está crescendo? A luz que vem dele está mudando ao longo do tempo? Existem planetas se formando no disco ao redor do binário principal? A quantidade de polarização mudará com o passar do tempo? O disco principal ao redor do sistema binário termina aproximadamente à distância do Sol ao afélio de Plutão, mas o companheiro estendido está cerca de quatro vezes mais distante. E como os autores concluem em seu artigo :
Descobrimos que o conjunto de observações é melhor explicado por uma anã marrom de baixa massa fortemente extinta (~ 20 MJup) ou planeta de alta massa com um disco não resolvido e envelope de poeira.
Poderíamos, pela primeira vez, estar observando um sistema subestelar ou planetário em processo de formação: uma versão ampliada de Júpiter e das luas jovianas. À medida que aprendemos mais informações sobre esse sistema em particular e outros semelhantes, estamos no caminho certo para aprender exatamente como os sistemas estelares se formam, evoluem e crescem neste Universo. É um momento incrível para olhar para cima!
Começa com um estrondo é agora na Forbes , e republicado no Medium graças aos nossos apoiadores do Patreon . Ethan é autor de dois livros, Além da Galáxia , e Treknology: A ciência de Star Trek de Tricorders a Warp Drive .
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