Artist concept of an exoplanet and debris disk orbiting a polluted white dwarf.
Credits: NASA/JPL-Caltech
A storeroom at Carnegie Observatories in Pasadena,
California, holding archives from the Mount Wilson
telescopes and other astronomical records.
Credits: NASA/JPL-Caltech
The door to a storeroom at Carnegie Observatories.
Credits: NASA/JPL-Caltech
The Mount Wilson 60-inch and 100-inch telescopes.
Credits: Image courtesy of the Observatories of the Carnegie Institution for Science Collection at the Huntington Library
The plate showing Andromeda (or M31) must be a different galaxy.
Credits: Carnegie Observatories
Hubble e Milton Humason, cuja carreira no Mount Wilson começou como zelador, trabalharam juntos para explorar a natureza em expansão do universo. Usando os telescópios lendários, bem como dados do Observatório Lowell em Flagstaff, Arizona, eles reconheceram que os cachos de galáxias estão se afastando um do outro - e as galáxias mais distantes se afastam umas das outras em velocidades maiores.
Edwin Hubble.
Credits: Image courtesy of the Observatories of the Carnegie Institution for Science Collection at the Huntington Library
Milton Humason.
Credits: Image courtesy of the Observatories of the Carnegie Institution for Science Collection at the Huntington Library
- Uma história de detetive
A primeira anã branca poluída identificada é chamada Van Maanen's Star (ou "van Maanen 2" na literatura científica), depois do descobridor Adriaan van Maanen. Van Maanen encontrou este objeto em 1917 ao detectar seu movimento sutil em relação a outras estrelas entre 1914 e 1917. O astrónomo Walter Sydney Adams, que mais tarde se tornaria diretor do Monte Wilson, capturou o espectro - uma impressão digital química - da estrela de van Maanen em uma pequena placa de vidro usando o telescópio de 60 polegadas da Mount Wilson. Adams interpretou o espectro como sendo uma estrela de tipo F, presumivelmente baseada na presença e força do cálcio e outras características de absorção de elementos pesados, com uma temperatura um pouco maior do que o nosso Sol. Em 1919, van Maanen chamou de "uma estrela muito fraca".
Hoje, sabemos que Van Maanen's Star, que fica a cerca de 14 anos-luz de distância, é a anã branca mais próxima da Terra que não é parte de um sistema binário.
"Esta estrela é um ícone", disse recentemente Farihi. "É o primeiro de seu tipo. É realmente o proto-protótipo".
Ao preparar sua palestra, Zuckerman teve o que mais tarde chamou de "verdadeiro" momento de eureka ". Van Maanen's Star, sem o conhecimento dos astrônomos que estudaram em 1917 e aqueles que pensaram sobre isso por décadas depois, deve ser a primeira evidência observacional de que exoplanetas existem.
- O que isso tem a ver com exoplanetas?
Elementos pesados na camada mais externa da estrela não poderiam ter sido produzidos dentro da estrela, porque eles imediatamente afundariam devido ao intenso campo gravitacional da anã branca. À medida que mais anãs brancas com elementos pesados em suas fotosferas foram descobertas no século 20, os cientistas acreditavam que os materiais exóticos deveriam ter vindo do meio interestelar - ou seja, elementos flutuando no espaço entre as estrelas.
Mas em 1987, mais de 70 anos após o espectro do Mount Wilson da estrela de Van Maanen, Zuckerman e seu colega Eric Becklin relataram um excesso de luz infravermelha em torno de uma anã branca, que eles achavam que poderia vir de uma fraca "estrela fracassada" chamada marrom anão. Isto foi, em 1990, interpretado como um disco quente e empoeirado orbitando uma anã branca. No início dos anos 2000, surgiu uma nova teoria de anãs brancas poluídas: os exoplanetas poderiam empurrar pequenos corpos rochosos para a estrela, cuja poderosa gravidade os pulverizaria em poeira. Esse pó, contendo elementos pesados do corpo rasgado, caíria sobre a estrela.
"A linha inferior é: se você é um asteróide ou cometa, você não pode simplesmente mudar seu endereço. Você precisa de algo para você", disse Farihi. "De longe, os maiores candidatos são planetas para fazer isso".
O telescópio espacial Spitzer da NASA tem sido fundamental para expandir o campo de anãs brancas poluídas orbitadas por discos quentes e empoeirados. Desde o lançamento em 2004, a Spitzer confirmou cerca de 40 dessas estrelas especiais. Outro telescópio espacial, o Explorador de Infrared Survey do Wide-field da NASA, também detectou um punhado, trazendo o total até cerca de quatro dúzias conhecidas hoje. Como esses objetos são tão fracos, a luz infravermelha é crucial para identificá-los.
"Não podemos medir a quantidade exata de luz infravermelha proveniente desses objetos usando telescópios no chão", disse Farihi. "Spitzer, especificamente, apenas explodiu bem."
Artist's concept of NASA's Spitzer Space Telescope.
Credits: NASA/JPL-Caltech
Apoiando a nova teoria do "disco empoeirado" das anãs brancas puxadas, em 2007, Zuckerman e colegas publicaram observações de uma atmosfera de anão branco com 17 elementos - materiais semelhantes aos encontrados no sistema Terra-Lua. (O último professor da UCLA, Michael Jura, que fez contribuições cruciais para o estudo de anãs brancas poluídas, fazia parte desta equipe). Esta foi uma evidência adicional de que pelo menos um corpo pequeno e rochoso - ou mesmo um planeta - tinha sido rasgado separada pela gravidade de uma anã branca. Os cientistas agora geralmente concordam que uma única estrela anã branca com elementos pesados em seu espectro provavelmente tem pelo menos um cinto de detritos rochosos - os restos de corpos que colidiram violentamente e nunca formaram planetas - e provavelmente pelo menos um grande planeta.
Assim, elementos pesados que estavam flutuando no meio interestelar não podiam explicar as observações. "Cerca de 90 anos após a descoberta de van Maanen, os astrônomos disseram:" Whoa, esse modelo de acréscimo interestelar não pode estar certo ", disse Zuckerman.
- Perseguindo o espectro
Inspirado por Zuckerman, Farihi ficou apaixonado pela idéia de que alguém havia tomado um espectro com a primeira evidência de exoplanetas em 1917, e que deve existir um registro dessa observação. "Eu entendi os dentes na pergunta e eu não deixaria ir", disse ele.
Farihi alcançou os Observatórios de Carnegie, que possui os telescópios do Monte Wilson e protege seus arquivos. O diretor da Carnegie, John Mulchaey, colocou o voluntário Dan Kohne no caso. Kohne escavou os arquivos e, dois dias depois, Mulchaey enviou a Farihi uma imagem do espectro.
"Não posso dizer que fiquei chocado, francamente, mas fiquei agradavelmente expulso do meu assento para ver que a assinatura estava lá, e poderia ser vista mesmo com o olho humano", disse Farihi.
Drawers hosting records at Carnegie Observatories.
Credits: NASA/JPL-Caltech
O espectro da Estrela de Van Maanen que Farihi havia solicitado agora está localizado em uma pequena manga de arquivo, rotulada com a data manuscrita "1917 24 de outubro" e uma nota adesiva amarela moderna: "possivelmente o primeiro registro de um exoplaneta".
The current location of the spectrum of van Maanen's Star, taken Oct. 24, 1917.
Credits: NASA/JPL-Caltech
Cynthia Hunt, um astrônomo que serve de presidente do comitê de história de Carnegie, tirou o prato de vidro do envelope e colocou-o em um espectador que o acendeu. O espectro em si apenas cerca de 1/6 de polegada, ou um pouco mais de 0,4 centímetros.
Embora o prato não pareça notável à primeira vista, Farihi viu duas "presas" óbvias que representavam os mergulhos no espectro. Para ele, esta era a arma fumegante: duas linhas de absorção do mesmo íon de cálcio, o que significa que havia elementos pesados na fotossfera da anã branca - indicando que provavelmente tem pelo menos um exoplanet. Ele escreveu sobre isso em 2016 em New Astronomy Reviews.
Close-up of spectrum of van Maanen's Star.
Credits: Carnegie Institution for Science
- Exoplanetas e discos de detritos
Os cientistas pensaram há muito tempo que a gravidade dos planetas gigantes poderia manter os cintos de detritos no lugar, especialmente em sistemas planetários jovens. Um estudo recente no The Astrophysical Journal mostrou que as estrelas jovens com discos de poeira e detritos são mais propensas a ter planetas gigantes orbitando a uma grande distância da sua estrela principal do que aqueles sem discos.
Uma anã branca não é uma estrela jovem - pelo contrário, ela se forma quando uma estrela de baixa a média massa já queimou todo o combustível em seu interior. Mas o princípio é o mesmo: a atração gravitacional de exoplanetas gigantes poderia lançar pequenos corpos rochosos nas anãs brancas.
Nosso próprio Sol se tornará um gigante vermelho em cerca de 5 bilhões de anos, expandindo tanto que até pode engolir a Terra antes de soprar suas camadas externas e se tornar uma anã branca. Nesse ponto, a grande influência gravitacional de Júpiter pode ser mais perturbadora para o cinturão de asteróides, lançando objetos em direção ao nosso sol muito-dimmer. Esse tipo de cenário poderia explicar os elementos pesados da Van Maanen's Star.
As observações de Spitzer sobre a Estrela de van Maanen não encontraram nenhum planteiro até agora. De fato, até o momento, nenhum exoplanet foi confirmado em órbita em torno de anãs brancas, embora um tenha um objeto considerado um planeta maciço. Outras evidências convincentes surgiram apenas nos últimos dois anos. Usando o Observatório W. M. Keck no Havaí, cientistas, incluindo Zuckerman, anunciaram recentemente que encontraram evidências de que um objeto de tipo Kuiper-Belt foi comido por uma anã branca.
Os cientistas ainda estão explorando anãs brancas poluídas e procurando os exoplanetas que eles podem hospedar. Cerca de 30 por cento de todas as anãs brancas que conhecemos estão poluídas, mas seus discos de resíduos são mais difíceis de detectar. Jura apresentou que com muitos asteróides entrando e colidindo com detritos, o pó pode ser convertido em gás, o que não teria o mesmo sinal infravermelho altamente detectável como poeira.
Farihi ficou entusiasmado com o desempenho do trabalho de detetive do arquivo Mount Wilson. Em 2016, ele descreveu a descoberta histórica no contexto de um artigo de revisão sobre anãs brancas poluídas, argumentando que as anãs brancas são "objetivos convincentes para a pesquisa do sistema exoplanetário".
Quem sabe o que outros tesouros esquecidos aguardam descoberta nos arquivos de grandes observatórios - os registros do céu de um cosmos rico em sutileza. Certamente, outras pistas serão encontradas por aqueles motivados pela curiosidade que fazem as perguntas certas.
"É uma interação pessoal com dados que realmente podem estimular-nos a investir nas questões que estamos perguntando", disse Farihi.
Happy 100th anniversary to the 100-inch Hooker Telescope!
Credits: NASA/JPL-Caltech
Glossário
Exoplanet - um planeta orbitando uma estrela diferente do Sol.
Anão branco - uma estrela fraca, densa e compacta - o núcleo remanescente que permanece após as estrelas de massa intermediária (semelhante ao Sol) esgotar seu combustível nuclear e soprar suas camadas externas. Eles são dominados por oxigênio e carbono, mas geralmente possuem camadas finas de hidrogênio e hélio.
Estrela de tipo F - uma estrela de sequência principal que é um pouco mais quente, mais maciça e mais luminosa do que o nosso Sol.
Cinturão de asteróides principal - a região entre Marte e Júpiter, povoada por milhões de pequenos corpos rochosos. O maior membro deste cinto é o planeta anão Ceres.
Cinturão de Kuiper - uma região em forma de disco de corpos gelados além de Neptuno, cujos maiores membros conhecidos incluem planetas anões Plutão, Haumea e Makemake.
https://exoplanets.nasa.gov
Fonte:nasa.gov
https://exoplanets.nasa.gov
Fonte:nasa.gov
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