As anãs marrons não são exatamente estrelas e nem planetas, e um novo estudo sugere que pode haver mais delas à espreita em nossa galáxia do que os cientistas pensavam anteriormente.

Este mosaico mostra todo o céu capturado pelo Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE). A luz infravermelha se refere a comprimentos de onda mais longos do que aqueles visíveis ao olho humano. Muitos objetos cósmicos irradiam infravermelho, incluindo nuvens de gás e poeira onde as estrelas se formam, e anãs marrons. Créditos: NASA / JPL-Caltech / UCLA

Um novo estudo oferece uma explicação tentadora de como um objeto cósmico peculiar chamado WISEA J153429.75-104303.3 - apelidado de “O Acidente” - veio a ser. O acidente é uma anã marrom. Embora se formem como estrelas, esses objetos não têm massa suficiente para iniciar a fusão nuclear, o processo que faz com que as estrelas brilhem. E embora as anãs marrons às vezes desafiem a caracterização, os astrônomos têm uma boa compreensão de suas características gerais.

Você consegue ver o ponto escuro se movendo no canto esquerdo inferior da tela? É uma anã marrom apelidada de “O Acidente”, que foi descoberta pelo cientista cidadão Dan Caselden. Ela havia escapado das pesquisas típicas porque não se parecia com nenhuma outra anã marrom conhecida. Créditos: NASA / JPL-Caltech / Dan Caselden

Ou eles fizeram, até que encontraram este.

O acidente ganhou esse nome depois de ser descoberto por pura sorte. Ele escapou das pesquisas normais porque não se parece com nenhuma das poucas mais de 2.000 anãs marrons que foram encontradas em nossa galáxia até agora.

À medida que as anãs marrons envelhecem, elas esfriam e seu brilho em diferentes comprimentos de onda de luz muda. Não é diferente de como alguns metais, quando aquecidos, vão do branco brilhante ao vermelho profundo à medida que esfriam. O acidente confundiu os cientistas porque estava fraco em alguns comprimentos de onda importantes, sugerindo que estava muito frio (e antigo), mas claro em outros, indicando uma temperatura mais alta.

“Este objeto desafiou todas as nossas expectativas”, disse Davy Kirkpatrick, astrofísico do IPAC da Caltech em Pasadena, Califórnia. Ele e seus co-autores postulam em seu novo estudo, publicado no Astrophysical Journal Letters, que o acidente pode ter de 10 bilhões a 13 bilhões de anos - pelo menos o dobro da idade média de outras anãs marrons conhecidas. Isso significa que ela teria se formado quando nossa galáxia era muito mais jovem e tinha uma composição química diferente. Se for esse o caso, provavelmente há muito mais dessas anãs marrons antigas à espreita em nossa vizinhança galáctica.

Um Perfil Peculiar

O acidente foi detectado pela primeira vez pelo Pesquisador do  Near-Earth Object Wide-Field Infrared Survey Explorer da NASA (NEOWISE), lançado em 2009 sob o apelido de WISE e gerenciado pelo Laboratório de Propulsão a Jato da NASA no sul da Califórnia. Como as anãs marrons são objetos relativamente frios, elas irradiam principalmente luz infravermelha, ou comprimentos de onda maiores do que o olho humanos pode ver.

Anãs marrons compartilham certas características com estrelas e planetas. Geralmente, elas são menos massivas do que as estrelas e mais massivas do que os planetas. Uma anã marrom se torna uma estrela se sua pressão central ficar alta o suficiente para iniciar a fusão nuclear, o processo que faz com que as estrelas brilhem. Créditos: NASA / JPL-Caltech

Para descobrir como O Acidente poderia ter propriedades tão contraditórias - alguns sugerindo que é muito frio, outros indicando que é muito mais quente - os cientistas precisavam de mais informações. Então, eles o observaram em comprimentos de onda infravermelhos adicionais com um telescópio terrestre no Observatório WM Keck, no Havaí. Mas a anã marrom parecia tão fraca naqueles comprimentos de onda que eles não conseguiram detectá-la, aparentemente confirmando a sugestão de que estava muito frio.

Em seguida, eles decidiram determinar se a penumbra resultava do fato de O Acidente estar mais distante da Terra do que o esperado. Mas não foi esse o caso, de acordo com medições precisas de distância pelos telescópios espaciais Hubble e Spitzer da NASA. Tendo determinado a distância do objeto - cerca de 50 anos-luz da Terra - a equipe percebeu que ela está se movendo rapidamente - cerca de meio milhão de milhas por hora (800.000 km/h). Isso é muito mais rápido do que todas as outras anãs marrons conhecidas por estarem a esta distância da Terra, o que significa que provavelmente ela está girando pela galáxia por um longo tempo, encontrando objetos massivos que a aceleram com sua gravidade. 

Com um monte de evidências sugerindo que O Acidente é extremamente antigo, os pesquisadores propuseram que suas propriedades estranhas não são estranhas e que podem ser uma pista de sua idade.

Quando a Via Láctea se formou há cerca de 13,6 bilhões de anos, era composta quase inteiramente de hidrogênio e hélio. Outros elementos, como carbono, formados dentro das estrelas; quando as estrelas mais massivas explodiram como supernovas, elas espalharam os elementos por toda a galáxia.

O metano, composto de hidrogênio e carbono, é comum na maioria das anãs marrons que têm uma temperatura semelhante à do Acidente. Mas o perfil de luz do Acidente sugere que ele contém muito pouco metano. Como todas as moléculas, o metano absorve comprimentos de onda específicos da luz, de modo que uma anã marrom rica em metano seria fraca nesses comprimentos de onda. O Acidente, por outro lado, é brilhante nesses comprimentos de onda, o que pode indicar níveis baixos de metano.

Assim, o perfil de luz de O acidente poderia corresponder ao de uma anã marrom muito velha que se formou quando a galáxia ainda era pobre em carbono; muito pouco carbono na formação significa muito pouco metano em sua atmosfera hoje.

“Não é uma surpresa encontrar uma anã marrom tão velha, mas é uma surpresa encontrar uma em nosso quintal”, disse Federico Marocco, astrofísico do IPAC em Caltech que conduziu as novas observações usando os telescópios Keck e Hubble. “Esperávamos que anãs marrons tão antigas existissem, mas também esperávamos que fossem incrivelmente raras. A chance de encontrar uma tão perto do sistema solar pode ser uma coincidência feliz, ou nos diz que elas são mais comuns do que pensávamos.”

A ilustração deste artista mostra uma anã marrom fria e escura no espaço. Anãs marrons se formam como estrelas, mas não têm massa suficiente para iniciar a fusão nuclear em seus núcleos - o processo que faz com que as estrelas queimem. Como resultado, elas compartilham algumas características físicas com planetas massivos, como Júpiter. Créditos: IPAC / Caltech

Um acidente de sorte

Para encontrar anãs marrons mais antigas como O Acidente - se elas estiverem por aí - os pesquisadores podem ter que mudar a forma como procuram por esses objetos.

O Acidente foi descoberto pelo cientista cidadão Dan Caselden, que estava usando um programa online que ele construiu para encontrar anãs marrons em dados do NEOWISE. O céu está cheio de objetos que irradiam luz infravermelha; em geral, esses objetos parecem permanecer fixos no céu, devido à sua grande distância da Terra. Mas como as anãs marrons são tão fracas, elas são visíveis apenas quando estão relativamente perto da Terra, e isso significa que os cientistas podem observá-las se movendo no céu durante meses ou anos. (O NEOWISE mapeia todo o céu uma vez a cada seis meses.)

O programa de Caselden tentou remover os objetos infravermelhos estacionários (como estrelas distantes) dos mapas NEOWISE e destacar objetos em movimento que tinham características semelhantes às anãs marrons conhecidas. Ele estava olhando para uma dessas candidatas a anã marrom quando avistou outro objeto muito mais fraco movendo-se rapidamente pela tela. Isso acabaria sendo WISEA J153429.75-104303.3, que não havia sido destacado porque não correspondia ao perfil do programa de uma anã marrom. Caselden o pegou por acidente.

“Esta descoberta está nos dizendo que há mais variedade nas composições das anãs marrons do que vimos até agora”, disse Kirkpatrick. “Provavelmente existem mais estranhos por aí, e precisamos pensar em como procurá-los.”

Mais sobre as missões

Lançada em 2009, a espaçonave WISE foi colocada em hibernação em 2011 após completar sua missão principal. Em setembro de 2013, a NASA reativou a espaçonave com o objetivo principal de escanear objetos próximos à Terra, ou NEOs, e a missão e a espaçonave foram renomeadas para NEOWISE. O JPL, uma divisão da Caltech, administrou e operou o WISE para o Science Mission Directorate (SMD) da NASA. A missão foi selecionada competitivamente pelo Programa de Exploradores da NASA, administrado pelo Goddard Space Flight Center da agência em Greenbelt, Maryland. NEOWISE é um projeto do JPL, uma divisão da Caltech, e da Universidade do Arizona, apoiado pelo Escritório de Coordenação de Defesa Planetária da NASA.

Mais informações:

J. Davy Kirkpatrick et al, The Enigmatic Brown Dwarf WISEA J153429.75-104303.3 (a.k.a. "The Accident"), The Astrophysical Journal Letters (2021). DOI: 10.3847/2041-8213/ac0437

Junte-se aos nossos Canais Espaciais para continuar falando sobre o espaço nas últimas missões, céu noturno e muito mais! Siga-nos no facebook e no twitter. E se você tiver uma dica, correção ou comentário, informe-nos aqui ou pelo e-mail: gaiaciencia@gaiaciencia.com.br

Referência:

GREICIUS, Tony. An Accidental Discovery Hints at a Hidden Population of Cosmic Objects. NASA - Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, 31, ago. 2021. Disponível em: <https://www.nasa.gov/feature/jpl/an-accidental-discovery-hints-at-a-hidden-population-of-cosmic-objects>. Acesso em: 31, ago. 2021.