Luz misteriosa ao redor de uma estrela recém-formada, e o que os astrônomos pensam sobre ela

Imagem infravermelha de uma estrela dupla do CS Chameleon com um companheiro descoberto recentemente (circulado por uma linha pontilhada). O companheiro é único entre todos os descobertos por nós e provavelmente possui seu próprio disco de poeira

Em nosso universo, é muito difícil crescer. Na grande dança gravitacional do cosmos, geralmente os maiores e mais massivos "embriões" de corpos triunfam: eles atraem cada vez mais matéria disponível nas proximidades. Na nuvem molecular onde as estrelas se formam, geralmente acontece que os pedaços da maior massa se transformam em estrelas e a massa restante é achatada em um disco. Nódulos menores se formam neste disco, crescendo em planetas, luas e outros corpos gelados e rochosos.

Ao observar o disco protoplanetário em torno da estrela jovem, há uma chave para descobrir o processo de formação do planeta. A 600 anos-luz de nós, há uma estrela CS Chameleon localizada na pequena constelação do sul Chameleon - esta é uma pequena estrela binária no processo de formação. Os cientistas em busca de planetas encontraram algo que nunca haviam visto antes. Ainda estamos estudando essa questão, mas pode acontecer que estamos observando o nascimento de uma anã marrom : uma estrela subdesenvolvida.


As regiões de poeira através das quais o olhar dos telescópios ópticos não pode penetrar são transparentes aos telescópios infravermelhos, como o VLT + SPHERE ou o HAWK-I do Observatório Europeu do Sul, do qual essa imagem foi obtida. A faixa de infravermelho demonstra perfeitamente os locais de formação de estrelas novas e futuras, onde a densidade de poeira que bloqueia a luz visível é maior

Qualquer nuvem de gás molecular de massa suficientemente grande tem o potencial de formar uma nova estrela. Se a nuvem esfria o suficiente, ela começa a encolher e as maiores imperfeições iniciais atraem a maior parte do problema. Chameleon CS é um desses sistemas recém-nascidos, cuja região central consiste em uma estrela binária no processo de formação. A estrela está rodeada por um disco de poeira: exatamente o que esperávamos ver em torno do sistema estelar emergente. Usando o instrumento SPHERE do Very Large Telescope no Chile, os cientistas mediram o sistema, seu disco e a matéria circundante em detalhes. Eles estavam procurando por novos planetas, mas encontraram algo ainda melhor do que o planeta que apareceu recentemente.


A jovem estrela 2MASS J16281370-2431391 está cercada por um disco de gás e poeira, visível quase da borda: um disco protoplanetário. Desde a descoberta do 2MASS, descobrimos muitos desses objetos e os examinamos com muito mais detalhes.

Geralmente a luz não polarizada vem de uma estrela: os campos elétrico e magnético da luz são orientados aleatoriamente. Quando a luz ricocheteia em algo, ela se polariza. Portanto, a luz das estrelas não é polarizada e a luz refletida no disco protoplanetário deve ser polarizada. E perto deste disco na faixa de infravermelho, os cientistas viram outro pequeno objeto. De acordo com um novo trabalho , que deve ser publicado na revista Astronomy & Astrophysics, o brilho desse objeto é exatamente tal que pode ser um planeta ou uma anã marrom de pequena massa. Mas a surpresa é que a luz desse objeto, que deveria emitir sua própria radiação não polarizada, acabou polarizada.


Uma imagem infravermelha de uma estrela dupla e uma companheira descoberta recentemente, visível através de filtros polarizadores especiais que tornam visível o disco de poeira e os exoplanetas. O companheiro parece ter seu próprio disco de poeira.

Se fosse um gigante gasoso ou uma anã marrom, a luz poderia ser ligeiramente polarizada: no nível de cerca de 1%. Os astrônomos há muito procuram esses sinais em tais sistemas, mas sem sucesso. Pela primeira vez, um sinal de polarização foi descoberto em torno de um companheiro tão pequeno. Mas o nível de polarização não era de todo igual a 1%, como se poderia esperar. Em vez disso, era literalmente astronômico: 14% incríveis e sem precedentes! Existem muito, muito poucos objetos no Universo que podem produzir essa polarização; portanto, a equipe que trabalha sob a direção de Christian Ginsky precisa ter muito cuidado.


Comparação alternada de luz infravermelha e polarizada, onde uma quantidade incrivelmente alta de polarização é vista vindo de um companheiro orbitando em um sistema binário

Uma das idéias que imediatamente veio à mente - isso pode não ser um companheiro real do sistema, mas uma galáxia distante emitindo luz de alta polarização. Galáxias ativas com buracos negros supermassivos absorvem ativamente a matéria digerem matéria e cospem jatos relativísticos extremamente energéticos; seu nível de polarização pode atingir esse nível. Mas a equipe de Ginsky explorou essa possibilidade observando dados mais antigos do telescópio Hubble há muitos anos para ver se eles podiam dizer se havia um companheiro assim. E embora nada desse tipo tenha sido encontrado, os irritantes raios de difração inerentes a ele por causa de seu design às vezes aparecem na foto de Hubble. E embora no futuro próximo tenhamos um telescópio sem esses recursos, hoje temos que usar tecnologias sofisticadas de processamento para removê-los. Eles fizeram exatamente isso - e dê uma olhada, eles realmente encontraram um companheiro.


O CS de Chameleon fotografou o Hubble, e os raios característicos de difração, para dizer o mínimo, dificultando a identificação de um companheiro duplo. Mas, usando as técnicas apropriadas, você pode subtrair esses raios e ver esse companheiro

Se fosse um objeto de fundo, há muitos anos, não estaria no mesmo lugar que está agora, graças ao próprio movimento da estrela no céu. Portanto, essa bola de luz pouco polarizada e altamente polarizada realmente se tornou uma companheira do CS Chameleon. O que isso significa? Segundo o próprio Ginski :

O mais interessante é que a luz do companheiro é fortemente polarizada. Essa direção de polarização preferida geralmente aparece quando a luz é espalhada ao longo de seu caminho. Suspeitamos que o companheiro esteja cercado por seu próprio disco de poeira. O truque é que o disco bloqueia a maior parte do mundo, para que mal possamos determinar a massa de um companheiro.

Curiosamente, os dados não apenas sugerem que o companheiro possui seu próprio disco, mas que esse disco não é paralelo ao principal disco em estrela dupla!


Infográficos da estrela dupla do CS Chameleon e do disco duplo ao redor (à esquerda) com um companheiro descoberto recentemente (à direita). O companheiro está localizado mais de 214 vezes mais longe de uma estrela binária do que a Terra do Sol, mas, obviamente, se refere a esse sistema. Todo o sistema está localizado a aproximadamente 165 parsecs (538 anos-luz) da Terra.

Para reproduzir os dados que recebemos, o disco deve estar localizado quase à nossa frente. O que é estranho, uma vez que o disco do sistema binário principal do CS Chameleon está inclinado em nossa direção em algum lugar entre as posições "edge" e "plane". Já vimos essa falta de alinhamento mais de uma vez - já encontramos sistemas binários e triplos empoeirados e não paralelos. Mas primeiro descobrimos um companheiro polarizado fora de um desses discos protoplanetários!
Como seu disco de poeira bloqueia tanta luz, é muito difícil determinar a massa do companheiro. Pertence aos planetas da classe Júpiter? Super Júpiter? Ou, de acordo com os autores, é uma anã marrom de pequena massa: uma estrela subdesenvolvida?

Ter um disco de poeira ao redor de um companheiro quase certamente significa que, seja o que for, no futuro ele terá seus próprios companheiros!


As anãs marrons, de 13 a 80 massas de Júpiter, transformarão deutério + deutério em hélio-3 ou trítio, e permanecerão do mesmo tamanho que Júpiter, adquirindo apenas uma massa muito maior. O companheiro atual do CS Chameleon pode ter uma massa de várias massas de Júpiter a 20 dessas massas. Na figura, o Sol não é dado em escala, seria muitas vezes maior.

Não temos certeza de que estimamos corretamente a idade do sistema em 2 a 3 milhões de anos e não temos certeza de que ele já concluiu sua formação. O instrumento SPHERE, disponível com o Very Large Telescope, atingiu seus limites na astronomia infravermelha, mas se formos a comprimentos de onda longos e outros observatórios, podemos descobrir. Portanto, a equipe planeja observações de acompanhamento com o telescópio ALMA .


A matriz de submilímetro de grande milímetro de Atacama ( ALMA ) é um dos radiotelescópios mais poderosos da Terra. Eles são capazes de medir os sinais de comprimento de onda de átomos, moléculas e íons, inacessíveis aos telescópios que operam com comprimentos de onda mais curtos, como o Hubble. Eles também são capazes de medir em detalhes as características dos sistemas protoplanetários que não são visíveis nem mesmo aos telescópios infravermelhos.

Ao considerar esses sistemas, surgem várias perguntas adicionais. A massa do companheiro está crescendo? A luz emitida por ela muda com o tempo? As principais estrelas binárias do planeta são formadas no disco? A porcentagem de polarização mudará com o tempo? O disco principal de uma estrela dupla termina aproximadamente a uma distância igual à distância do Sol ao afélio de Plutão, mas o companheiro adicional está a uma distância dez vezes maior. E, como os autores concluem:

Descobrimos que o conjunto de observações obtido explica melhor a anã marrom extinta de pequena massa (≈ 20 massas de Júpiter) ou um planeta de grande massa cercado por um disco não deteriorado.

Pode acontecer que, pela primeira vez, observemos um sistema planetário ou subcelular no processo de formação: uma versão ampliada de Júpiter e das luas de Júpiter. Obtendo informações adicionais sobre esse sistema em particular e sobre outros semelhantes a ele, embarcamos no caminho de um entendimento preciso de como os sistemas estelares deste Universo são formados, desenvolvidos e crescem. Hora incrível de ver o céu!