Astrônomos capturaram as primeiras medições de rotação do HR 8799, o famoso sistema que fez história como o primeiro sistema exoplanetário a ter sua imagem capturada.
Descoberto em 2008 por dois Observatórios Maunakea no Havaí – Observatório WM Keck e o Observatório Gemini internacional, um programa do NOIRLab da NSF – o sistema estelar HR 8799 está localizado a 129 anos-luz de distância e tem quatro planetas mais massivos que Júpiter, ou super-Júpiter : HR 8799 planetas b, c, d e e. Nenhum de seus períodos de rotação jamais foi medido, até agora.
A descoberta foi possível por uma equipe de ciência e engenharia liderada pelo Caltech and Keck Observatory, que desenvolveu um instrumento capaz de observar exoplanetas com imagens conhecidas em resoluções espectrais detalhadas o suficiente para permitir que os astrônomos decifrem a velocidade com que os planetas estão girando.
Usando o Keck Planet Imager and Characterizer (KPIC) de última geração no telescópio Keck II no topo da Ilha do Havaí, Maunakea, os astrônomos descobriram que as velocidades mínimas de rotação dos planetas HR 8799 d e e eram de 10,1 km / se 15 km / s, respectivamente. Isso se traduz em uma duração do dia que pode ser tão curta quanto três horas ou pode ser de até 24 horas, como na Terra, dependendo das inclinações axiais dos planetas HR 8799, que atualmente são indeterminados. Para contextualizar, um dia em Júpiter dura quase 10 horas; sua velocidade de rotação é de cerca de 12,7 km / s.
Quanto aos outros dois planetas, a equipe foi capaz de restringir o spin do HR 8799 c a um limite superior de menos de 14 km / s; a medição da rotação do planeta b foi inconclusiva.
As descobertas são os primeiros resultados científicos do KPIC, que foram aceitos para publicação no The Astronomical Journal; o estudo está disponível em formato pré-impresso em arXiv.org.
“Com o KPIC, fomos capazes de obter as observações de resolução espectral mais alta já conduzidas dos exoplanetas HR 8799”, disse Jason Wang, astrônomo da Caltech e principal autor do estudo. “Isso nos permite estudá-los com granularidade mais fina do que nunca e abre a chave para obter uma compreensão mais profunda não apenas de como esses quatro planetas se formaram, mas de como os gigantes gasosos em geral se desenvolvem em todo o universo.”
A rapidez com que um planeta gira dá uma ideia de sua história de formação. Criados a partir de gás e poeira levantados por uma estrela recém-nascida, os planetas bebês começam a girar mais rápido à medida que acumulam mais material e crescem – um processo chamado de acreção do núcleo. Acredita-se que os campos magnéticos planetários diminuem e limitam sua velocidade de rotação. Depois que o planeta totalmente formado terminar de se acumular e esfriar, ele volta a girar.
“Os spins dos planetas d e e do HR 8799 são consistentes com a teoria de que os campos magnéticos dos planetas freiam seus spins em seus anos natais”, diz Wang. “As medições de spin também sugerem a noção de que planetas de massa inferior giram mais rápido porque são menos afetados pela frenagem magnética, o que pode nos dizer algo importante sobre como eles se formam. Acho isso tentador.”
Wang enfatiza que essa possível tendência não foi confirmada; para validá-lo, são necessárias mais medições de spin KPIC de companheiros de massa inferior. O objetivo da equipe é encontrar uma ligação comum entre os períodos de rotação dos planetas HR 8799, os planetas gigantes em nosso próprio sistema solar, Júpiter e Saturno, e outros super-Júpiteres e anãs marrons conhecidos.
“Com medições de spin suficientes, seremos capazes de identificar tendências que revelariam como funcionam os processos físicos que conduzem a formação de planetas”, disse o co-autor Jean-Baptiste Ruffio, pesquisador associado de pós-doutorado em Astronomia da Caltech, David e Ellen Lee. “Isso é algo que as pessoas já começaram a fazer, mas o KPIC está nos permitindo fazer isso para os mundos alienígenas com imagens menores, mais fracos e mais próximos.”
O sucesso da primeira luz do KIPC
Comissionado entre 2018-2020, a especialidade do KPIC é detectar exoplanetas e anãs marrons que orbitam tão perto de suas estrelas hospedeiras que o brilho da luz das estrelas torna difícil ‘ver’ esses corpos celestes da Terra. O instrumento filtra a luz estelar indesejada por meio de uma unidade inovadora de injeção de fibra que direciona a luz do sistema ótico adaptativo do telescópio Keck II (AO) para o espectrógrafo infravermelho próximo do Observatório (NIRSPEC).
Os primeiros resultados de luz do KPIC são descritos em um artigo técnico que foi aceito no Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems (JATIS) [inserir link] e está disponível em formato pré-impresso em arXiv.org.
“O KPIC é um divisor de águas no campo da caracterização de exoplanetas”, diz o investigador principal do KPIC Dimitri Mawet, professor de astronomia da Caltech. “Isso nos permite medir a duração do dia, a órbita e a composição molecular de sua atmosfera em um planeta.”
O KPIC fez fortes detecções de água e monóxido de carbono, mas nenhum metano, em três dos quatro planetas HR 8799 – c, d e e – o que é consistente com o que se conhece das atmosferas dos planetas.
“É empolgante ver a manifestação da superpotência do KPIC”, disse o cientista / engenheiro do Observatório Keck AO Jacques Delorme, autor principal do artigo JATIS. “Como esta é a primeira tecnologia desse tipo, não sabíamos se o KPIC funcionaria tão bem. Agora que demonstramos com sucesso seus recursos, podemos passar para a Fase 2 do projeto para melhorar ainda mais o desempenho geral do instrumento. ”
“Ainda precisamos desbloquear todo o potencial científico do KPIC”, disse Nemanja Jovanovic, cientista líder em instrumentos da Caltech, co-autora do artigo técnico. “Por meio de mais atualizações de instrumentos, esperamos observar exoplanetas em um futuro próximo com um alto grau de detalhe, que seremos capazes de estudar fenômenos meteorológicos e mapear nuvens de planetas gigantes gasosos.”
A Fase 2 das atualizações KPIC está planejada para este inverno. Se tudo correr bem, a comunidade científica do Observatório Keck pode começar a usar a tecnologia na segunda metade de 2022.
Publicado em 01/08/2021 10h03
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