Astrônomos estiveram em um turbilhão de pesquisas que quebram regras, mudam paradigmas e borram rótulos nos últimos anos, focalizando uma coleção de objetos muito improvável: os sem-teto cósmicos.
Tudo começou em 1996, quando o Telescópio Espacial Hubble detectou estrelas onde elas não deveriam estar, vagando livre dos limites gravitacionais das galáxias. Dois anos depois, astrônomos avistaram o primeiro planeta suspeito – um mundo vagando pelo espaço sem uma estrela em órbita.
Desde então, os astrônomos descobriram mais uma dúzia de planetas invasores em potencial, um par de objetos interestelares e centenas de estrelas invasoras que estão se espalhando de nossa galáxia em direção a Andrômeda.
Esses rebeldes derrubaram a prática tradicional dos astrônomos de classificar um corpo celestial pelo sistema que ele chama de lar – uma lua pertence ao seu planeta, um planeta pertence à sua estrela, uma estrela à sua galáxia e assim por diante. Os astrônomos estão agora pensando muito além dessas categorias hierárquicas, imaginando um cosmos cheio de luas sem planetas, planetas sem estrelas e estrelas ou buracos negros sem galáxias. Felizmente, uma nova geração de observatórios espaciais e terrestres está pronta para desvendar seus mistérios.
Visitantes interestelares
Duas das descobertas mais recentes foram feitas em nosso próprio quintal. Primeiro veio o 1I / 2017 U1 (?Oumuamua), detectado em outubro de 2017 pelo telescópio Pan-STARRS no Havaí. Em seguida foi 2I / Borisov, visto pela primeira vez por seu astrônomo amador da Criméia homônimo em agosto de 2019. Ambos eram sem precedentes, os primeiros visitantes conhecidos de fora do nosso sistema solar.
Exteriormente, Borisov parecia relativamente familiar, com um tamanho e comportamento semelhantes aos cometas nativos do nosso sistema solar. Mas uma grande diferença era sua velocidade e trajetória – estava se movendo a 20 milhas (32 quilômetros) por segundo e traçando um caminho hiperbólico. Esta combinação de atributos significava que era estranho: estava se movendo muito rápido para ser ligado gravitacionalmente ao Sol, e a elipse aberta (semelhante à de ‘Oumuamua) significava que não se originou aqui e acabaria por sair do sistema solar.
?Oumuamua, por outro lado, era único em todos os sentidos. Tinha a forma de um charuto, seis vezes mais do que largo. Ele também estava se movendo muito mais devagar do que Borisov – embora ainda fosse rápido o suficiente para escapar do sistema solar após seu encontro relativamente breve. A cada quatro horas, ele aumentava de brilho e escurecia por um fator de 12, sugerindo que estava caindo no espaço, refletindo reflexos da luz do sol como uma moeda jogada pela galáxia.
A falta de uma coma cometária implicava que era um asteróide rochoso, mas conforme ele se afastou do Sol, algo misterioso aconteceu: ele acelerou. Os astrônomos concluíram que isso provavelmente se deveu à liberação de gases cometários – o jato de gás congelado liberado pelo aquecimento solar. Mas se isso fosse verdade, o gás deveria ter criado um halo visível de gás e poeira, conhecido como coma, e aumentado a taxa de queda de ‘Oumuamua. Nem ocorreu.
Iceberg alienígena
Então, ‘Oumuamua era um cometa, um asteróide ou outra coisa? Como ele não foi localizado até que estivesse bem afastado, 40 dias depois de girar em torno do Sol, os astrônomos careciam de informações vitais sobre seu comportamento.
Alguns propuseram que ?Oumuamua poderia ser uma nave alienígena ou vela solar. A maioria dos astrônomos desconsiderou ambas as teorias, uma vez que nenhum sinal de rádio foi detectado e o comprimento do campo de futebol de ‘Oumuamua teria exigido uma vela fina como papel para gerar sua aceleração observada.
Outros pesquisadores sugeriram uma explicação mais natural: ele estava liberando gás ao longo de pontos sucessivos de um lado enquanto eles giravam para a luz solar direta. Isso faria com que ele balançasse para frente e para trás como um pêndulo, sua superfície alternadamente aquecida e resfriada sob a luz do sol escaldante e sombra gelada.
Mais recentemente, alguns dos mesmos autores publicaram um artigo no The Astrophysical Journal Letters em junho passado, propondo que ?Oumuamua é um iceberg de hidrogênio. Há muito se teorizou a existência de gelo de hidrogênio molecular interestelar (H2), mas nunca foi detectado. É uma substância tão misteriosa que alguns cosmologistas acreditaram que nuvens moleculares poderiam abrigar grandes quantidades dela como fonte de matéria escura – o material que mantém nossa galáxia unida.
“Parece improvável porque nunca vimos gelo de hidrogênio, mas se você assumir que está correto, isso explica todas as coisas estranhas sobre ‘Oumuamua”, diz Darryl Seligman, pós-doutorado na Universidade de Chicago e coautor do estudo .
Pelas contas de Seligman, outros candidatos para liberação de gás teriam sido facilmente detectáveis ou exigiam que uma grande quantidade de material fosse ejetada. O gelo de hidrogênio explica o comportamento estranho de ‘Oumuamua porque é difícil de detectar e serve como um combustível superalimentado.
“O hidrogênio molecular é de longe o melhor acelerador”, diz Seligman. “Para o nitrogênio [e outros] funcionarem, você precisaria que a superfície estivesse quase completamente coberta, enquanto para o hidrogênio você poderia ter uma coisa suja com um pouco de hidrogênio congelado e outras coisas lá, o que é muito mais fácil de formar.”
Também pode explicar a forma longa e semelhante a um fragmento de “Oumuamua. De acordo com a reconstrução de Seligman, quando nosso Sol começou a bombardeá-lo com fótons, a superfície ao longo do eixo longo do objeto ficou mais exposta e derreteu mais rápido. ?É exatamente o que acontece com uma barra de sabão no chuveiro?, diz ele. “O que você obtém é este pequeno fragmento murcho que é muito alongado e muito pequeno.”
Nunca veremos ?Oumuamua novamente e nunca saberemos exatamente o que era. Mas a serendipidade de avistar ?Oumuamua e Borisov no espaço de apenas dois anos sugere que estamos perdendo muitos de seus irmãos. Felizmente, a tecnologia necessária para identificá-los estará disponível em breve. Situado no topo de uma montanha no Chile, o Observatório Vera C. Rubin deve estar totalmente operacional em 2023. Seu poderoso telescópio foi projetado para varrer todo o céu a cada três noites com uma câmera de 3.200 megapixels (a maior do mundo) e será capaz de detectar objetos no sistema solar como intrusos interestelares e asteróides próximos à Terra, bem como eventos mais distantes como supernovas e explosões de raios gama.
‘Origens de Oumuamua
Em seu artigo de junho de 2020, Darryl Seligman e seus colegas argumentaram que “Oumuamua poderia ter nascido nos ultracongeladores do cosmos: nuvens moleculares. Pairando alguns graus acima do zero absoluto a menos 454 graus Fahrenheit (menos 270 graus Celsius), com pressão ambiente suficiente para evitar a evaporação repentina do gelo, as nuvens moleculares são ricas em hidrogênio e frias o suficiente para congelá-las e acumulá-las em torno de grandes partículas de poeira.
Mas os detratores dessa ideia dizem que ‘Oumuamua teria levado centenas de milhões de anos para viajar da nuvem molecular gigante mais próxima – tempo demais para um pedaço de gelo de hidrogênio sobreviver à sublimação gradual, que faz com que o gelo transite diretamente de um sólido para um gás. Em vez disso, para que o cenário de gelo de hidrogênio esteja correto, ?Oumuamua deve ser um objeto notavelmente jovem nascido nas proximidades. No ano passado, um estudo da University of Western Ontario por Tim Hallatt e Paul Wiegert argumentou que ?Oumuamua poderia ter se formado há menos de 100 milhões de anos, bem onde as jovens estrelas que atualmente nos cercam estavam prestes a se aglutinar. A análise deles baseia-se na velocidade lenta de ‘Oumuamua em relação à vizinhança estelar pela qual estamos agora passando enquanto orbitamos o centro da galáxia – em outras palavras, eles argumentaram que interceptamos’ Oumuamua, e não o contrário. – R.H.
K. Ulaczyk / J. Skowron / OGLE / Observatório Astronômico, Universidade de Varsóvia
Planetas desgarrados
Mais tarde nesta década, o planejado Telescópio Espacial Nancy Grace Roman da NASA começará a procurar outro tipo de nômade: planetas desonestos ou mundos sem estrelas. Roman corresponderá à resolução do Hubble, mas cobrirá 100 vezes seu campo de visão e verá mais profundamente no infravermelho para cortar a poeira e o gás galácticos.
O telescópio irá caçar exoplanetas, energia escura e matéria escura. Mas, de acordo com um estudo recente conduzido por pesquisadores da Ohio State, Roman provavelmente revelará algo igualmente surpreendente: uma galáxia cheia de mais planetas errantes do que estrelas visíveis.
“Não acho que as pessoas realmente tenham um conceito do que são planetas invasores, muito menos que a galáxia pode estar repleta deles”, diz o professor do estado de Ohio e co-autor do estudo, Scott Gaudi. “A detecção de ‘Oumuamua demonstra que objetos flutuantes de massa extremamente baixa provavelmente entraram e saíram de nosso sistema solar durante todo o tempo que estivemos fazendo astronomia, e só agora temos a tecnologia para detectá-los,” ele diz.
Uma das coisas mais interessantes sobre Roman é que ele pode detectar planetas rebeldes tão leves quanto Plutão, diz Gaudi. A técnica que ele usará é chamada de microlente gravitacional, que já foi usada por observatórios baseados em terra para identificar um punhado de prováveis planetas desonestos. A microlente gravitacional tira proveito de um fenômeno previsto por Einstein há mais de um século: o campo gravitacional de uma grande massa se curva e amplia a luz que se origina por trás dela. Neste caso, quando um planeta passa na frente de uma estrela mais distante, o brilho amplificado da estrela alerta os astrônomos para um evento de lente. A duração do evento revela a massa do planeta, ou as chamadas lentes.
“Quanto menos massiva for a lente, mais curto será o evento de microlente”, diz Przemek Mróz, um pós-doutorado na Caltech. Mróz também é membro do Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE) da Universidade de Varsóvia, que usa um telescópio de 1,3 metros no Chile para procurar tais ocorrências. “A maioria dos eventos observados, que normalmente duram vários dias, são causados por estrelas”, acrescenta. “Os eventos de microlente atribuídos a planetas flutuantes têm escalas de tempo de apenas algumas horas.”
Em um estudo publicado em novembro passado, Mróz e seus colegas relataram ter encontrado um candidato desonesto menor que a Terra, com um evento de microlente recorde de apenas 41,5 minutos. A equipe do OGLE estima a massa de um planeta não apenas pela duração do evento, mas também pela forma da curva de luz observada, que mostra como o brilho da estrela de fundo muda ao longo do tempo. Combinar observações futuras com Roman e o Observatório Rubin baseado na Terra permitirá aos cientistas triangular distâncias e obter estimativas de massa ainda mais precisas. A equipe acredita que este exoplaneta em particular está flutuando livremente ou pelo menos oito vezes mais longe de sua estrela que a Terra está do sol.
NASA, ESA e J. DePasquale (STScI)
Astrônomos tentaram explicar planetas invasores de várias maneiras. Um cenário é que planetas desonestos são órfãos abandonados por suas estrelas natais enquanto se transformam em gigantes vermelhos. À medida que as estrelas expandiam suas camadas externas, elas perdiam massa e controle gravitacional em seus mundos mais distantes. (Netuno e Urano podem compartilhar esse destino quando nossa própria estrela entrar em seus estágios finais de vida.) Um cenário alternativo sugere que uma estrela que passa pode rasgar planetas com órbitas largas longe do abraço distante de sua estrela natal, deixando-os à deriva. Uma terceira explicação é que os ladinos são expulsos em sua juventude, dominados por irmãos mais massivos e lançados no vazio enquanto competem para acumular material em torno de sua estrela-mãe.
Alguns objetos que parecem planetas desonestos podem na verdade ser anãs marrons expiradas – estrelas falidas que gastaram todo o seu combustível de deutério e não podem gerar pressão e calor suficientes para iniciar quaisquer outras reações nucleares. Essas anãs marrons, que inicialmente devem pesar pelo menos 13 Júpiteres para queimar o deutério, esfriariam e encolheriam à medida que perdessem a pressão radiativa necessária para sustentar sua massa.
A anã marrom mais fria registrada está em torno de menos 10 graus Fahrenheit (menos 23 graus Celsius), observa Melodie Kao, da Arizona State University, “e isso é mais frio do que a superfície da Terra. Então, é realmente um planeta ou uma anã marrom? Esse é um grande ponto de debate entre os astrônomos”.
E apesar de uma lista crescente de candidatos a planetas desonestos, ainda não é possível verificar quais são verdadeiros nômades e quais estão em órbitas enganosamente largas em torno de uma estrela hospedeira distante. Isso pode ter que esperar até que a próxima geração de telescópios gigantes de 30 metros entre em operação daqui a alguns anos. Seu poder de resolução será capaz de distinguir rapidamente uma estrela hospedeira – se houver uma – de uma estrela de fundo, pois seus movimentos através da galáxia os separam no céu.
Luas rebeldes
Se os planetas podem ficar rebeldes, o que dizer de suas luas? A busca já começou por exomoons órfãos dentro de sistemas estelares – que uma equipe de pesquisadores apelidou de ploonets. Uma vez que os astrônomos acham que as exomoons são mais numerosas do que os exoplanetas, a existência de ploonets parece provável. Mas detectá-los ampliará os recursos até mesmo da tecnologia atual da próxima geração.
Até agora, quase tudo que aprendemos sobre ploonets vem de modelos. De acordo com simulações recentes, ploonets nascem de tangos caóticos entre seu planeta pai e a estrela hospedeira. A equipe do Chile que cunhou o termo concentrava-se nos Júpiteres quentes, exoplanetas gigantes que se dirigiram a distâncias semelhantes às de Mercúrio de suas estrelas. À medida que tal planeta se aproxima de sua estrela hospedeira, ele experimenta forças de maré que o distorcem. Devido a uma interação complexa de gravidade e fricção, a protuberância da maré retarda a rotação do planeta enquanto dá um impulso ao impulso da lua, enviando esta última para uma órbita mais alta. À medida que a distância aumenta, a ligação gravitacional entre o planeta e a lua pode se tornar tão fraca que a estrela hospedeira rasga a lua como um planeta distinto.
Um estudo de 2019 identificou outra maneira pela qual as luas podem se tornar perigosas – quando um planeta gigante e suas luas orbitam uma estrela que faz parte do sistema binário. A gravidade da segunda estrela empurra o planeta para uma órbita excêntrica e interrompida que o faz girar tão perto de sua estrela hospedeira que o planeta perde a “custódia” e a estrela adota a lua em uma órbita circunstelar independente – assumindo que não engula e vaporize primeiro.
O estudo descobriu que apenas 10 por cento dos ploonetas sobrevivem a seus planetas pais. Os outros caem em sua estrela, colidem com seus pais ou são vaporizados pela radiação estelar, deixando um anel orbital de poeira, gás e detritos. Esses anéis de detritos também podem escurecer repetidamente sua estrela hospedeira, o que poderia explicar o escurecimento errático – e misterioso – da Estrela de Tabby na constelação de Cygnus. Luas que não conseguem alcançar o status de fuga e são destruídas por seu planeta pai também podem explicar o caso peculiar de um exoplaneta a cerca de 430 anos-luz de distância, que parece ter nada menos que 37 anéis ao seu redor.
“Todos esses cenários acontecem quase definitivamente”, diz Miguel Martinez, da Northwestern University, principal autor do estudo de 2019. “A questão é se as taxas são grandes o suficiente para que possamos detectar esses eventos com dados e instrumentos atuais. O fato de que vimos uma estrela de gato malhado até agora, em vez de muitos deles, não deve ser surpreendente.”
Por enquanto, esses campos de detritos remanescentes podem ser a melhor chance para os astrônomos inferirem a existência de ploonetas. Afinal, mesmo se os astrônomos detectassem um ploonet em fuga orbitando sua estrela hospedeira, seria difícil distingui-lo dos planetas normais. “Não acho que alguém tenha analisado seriamente esse problema ainda”, diz Martinez. Talvez os astrônomos encontrem ploonets e nem percebam que os encontraram.
Estrelas desencadeadas
Se as luas podem ser desalojadas dos planetas e os planetas podem ser arrancados das estrelas, será que as estrelas podem ser arrancadas das galáxias? Um século atrás, até mesmo a pergunta teria sido absurda, pois pensava-se que nossa galáxia abrangia todo o universo. O próprio conceito de múltiplas galáxias foi ridicularizado pelos maiores astrônomos do mundo.
Mas a descoberta de Henrietta Leavitt em 1908 de que o pulso de estrelas Cefeidas variáveis poderia ser usado para marcar distâncias – além das medições de Cefeidas de Edwin Hubble na Galáxia de Andrômeda em 1924 – provou que o universo compreende incontáveis galáxias, cada uma contendo bilhões de estrelas mantidas juntas por extraordinárias cola gravitacional.
Isso tornava difícil imaginar que as estrelas pudessem romper e escapar de limites tão rígidos. Então, em 1997, o Hubble imaginou centenas de estrelas gigantes vermelhas pairando no meio do aglomerado de galáxias de Virgem, muito distante de qualquer galáxia em particular. Medições subsequentes em 2005 por cientistas do Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics cronometraram estrelas lançadas de nossa galáxia a quase 1,5 milhão de mph (2,4 milhões de km / h). Vários anos atrás, uma equipe liderada por astrônomos de Vanderbilt descobriu centenas de estrelas de hipervelocidade – que eles chamaram de estrelas errantes – nos arredores da Via Láctea, em direção à Galáxia de Andrômeda.
Na mesma época, Michael Zemcov, professor assistente do Rochester Institute of Technology, começou a usar foguetes portando telescópios infravermelhos para perscrutar as manchas mais escuras do céu, na esperança de detectar a luz das galáxias primordiais. Sua equipe conseguiu detectar um brilho fraco e difuso – mas era muito azul e brilhante para vir de fontes tão distantes, cuja luz foi fortemente desviada para o vermelho, ou esticada para comprimentos de onda mais vermelhos. Eles concluíram que o brilho vinha de estrelas rebeldes – mais estrelas renegadas do que qualquer pessoa jamais imaginou que existisse no universo.
Zemcov acha que essas estrelas são ejetadas quando as galáxias se chocam. Essas colisões são “desleixadas”, explica ele. “[As galáxias] se fundem e ficam maiores, mas você perde um pouco da massa da tigela.”
Ele acredita que estrelas errantes extremamente distantes podem ajudar a resolver um problema de matéria perdida: de acordo com cosmologistas, uma quantidade significativa de massa e luz que deveria ser visível está faltando no universo, mesmo após somar todas as galáxias conhecidas. (Este “problema de bárion ausente” é separado da matéria escura, a coisa misteriosa que permeia o universo e mantém as galáxias juntas.) “Nosso trabalho diz que se você somar toda a luz das galáxias que você vê, seria aproximadamente o mesmo que a quantidade de luz fora das galáxias [de estrelas errantes]”, diz Zemcov.
Existem explicações alternativas mais exóticas para essa luz fraca e onipresente, como matéria escura em decomposição, mas Zemcov acredita que sua explicação se encaixa melhor. Nesta primavera, sua equipe planeja lançar um foguete de acompanhamento, chamado Cosmic Infrared Background ExpeRiment-2, ou CIBER-2. Com capacidade adicional que se estende ao espectro de luz visível, eles acham que será capaz de provar que o sinal misterioso é a luz das estrelas.
Na dobra
Nossa galeria de malandros intergalácticos não termina aí. Alguns cientistas suspeitam que os aglomerados globulares vagando pelas lacunas entre as galáxias no aglomerado de Virgem podem estar orbitando buracos negros desabrigados lançados de galáxias em incompatibilidades fatais com oponentes maiores.
E em agosto passado, astrônomos no Japão levaram a noção de sem-teto ao seu extremo. Eles calcularam que, em meio ao vasto redemoinho de gás e detritos girando em torno de buracos negros supermassivos no centro das galáxias, poderiam se formar planetas sem estrelas com 3.000 vezes a massa da Terra. Esses blanets, como a equipe os chamou, estariam presos em órbitas de 1 milhão de anos a 10 anos-luz de sua substituta “estrela”, o horizonte de eventos.
O reino dos ladinos pode ser estonteante. As luas se transformam em ploonetes. Estrelas fracassadas se tornam planetas. Os asteróides interestelares se comportam como cometas. Os buracos negros dão origem a blanets. E os astrônomos acreditam que pode haver tantos planetas flutuando entre estrelas quanto estrelas em nossa galáxia – ou estrelas vagando entre galáxias quanto galáxias no universo. À medida que os telescópios perscrutam o espaço cada vez mais intensamente, o elenco de personagens promete enriquecer, revirando a história de nosso sistema solar, nossa galáxia e os confins do cosmos.
Publicado em 08/05/2021 20h37
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