Sonda Cheops da ESA encontra um anel inesperado em torno do planeta anão Quaoar

Impressão artística do planeta anão Quaoar e seu anel. A lua Weywot de Quaoar é mostrada à esquerda. O anel de Quaoar foi descoberto por meio de uma série de observações que ocorreram entre 2018 e 2021. Usando uma coleção de telescópios terrestres e o telescópio espacial Cheops da ESA, os astrônomos observaram Quaoar passar na frente de uma sucessão de estrelas distantes, bloqueando brevemente apagavam sua luz quando ela passava.

Durante uma pausa na observação de planetas em torno de outras estrelas, a missão ExOPlanet Satellite (Cheops) da ESA observou um planeta anão em nosso próprio Sistema Solar e deu uma contribuição decisiva para a descoberta de um denso anel de material ao seu redor. Cheops é nada mais que a versão em inglês do nome Quéops (antigo monarca egípcio que foi o segundo faraó da IV dinastia, na primeira metade do período do Império Antigo (século XXVI a.C.).

O planeta anão é conhecido como Quaoar. A presença de um anel a uma distância de quase sete vezes e meia o raio de Quaoar abre um mistério para os astrônomos resolverem: por que esse material não se fundiu em uma pequena lua?

Como observar objetos distantes no Sistema Solar

O anel foi descoberto por meio de uma série de observações que ocorreram entre 2018 e 2021. Usando uma coleção de telescópios terrestres e o telescópio espacial Cheops, os astrônomos observaram Quaoar cruzar na frente de uma sucessão de estrelas distantes, bloqueando brevemente apagavam sua luz quando ela passava.

Tal evento é conhecido como uma ocultação. Observar como a luz da estrela oculta cai fornece informações sobre o tamanho e a forma do objeto oculto e pode revelar se o objeto intermediário tem uma atmosfera ou não. Neste caso, quedas menores antes e depois da ocultação principal traíram a presença de material em órbita ao redor de Quaoar.

Quaoar faz parte de uma coleção de mundos pequenos e distantes conhecidos como objetos transnetunianos (TNOs). Cerca de 3.000 são conhecidos. Como o nome sugere, os TNOs são encontrados nos confins do Sistema Solar, além da órbita do planeta Netuno. Os maiores dos TNOs são Plutão e Eris. Com um raio estimado de 555 km, Quaoar ocupa o sétimo lugar na lista de tamanhos e é orbitado por uma pequena lua chamada Weywot, com aproximadamente 80 km de raio.

Estudar esses planetas anões é difícil por causa de seus tamanhos pequenos e distâncias extremas. A própria Quaoar orbita o Sol quase 44 vezes a distância Sol-Terra. Assim, as ocultações são ferramentas particularmente valiosas. Até recentemente, no entanto, era difícil prever exatamente quando e onde eles aconteceriam.

Para que ocorra uma ocultação, o alinhamento entre o objeto oculto (aqui o TNO), a estrela e o telescópio de observação deve ser extremamente preciso. No passado, era quase impossível atender aos rigorosos requisitos de precisão para ter certeza de ver um evento. No entanto, para perseguir esse objetivo, o projeto Lucky Star do Conselho Europeu de Pesquisa, coordenado por Bruno Sicardy, Universidade Sorbonne e Observatório de Paris PSL (LESIA), foi criado para prever futuras ocultações por TNOs e coordenar a observação desses eventos de observatórios profissionais e amadores em todo o mundo.

Alinhamento preciso

Recentemente, o número de ocultações estelares observadas aumentou. Em grande parte, isso se deve à contribuição de dados da missão de mapeamento estelar da ESA, Gaia. A espaçonave apresentou uma precisão tão impressionante em suas posições estelares que as previsões feitas pela equipe Lucky Star se tornaram muito mais certas.

Uma das pessoas envolvidas no projeto Lucky Star é Isabella Pagano, do Observatório Astrofísico do INAF de Catania, Itália, e membro do Cheops Board. Isabella foi contatada por Kate Isaak, cientista do projeto da ESA para a missão Cheops, que estava curiosa para saber se o telescópio espacial também seria capaz de capturar uma ocultação.

“Eu estava um pouco cética sobre a possibilidade de fazer isso com o CHEOPS”, admitiu Isabella, “mas investigamos a viabilidade.

A principal questão era que a trajetória do satélite pode ser ligeiramente modificada por causa do arrasto nas partes superiores da atmosfera terrestre. Isso se deve à atividade solar imprevisível que pode atingir nosso planeta e inflar sua atmosfera.

De fato, na primeira vez que a equipe tentou observar uma ocultação com Quéops, que envolvia Plutão, a previsão não foi precisa o suficiente e nenhuma ocultação pôde ser observada.

O alinhamento foi mais favorável na segunda tentativa, porém, quando observaram Quaoar. Ao fazer isso, eles fizeram a primeira detecção de uma ocultação estelar por um objeto transnetuniano do espaço.

Um anel nisso

“Os dados do Cheops são incríveis para relação sinal-ruído”, diz Isabella. O sinal para ruído é uma medida de quão forte o sinal detectado é para o ruído aleatório no sistema. Cheops dá um grande sinal ao ruído porque o telescópio não está olhando através dos efeitos de distorção da atmosfera inferior da Terra.

Essa clareza foi decisiva para reconhecer o sistema de anéis de Quaoar porque permitiu aos pesquisadores eliminar a possibilidade de que as quedas de luz fossem causadas por um efeito espúrio na atmosfera terrestre. Combinando várias detecções secundárias, feitas com telescópios na Terra, foi possível ter certeza de que eram causadas por um sistema de anéis ao redor de Quaoar.

Impressão artística de Cheops, o Caracterizing Exoplanet Satellite da ESA, em órbita acima da Terra. Nesta vista, a tampa do telescópio do satélite está aberta. Laboratório de mídia ESA / ATG

Bruno Morgado, Universidade Federal do Rio de Janeiro ( isso mesmo, Brasileiro), liderou a análise. Ele combinou os dados do Cheops com os de grandes observatórios profissionais em todo o mundo e cientistas cidadãos amadores, todos os quais observaram Quaoar ocultando várias estrelas nos últimos anos. “Quando juntamos tudo, vimos quedas de brilho que não eram causadas por Quaoar, mas que apontavam para a presença de material em uma órbita circular ao seu redor. No momento em que vimos isso, dissemos: ‘Ok, estamos vendo um anel ao redor de Quaoar.

Quando se trata de sistemas de anéis, o planeta gigante Saturno detém a coroa. Conhecido como o planeta dos anéis, Saturno possui uma coleção de poeira e pequenas luas que circundam o equador do planeta. Apesar de ser uma visão observacional impressionante, a massa do sistema de anéis é bastante pequena. Se coletado, daria entre um terço e metade da massa da lua Mimas de Saturno, ou cerca de metade da massa da plataforma de gelo antártica da Terra.

O anel de Quaoar é muito menor que o de Saturno, mas não menos intrigante. Não é o único sistema de anéis conhecido que existe em torno de um anão ou planeta menor. Dois outros – em torno de Chariklo e Haumea – foram detectados por meio de observações terrestres. O que torna o anel de Quaoar único, no entanto, é onde ele é encontrado em relação ao próprio Quaoar.

O limite de Roche

Qualquer objeto celeste com um campo gravitacional apreciável terá um limite dentro do qual um objeto celeste que se aproxima será despedaçado. Isso é conhecido como limite de Roche. Espera-se que sistemas de anéis densos existam dentro do limite de Roche, que é o caso de Saturno, Chariklo e Haumea.

“Portanto, o que é tão intrigante sobre esta descoberta em torno de Quaoar é que o anel de material está muito mais longe do que o limite de Roche”, diz Giovanni Bruno, Observatório Astrofísico do INAF de Catania, Itália.

Isso é um mistério porque, de acordo com o pensamento convencional, os anéis além do limite de Roche se fundirão em uma pequena lua em apenas algumas décadas. “Como resultado de nossas observações, a noção clássica de que anéis densos sobrevivem apenas dentro do limite de Roche de um corpo planetário deve ser completamente revisada”, diz Giovanni.

Os primeiros resultados sugerem que as temperaturas frias em Quaoar podem desempenhar um papel na prevenção das partículas de gelo de se unirem, mas mais investigações são necessárias.

“As observações de Cheops desempenharam um papel fundamental no estabelecimento da presença de um anel em torno de Quaoar, em uma aplicação de fotometria de alta precisão e alta cadência que vai além da ciência exoplanetária mais típica da missão”, diz Kate.

Enquanto os teóricos trabalham em como os anéis Quaoar podem sobreviver, o projeto Lucky Star continuará a observar Quaoar e também outros TNOs enquanto eles ocultam estrelas distantes para medir suas características físicas e ver quantas outras também possuem sistemas de anéis.

E Cheops retornará à sua missão original para estudar exoplanetas próximos.

Nota para editores

“Um anel denso em torno do objeto transnetuniano (50000) Quaoar bem fora de seu limite de Roche” por B.E. Morgado et al., foi publicado na Nature. DOI: 10.1038/s41586-022-05629-6

Mais sobre Quéops

Cheops é uma missão da ESA desenvolvida em parceria com a Suíça, com um consórcio dedicado liderado pela Universidade de Berna e com importantes contribuições da Áustria, Bélgica, França, Alemanha, Hungria, Itália, Portugal, Espanha, Suécia e Reino Unido.

A ESA é o arquiteto da missão Cheops, responsável pela aquisição e teste do satélite, pelo lançamento e fase inicial de operações e comissionamento em órbita, bem como pelo Programa de Observadores Convidados através do qual cientistas de todo o mundo podem se inscrever para observar com Cheops. O consórcio de 11 Estados Membros da ESA liderado pela Suíça forneceu elementos essenciais da missão. O contratante principal para o projeto e construção da espaçonave é a Airbus Defence and Space em Madri, Espanha.

O consórcio da missão Cheops administra o Centro de Operações da Missão localizado no INTA, em Torrejón de Ardoz, perto de Madri, Espanha, e o Centro de Operações Científicas, localizado na Universidade de Genebra, na Suíça.

Para mais informações, visite: https://www.esa.int/Cheops

Com informações da ESA

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