GRAVITY instrument breaks new ground in exoplanet imaging
Cutting-edge ESO's VLTI (Very Large Telescope Interferometer) instrument reveals details of a storm-wracked exoplanet using optical interferometry. SIM/CENTRA members participate in this adventure. See the full news below in Portuguese.
Instrumento GRAVITY abre novos caminhos na obtenção de imagens de exoplanetas
Este instrumento de vanguarda do VLTI (Very Large Telescope Interferometer) do ESO revelou detalhes de um exoplaneta devastado por tempestades com o auxílio de interferometria óptica.
Imagem artística que mostra o exoplaneta observado, HR8799e. Crédito: ESO/L. Calçada.
O instrumento GRAVITY, montado no Interferómetro do Very Large Telescope (VLTI) do ESO, obteve a sua primeira observação direta de um exoplaneta utilizando interferometria óptica. Este método revelou uma atmosfera exoplanetária complexa com nuvens de ferro e silicatos no seio de uma tempestade que engloba todo o planeta. Esta técnica apresenta possibilidades únicas para caracterizar muitos dos exoplanetas que se conhecem atualmente.
Este resultado foi anunciado hoje numa carta à revista Astronomy & Astrophysics pela Colaboração GRAVITY [1], na qual foram apresentadas observações do exoplaneta HR8799e usando interferometria óptica. Este exoplaneta foi descoberto em 2010 em órbita de uma estrela jovem de sequência principal, HR8799, situada a cerca de 129 anos-luz de distância da Terra na direção da constelação de Pégaso.
Este mapa mostra a constelação do Pégaso, o cavalo alado da mitologia grega, onde está assinalada a localização de HR8799 e também a maioria das estrelas visíveis a olho nu numa noite escura e límpida. Esta constelação é bem familiar aos observadores do céu noturno, já que contém três das quatro estrelas que compõem o brilhante asterismo conhecido por Quadrado de Pégaso, usado para localizar vários objetos no céu. Esta constelação contém igualmente vários objetos do céu profundo de interesse para os astrónomos, incluindo o pulsar afectado por lente gravitacional chamado Cruz de Einstein. Crédito: ESO, IAU e Sky & Telescope.
Esta imagem de grande angular mostra a região que rodeia a jovem estrela HR8799 na constelação do Pégaso. Esta imagem foi criada a partir de dados do Digitized Sky Survey 2. A localização da HR8799 está assinalada. Crédito: ESO/Digitized Sky Survey 2.
O sistema HR8799 acolhe quatro exoplanetas do tipo super-Júpiter que orbitam a estrela com períodos que vão de décadas a séculos. O HR8799e é o planeta mais interior que se vê neste vídeo. Esta sequênca vídeo consiste em 7 imagens de HR8799 obtidas com o Telescópio Keck durante 7 anos. O vídeo foi feito por Jason Wang, os dados foram reduzidos por Christian Marois e as órbitas ajustadas por Quinn Konopacky. Bruce Macintosh, Travis Barman e Ben Zuckerman ajudaram nas observações. Créditos: J. Wang et al.
Os resultados de hoje, que revelam novas características do HR8799e, necessitaram de um instrumento de muito alta resolução e sensibilidade. O GRAVITY pode usar os quatro Telescópios Principais do VLT do ESO em uníssono como se de um único telescópio enorme se tratassem, utilizando um técnica conhecida por interferometria [2]. Este super-telescópio — o VLTI — colecta e separa de forma precisa a radiação emitida pela atmosfera do HR8799e e a radiação emitida pela sua estrela progenitora.
Vista aérea da plataforma de observação situada no topo da montanha Paranal (por volta de finais de 1999), com as quatro cúpulas dos Telescópios Principais de 8,2 metros e várias instalações para o Interferómetro do Very Large Telescope (VLTI). Sobrepostos sobre a imagem estão três Telescópios Auxiliares (ATs) de 1,8 metros e o percurso dos raios luminosos. Podemos ver também 30 posições onde os ATs são colocados para as observações e donde os raios luminosos vindos dos telescópios podem entrar no Túnel Interferométrico situado por baixo. As estruturas direitas são suportes para os carris onde os telescópios se deslocam de uma posição para outra. O Laboratório Interferométrico (parcialmente subterrâneo) encontra-se no centro da plataforma. Crédito: ESO.
Esquema do Interferómetro do VLT. A radiação emitida por um objeto celeste distante é colectada por dois dos telescópios do VLT e é refletida por vários espelhos para o Túnel Interferométrico, situado por baixo da plataforma do Paranal. Duas Linhas de Atraso com carruagens amovíveis ajustam continuamente o comprimento dos percursos, de modo a que os dois raios interfiram de maneira construtiva e produzam franjas de interferência no foco interferométrico no laboratório. Crédito: ESO.
“Os resultados demonstram o potencial deste instrumento no estudo de exoplanetas,” explica o António Amorim do CENTRA (Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa) e co-autor do estudo.
O HR8799e é um exoplaneta do tipo "super-Júpiter", um mundo diferente de qualquer um dos planetas existentes no Sistema Solar, já que é mais massivo e muito mais jovem do que qualquer dos planetas que orbita o nosso Sol. Com apenas 30 milhões de anos de idade, este exoplaneta bebé é suficientemente jovem para dar aos astrónomos pistas sobre a formação de planetas e sistemas planetários. O exoplaneta é completamente inóspito — a energia que restou da sua formação e um forte efeito de estufa fazem com que o HR8799e apresente uma temperatura de cerca de 1000º C à sua superfície.
Esta é a primeira vez que a interferometria óptica é utilizada para revelar detalhes sobre um exoplaneta e a nova técnica deu-nos um espectro extremamente detalhado com uma qualidade sem precedentes — dez vezes mais detalhado do que observações anteriores. As medições levadas a cabo pela equipa revelaram a composição da atmosfera do HR8799e — a qual contém algumas surpresas.
"A nossa análise mostrou que o HR8799e tem uma atmosfera que contém muito mais monóxido de carbono do que metano — algo que não se espera do equilíbrio químico," explica o líder da equipa Sylvestre Lacour, investigador do CNRS no Observatório de Paris - PSL e no Instituto Max Planck de Física Extraterrestre. "A melhor maneira de explicar este resultado surpreendente é com elevados ventos verticais no seio da atmosfera, os quais impedem o monóxido de carbono de reagir com o hidrogénio para formar metano."
A equipa descobriu que a atmosfera contém igualmente nuvens de poeira de ferro e silicatos. Quando combinado com o excesso de monóxido de carbono, este facto sugere-nos que a atmosfera do HR8799e esteja a sofrer os efeitos de uma enorme e violenta tempestade.
"As nossas observações sugerem uma bola de gás iluminada do interior, com raios de luz quente em movimento nas nuvens escuras tempestuosas," explica Sylvestre Lacour. "A convecção faz movimentar as nuvens de partículas de ferro e silicatos, que se desagregam provocando chuva no interior. Este cenário mostra-nos uma atmosfera dinâmica num exoplaneta gigante acabado de formar, onde ocorrem processos físicos e químicos altamente complexos."
“Esperemos aplicar a técnica de interferometria que o GRAVITY oferece para explorarmos outros exoplanetas de interesse,” explica o Paulo Garcia do CENTRA (Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto) e co-autor do estudo.
Este resultado junta-se ao já impressionante conjunto de descobertas feitas com o auxílio do GRAVITY, as quais incluem a observação do ano passado de gás a espiralar com uma velocidade de 30% da velocidade da luz na região logo a seguir ao horizonte de acontecimentos do buraco negro supermassivo que se situa no Centro Galáctico. Este novo resultado adiciona mais uma maneira de observar exoplanetas ao já extenso arsenal de métodos disponíveis aos telescópios e instrumentos do ESO [3] — abrindo caminho a muitas outras descobertas impressionantes [4].
Notas
[1] O instrumento GRAVITY foi desenvolvido por uma colaboração constituída por: Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (Alemanha), Observatório de Paris/LESIA–PSL / CNRS / Sorbonne Université / Univ. Paris Diderot e IPAG da Université Grenoble Alpes / CNRS (França), Instituto Max Planck de Astronomia (Alemanha), Universidade de Colónia (Alemanha), CENTRA–Centro de Astrofísica e Gravitação (Portugal) e ESO. [2] A interferometria é uma técnica que permite aos astrónomos criar um super-telescópio ao combinar vários telescópios mais pequenos. O VLTI do ESO é um telescópio interferométrico criado a partir da combinação de dois ou mais Telescópios Principais do Very Large Telescope ou dos quatro Telescópios Auxiliares da mesma infraestrutura. Como cada Telescópio Principal tem um espelho primário de 8,2 metros de diâmetro, ao combiná-los criamos um telescópio com 25 vezes mais poder resolvente do que se tivéssemos um único telescópio a observar sozinho. [3] Os exoplanetas podem ser observados usando muitos métodos diferentes. Alguns destes métodos são indiretos, como o método das velocidades radiais que é usado pelo HARPS, o instrumento caçador de exoplanetas do ESO, que mede a atração que a gravidade de um planeta exerce sobre a sua estrela progenitora. Os métodos diretos, tais como a técnica pioneira usada para a obtenção deste resultado, envolvem a observação do planeta propriamente dito em vez do efeito que ele exerce sobre a sua estrela. [4] Descobertas recentes de exoplanetas com os telescópios do ESO incluem a deteção no ano passado de uma super-Terra em órbita da Estrela de Barnard, a estrela individual mais próxima do Sol, e a descoberta de planetas jovens em órbita de uma estrela bebé obtida com o auxílio do ALMA usando outra técnica inovadora para a detecção de planetas.
Informações adicionais
Este trabalho foi descrito num artigo científico intitulado "First direct detection of an exoplanet by optical interferometry", que foi publicado na revista da especialidade Astronomy & Astrophysics.
A equipa é composta por: S. Lacour (LESIA, Observatoire de Paris - PSL, CNRS, Sorbonne Universités, UPMC Univ. Paris 06, Univ. Paris Diderot, Meudon, França [LESIA]; Instituto Max Planck de Física Extraterrestre, Garching, Alemanha [MPE]), M. Nowak (LESIA), J. Wang (Department of Astronomy, California Institute of Technology, Pasadena, EUA), O. Pfuhl (MPE), F. Eisenhauer (MPE), R. Abuter (ESO, Garching, Alemanha), A. Amorim (Universidade de Lisboa, Lisboa, Portugal; CENTRA - Centro de Astrofísica e Gravitação, IST, Universidade de Lisboa, Lisboa, Portugal), N. Anugu (Faculdade de Engenharia, Universidade do Porto, Porto, Portugal; School of Physics, Astrophysics Group, University of Exeter, Exeter, Reino Unido), M. Benisty (Univ. Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, Grenoble, França [IPAG]), J.P. Berger (IPAG), H. Beust (IPAG), N. Blind (Observatoire de Genève, Université de Genève, Versoix, Suíça), M. Bonnefoy (IPAG), H. Bonnet (ESO, Garching, Alemanha), P. Bourget (ESO, Santiago, Chile), W. Brandner (Instituto Max Planck de Astronomia, Heidelberg, Alemanha [MPIA]), A. Buron (MPE), C. Collin (LESIA), B. Charnay (LESIA), F. Chapron (LESIA) , Y. Clénet (LESIA), V. Coudé du Foresto (LESIA), P.T. de Zeeuw (MPE; Sterrewacht Leiden, Universidade de Leiden, Leiden, Holanda), C. Deen (MPE), R. Dembet (LESIA), J. Dexter (MPE), G. Duvert (IPAG), A. Eckart (1º Instituto de Física, Universidade de Colónia, Colónia, Alemanha; Instituto Max Planck de Rádio Astronomia, Bona, Alemanha), N.M. Förster Schreiber (MPE), P. Fédou (LESIA), P. Garcia (Faculdade de Engenharia, Universidade do Porto, Porto, Portugal; ESO, Santiago, Chile; CENTRA - Centro de Astrofísica e Gravitação, IST, Universidade de Lisboa, Lisboa, Portugal), R. Garcia Lopez (Dublin Institute for Advanced Studies, Dublin, Irlanda; MPIA), F. Gao (MPE), E. Gendron (LESIA), R. Genzel (MPE; Departments of Physics and Astronomy, University of California, Berkeley, EUA), S. Gillessen (MPE), P. Gordo (Universidade de Lisboa, Lisboa, Portugal; CENTRA - Centro de Astrofísica e Gravitação, IST, Universidade de Lisboa, Lisboa, Portugal), A. Greenbaum (Department of Astronomy, University of Michigan, Ann Arbor, EUA), M. Habibi (MPE), X. Haubois (ESO, Santiago, Chile), F. Haußmann (MPE), Th. Henning (MPIA), S. Hippler (MPIA), M. Horrobin (1º Instituto de Física, Universidade de Colónia, Colónia, Alemanha), Z. Hubert (LESIA), A. Jimenez Rosales (MPE), L. Jocou (IPAG), S. Kendrew (European Space Agency, Space Telescope Science Institute, Baltimore, EUA; MPIA), P. Kervella (LESIA), J. Kolb (ESO, Santiago, Chile), A.-M. Lagrange (IPAG), V. Lapeyrère (LESIA), J.-B. Le Bouquin (IPAG), P. Léna (LESIA), M. Lippa (MPE), R. Lenzen (MPIA), A.-L. Maire (Instituto STAR, Université de Liège, Liège, Bélgica; MPIA), P. Mollière (Sterrewacht Leiden, Universidade de Leiden, Leiden, Holanda), T. Ott (MPE), T. Paumard (LESIA), K. Perraut (IPAG), G. Perrin (LESIA), L. Pueyo (Space Telescope Science Institute, Baltimore, EUA), S. Rabien (MPE), A. Ramírez (ESO, Santiago, Chile), C. Rau (MPE), G. Rodríguez-Coira (LESIA), G. Rousset (LESIA), J. Sanchez-Bermudez (Instituto de Astronomía, Universidad Nacional Autónoma de México, Cidade do México, México; MPIA), S. Scheithauer (MPIA), N. Schuhler (ESO, Santiago, Chile), O. Straub (LESIA; MPE), C. Straubmeier (1º Instituto de Física, Universidade de Colónia, Colónia, Alemanha), E. Sturm (MPE), L.J. Tacconi (MPE), F. Vincent (LESIA), E.F. van Dishoeck (MPE; Sterrewacht Leiden, Universidade de Leiden, Leiden, Holanda), S. von Fellenberg (MPE), I. Wank (1º Instituto de Física, Universidade de Colónia, Colónia, Alemanha), I. Waisberg (MPE) , F. Widmann (MPE), E. Wieprecht (MPE), M. Wiest (1º Instituto de Física, Universidade de Colónia, Colónia, Alemanha), E. Wiezorrek (MPE), J. Woillez (ESO, Garching, Alemanha), S. Yazici (MPE; 1º Instituto de Física, Universidade de Colónia, Colónia, Alemanha), D. Ziegler (LESIA) e G. Zins (ESO, Santiago, Chile). O ESO é a mais importante organização europeia intergovernamental para a investigação em astronomia e é de longe o observatório astronómico mais produtivo do mundo. O ESO tem 16 Estados Membros: Alemanha, Áustria, Bélgica, Dinamarca, Espanha, Finlândia, França, Holanda, Irlanda, Itália, Polónia, Portugal, Reino Unido, República Checa, Suécia e Suíça, para além do país de acolhimento, o Chile, e a Austrália, um parceiro estratégico. O ESO destaca-se por levar a cabo um programa de trabalhos ambicioso, focado na concepção, construção e operação de observatórios astronómicos terrestres de ponta, que possibilitam aos astrónomos importantes descobertas científicas. O ESO também tem um papel importante na promoção e organização de cooperação na investigação astronómica. O ESO mantém em funcionamento três observatórios de ponta no Chile: La Silla, Paranal e Chajnantor. No Paranal, o ESO opera o Very Large Telescope e o Interferómetro do Very Large Telescope, o observatório astronómico óptico mais avançado do mundo, para além de dois telescópios de rastreio: o VISTA, que trabalha no infravermelho, e o VLT Survey Telescope, concebido exclusivamente para mapear os céus no visível. O ESO é também um parceiro principal em duas infraestruturas situadas no Chajnantor, o APEX e o ALMA, o maior projeto astronómico que existe atualmente. E no Cerro Armazones, próximo do Paranal, o ESO está a construir o Extremely Large Telescope (ELT) de 39 metros, que será "o maior olho do mundo virado para o céu".
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