Backyard Worlds: Cool Neighbors

Nossa Missão

Por meio deste projeto, esperamos identificar anãs marrons na vizinhança cósmica local do Sol. Ao estudar esses objetos, aprenderemos mais sobre atmosferas de exoplanetas gigantes, o processo de formação de estrelas, quais compostos são predominantes em toda a galáxia e como a composição do material protoestelar molda o desenvolvimento de estrelas em nossa galáxia.

Juntos, podemos descobrir novos vizinhos frios próximos do Sol, conhecidos como anãs marrons. Por meio do uso de dados de telescópio e da capacidade do cérebro humano de distinguir padrões com relativa facilidade, podemos identificar anãs marrons reais escondidas entre outras estrelas, galáxias e ruído de detectores.

Anãs marrons são objetos celestes com massas entre as das estrelas e as dos planetas gigantes como Júpiter. Abaixo está uma representação artística de uma anã marrom. Você pode pensar nelas como versões superdimensionadas de Júpiter, mas flutuando sozinhas no espaço interestelar em vez de orbitar uma estrela.

(Crédito: NASA/JPL-Caltech)

Infelizmente, encontrar exemplos de anãs Y -- a classe mais fria conhecida de anãs marrons -- criou um grande gargalo para essa linha de pesquisa. Esses objetos são incrivelmente tênues e, como resultado, temos que procurar por aqueles próximos ao nosso sistema solar, onde eles aparecerão mais brilhantes.

Usando algoritmos de aprendizado de máquina, identificamos uma série de locais no banco de dados WISE que parecem ter algum grau de movimento. No entanto, esses algoritmos podem ser enganados por artefatos como ruído de detector e picos de difração. A maneira mais eficiente de examinar esses potenciais candidatos a anãs marrons é utilizando o poder da ciência cidadã para analisar grandes quantidades de dados em um curto espaço de tempo.

Por que deveríamos nos importar com anãs marrons?

Anãs marrons são objetos celestes que existem entre o tamanho de planetas e estrelas, frequentemente caracterizadas como "estrelas fracassadas". Esses objetos têm massas entre a de Júpiter e as estrelas de menor massa que fundem hidrogênio, o que faz com que compartilhem propriedades tanto com estrelas quanto com exoplanetas!

Estrelas são corpos celestes com massa suficiente para que a pressão gravitacional de seus interiores seja forte o suficiente para suportar a fusão de hidrogênio - a reação que faz com que estrelas como o nosso Sol brilhem ou, em termos técnicos, emitam luz visível. Sua luz torna as estrelas relativamente fáceis de encontrar no espaço. Planetas, por outro lado, não têm massa suficiente para sustentar fusão de qualquer tipo e não emitem sua própria luz visível, o que os torna muito difíceis de detectar. Anãs marrons percorrem essa fronteira entre planeta e estrela, tendo muito pouca massa para sustentar a fusão de hidrogênio, mas ainda tendo massa suficiente para brilhar fracamente de sua formação (tornando-as invisíveis ao olho humano). No entanto, elas emitem luz no infravermelho que podemos detectar usando telescópios especializados!

As atmosferas das anãs marrons são muito semelhantes às dos exoplanetas gigantes, mas podem ser observadas em detalhes sem o brilho de uma estrela hospedeira muito mais brilhante interferindo. Essas atmosferas de anãs marrons mostram fortes assinaturas de água e metano, que são moléculas importantes para o desenvolvimento dos compostos orgânicos que vemos na Terra. Algumas anãs marrons podem até ser planetas errantes que foram ejetados de seu sistema estelar original! Explorar esses objetos pode fornecer insights valiosos sobre a formação de outros sistemas estelares e a abundância de vários compostos em todo o universo.

Como as anãs marrons são tão fracas, é possível que possa haver uma anã marrom ainda esquecida mais perto de nós do que Proxima Centauri! (Proxima Centauri é a estrela conhecida mais próxima do nosso Sol). Esta seria uma descoberta histórica, e você pode ser o primeiro a avistá-la!

No projeto Backyard Worlds: Cool Neighbors, buscamos anãs marrons em imagens infravermelhas tiradas pelo telescópio Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) da NASA. O satélite e telescópio WISE foi lançado em 2009 e continua a nos ajudar a aprender mais sobre a origem de exoplanetas, estrelas e galáxias em todo o nosso universo.

(Crédito: NASA/JPL-Caltech)

Assista ao lançamento do telescópio WISE aqui!

Descobrindo Novos Vizinhos do Sol

Anãs mMarrons são Raras!

Comparadas a estrelas e galáxias normais ("sequência principal"), e até mesmo artefatos de imagem, anãs marrons são muito raras. Por exemplo, o WISE detectou bilhões de galáxias e estrelas normais, mas provavelmente apenas alguns milhares de anãs marrons. Para descobrir uma nova anã marrom, você provavelmente precisará olhar em cerca de 100-500 flipbooks. Aproximadamente 10% de nossos flipbooks contêm objetos em movimento descobertos anteriormente, para ajudar você a ter uma ideia de como um movimento real se pareceria e para ajudar nossa equipe de pesquisa a entender a precisão das classificações que recebemos.

Movimento Próprio de Corpos Celestes

Anãs marrons são frias e fracas, então elas só podem ser detectadas quando estão perto de nós. Todos os habitantes da Via Láctea estão se movendo em relação ao Sol. No entanto, percebemos os objetos próximos a nós se movendo muito mais rápido do que os mais distantes. Para um exemplo desse efeito, você pode tentar agora mesmo, pegue seu dedo e coloque-o a cerca de 10 polegadas de seus olhos. Feche um olho e mova seu dedo cerca de 6 polegadas da esquerda para a direita. Agora, pegue seu dedo e estenda-o o mais longe possível de seu olho. Mova-o os mesmos 6 polegadas da esquerda para a direita novamente.

Você deve ser capaz de ver que seu dedo parece se mover em uma distância angular maior quando está mais perto de você do que quando está mais longe. Essencialmente, a mesma coisa está acontecendo com anãs marrons, mas na escala de anos-luz em vez de polegadas!

A Estrela de Barnard é uma estrela anã vermelha relativamente próxima da Terra a uma distância de aproximadamente 6 anos-luz. Como tal, tem um movimento aparente bastante alto. Aqui está a aparência da Estrela de Barnard em dados de telescópio:

Observe que a animação acima está em loop; a estrela de Barnard não "salta para trás" em nenhum momento, ela apenas continua se movendo essencialmente em uma trajetória de linha reta.

Para uma estrela que se move a uma velocidade v perpendicular à nossa linha de visão com uma distância d da Terra, a velocidade angular é proporcional a

Aqui, v estaria em unidades de distância ao longo do tempo (como m/s ou km/s), d é a distância entre nós e a estrela (em unidades como anos-luz) e μ é a taxa de movimento aparente no céu, que os astrônomos chamam de movimento próprio. O movimento próprio tem unidades de deslocamento angular por unidade de tempo. Acontece que a unidade conveniente de movimento próprio para estrelas próximas é segundos de arco por ano, onde um segundo de arco é 1/3600º de um grau. A Estrela de Barnard tem o maior movimento próprio de qualquer estrela ou anã marrom atualmente conhecida, em aproximadamente 10,4 segundos de arco por ano. É possível que por meio de pesquisas como Backyard Worlds: Cool Neighbors, possamos descobrir uma anã marrom rápida que quebre esse recorde de movimento próprio!

Paralaxe

O movimento aparente de estrelas próximas é geralmente dominado pelo movimento próprio, mas há também outro componente de suas trajetórias no céu chamado "paralaxe". A paralaxe mede a "oscilação" anual percebida da estrela próxima ou anã marrom causada pelo movimento da Terra ao redor do Sol.

Catálogos (como Gaia) frequentemente citam paralaxe em unidades de miliarcseconds. A conversão de paralaxe em miliarcseconds para distância do sistema solar em parsecs é a seguinte:

distância em parsecs = 1000 / (paralaxe em milissegundos de arco)

Uma grande paralaxe significa que um objeto está próximo, e uma pequena paralaxe significa que um objeto está distante. Um valor de paralaxe de 50 miliarcsegundos corresponde a uma distância de 20 parsecs (~65 anos-luz) do sistema solar, o que seria muito próximo pelos padrões astronômicos. Uma paralaxe de 5 miliarcsegundos (às vezes abreviada como "mas") corresponde a uma distância de 200 parsecs. Geralmente, para Cool Neighbors, estamos mais interessados ​​em anões que estão a uma distância de ~100 parsecs do sistema solar.

Temperatura e Cor

Se você já olhou para o céu noturno, provavelmente notou que as estrelas vêm em cores diferentes. A cor de uma estrela é indicativa de sua temperatura. Uma estrela de aparência azul/branca é relativamente quente, enquanto uma estrela fria (digamos, uma anã vermelha como a Estrela de Barnard) parecerá mais vermelha/laranja. A luz emitida por um objeto devido à sua temperatura é conhecida como radiação de corpo negro.
Esse fenômeno não se limita apenas às estrelas. Sua lâmpada incandescente típica funciona exatamente da mesma maneira: a eletricidade faz com que o filamento dentro da lâmpada aqueça até cerca de 2.300 graus Kelvin e emita radiação de corpo negro no espectro visível (para referência, o Sol tem uma temperatura de superfície de 5.800 graus Kelvin). Os objetos não precisam estar a milhares de graus para emitir luz: o corpo humano também é quente o suficiente para emitir luz! No entanto, a luz que você (e outros objetos mais frios, como anãs marrons) emite está na faixa de comprimento de onda do infravermelho e está fora do espectro visual humano.

Felizmente, pesquisas modernas de área ampla como a WISE (e sua extensão, NEOWISE) são sensíveis o suficiente para detectar anãs marrons na faixa de comprimento de onda de ~3-5 mícrons, onde elas emitem luz mais fortemente. Então, os dados que você analisará no Cool Neighbors não são fotos de luz visível como você tiraria usando uma câmera normal, eles estão, na verdade, capturando luz que seria invisível para observadores humanos. Os dados são então transformados em luz visível por meio da manipulação de dados, onde podemos analisá-los facilmente.

Mais Informação

Para mais informações sobre a ciência das anãs marrons e como as detectamos, não deixe de conferir a seção Perguntas frequentes.

Esperamos que você faça uma grande descoberta!

Agradecimentos

Agradecemos à NASA, que financiou este trabalho por meio do Programa de Financiamento Inicial da Ciência Cidadã, Subsídio 80NSSC21K1485.

O trabalho da equipe do Cool Neighbors foi apoiado pelo NOIRLab, que é gerenciado pela Associação de Universidades para Pesquisa em Astronomia (AURA) sob um acordo de cooperação com a National Science Foundation.

Backyard Worlds: Cool Neighbors usa a ferramenta de recorte de imagem WiseView.