Patrulha da Binária Eclipsante

Escopo do Projeto

Uma "binária eclipsante" é um par de estrelas que orbitam uma a outra, orientadas de modo que uma estrela ocasionalmente bloqueie nossa visão da outra estrela. Com a Patrulha da Binária Eclipsante, você examinará dados da nave espacial da NASA/MIT chamada TESS (Transiting Exoplanets Survey Satellite) e ajudar a desvendar os mistérios desses sistemas de estrelas múltiplas. Juntos, descobriremos novas binárias eclipsantes, classificando os dados para eliminar impostoras — objetos que parecem piscar como uma binária eclipsante, mas não são.

Você já concluiu uma classificação neste projeto? Parabéns, agora você faz parte da nossa equipe de cientistas voluntários!

Por que precisamos de mais cientistas voluntários como você a bordo? Os dados do TESS contêm muitas informações, mas ainda é muito difícil para os computadores entenderem quando ele nos mostra fontes nas quais não estamos interessados, como objetos não estelares ou ruído de fundo.

Com sua ajuda, podemos separar os bons candidatos dos ruins. Também podemos usar essas estrelas para procurar exoplanetas — planetas que orbitam outras estrelas além do Sol.

Você está pronto para fazer parte de algo extraordinário? Sinta-se à vontade para começar a classificar agora! Ou continue lendo para aprender mais sobre a ciência de sistemas estelares múltiplos e os planetas que orbitam neles. Juntos, podemos revelar novos insights incríveis sobre estrelas binárias, objetos maravilhosos que ainda contêm muitas surpresas mesmo depois de centenas de anos de estudo.

Curvas de Luz

Na Patrulha da Binária Eclipsante, você ajudará a encontrar novas binárias eclipsantes inspecionando "curvas de luz". "Curva de luz" é um termo sofisticado usado por astrônomos para descrever um gráfico que mostra o brilho observado de um objeto luminoso no céu em função do tempo. Você verá esses gráficos mencionados frequentemente na Patrulha da Binária Eclipsante. Além disso, você inspecionará imagens de pequenas regiões do céu contendo cada fonte que estamos interessados ​​em investigar.

Estrelas Binárias

Muitos dos pontos de luz que vemos no céu à noite são, na verdade, estrelas binárias — sistemas de duas estrelas mantidas juntas pela gravidade e orbitando uma à outra.

Na verdade, quase metade das estrelas semelhantes ao Sol são binárias e cerca de uma em cada dez delas são sistemas de ordem ainda mais alta (chamados de sistemas estelares múltiplos)! A estrela mais próxima do Sol -- Proxima Centauri -- é parte do sistema triplo de Alpha Centauri. Proxima Centauri está a "somente" 4.25 anos-luz da Terra, enquanto Alpha Centauri A e Alpha Centauri B estão um pouco mais distantes, a uma distância de 4,35 anos-luz.

A complexidade de sistemas estelares múltiplos os torna ferramentas inestimáveis ​​para estudar vários aspectos da astrofísica. Eles nos ajudam a investigar a estrutura, formação e evolução estelar, e até mesmo produzem fenômenos celestes espetaculares, como supernovas, nebulosas planetárias e ondas gravitacionais. Os sistemas estelares múltiplos também fornecem uma visão mais profunda da formação, evolução e habitabilidade de planetas fora do Sistema Solar (um planeta além do Sistema Solar), que são de interesse crescente não apenas para astrônomos, mas também para o público em geral.

Sistemas estelares múltiplos estão espalhados pelo Universo e vêm em uma ampla variedade de configurações. Por exemplo, as duas estrelas em alguns sistemas binários podem estar distantes o suficiente para que possamos identificá-las como pontos separados de luz, às vezes até mesmo a olho nu. Em outros casos, a separação das duas estrelas é tão pequena que a binariedade do sistema pode ser revelada apenas com a ajuda de telescópios poderosos. Você pode encontrar mais informações sobre os diferentes tipos de estrelas binárias aqui.

Estrelas Binárias Eclipsantes (EBs)

Binárias eclipsantes (EBs) são um subconjunto especial de sistemas binários e fornecem uma base vital - a chamada "estrada real" -- da astrofísica estelar. EBs têm sido há muito tempo um assunto de estudos intensos que beneficiaram quase todos os tópicos da astronomia. Por exemplo, Beta Persei — um arquétipo binário eclipsante para variáveis ​​Algol, e visível a olho nu no Hemisfério Norte — tem sido monitorado por centenas e talvez até milhares de anos.

Como mencionamos, uma EB é um sistema onde uma das estrelas passa na frente da outra e bloqueia periodicamente a luz da outra. Como esse alinhamento especial é raro, cada nova EB que encontramos pode ser altamente valiosa. Aqui, veremos EBs observadas peça missão TESS da NASA.

Existe uma maneira fácil de visualizar uma binária eclipsante?

Sim, você pode usar esse simulador online de EBs para criar suas próprias binárias eclipsantes e inspecionar suas curvas de luz!

Importa se há diferenças de tamanho entre as duas estrelas que orbitam uma a outra?

De forma alguma - e de fato as duas estrelas em um sistema binário geralmente terão tamanhos, massas e temperaturas diferentes!

Para ajudar a ilustrar os conceitos que estamos discutindo, vamos considerar o seguinte exemplo. Imagine um sistema com duas estrelas que orbitam uma à outra em uma órbita circular com um período de P. Vamos também assumir que uma das estrelas é maior, mais massiva e mais quente (a estrela "primária") e a outra é menor, menos massiva e mais fria (a estrela "secundária"). Por fim, vemos o sistema de lado, ou "de frente", de modo que ele produz eclipses.

ISe monitorarmos o brilho deste sistema em função do tempo (ou seja, medirmos a curva de luz), veremos eclipses "primários" mais profundos quando a estrela pequena se move na frente da estrela grande e bloqueia parte da luz desta última (na fase orbital 0, ou o início do período - por favor, encontre mais informações sobre o que é uma fase orbital na página de Perguntas Frequentes) e eclipses "secundários" mais superficiais, quando a estrela pequena se move para trás da estrela grande e não vemos a luz que ela emite (na fase orbital 0,5, meio período após os eclipses primários):

Alternativamente, se os dois componentes forem idênticos — uma binária "gêmea" — os eclipses primário e secundário também serão idênticos:

Você pode usar o simulador de EBs para explorar a enorme diversidade de curvas de luz entre os dois exemplos descritos acima.

Existem sistemas estelares com mais de duas estrelas?

Sim, existem sistemas triplos (como Alpha Centauri), sistemas com quatro estrelas, cinco estrelas, seis estrelas, e potencialmente até sistemas de ordem superior (por exemplo, AR Cassiopeiae).

É importante ressaltar que, à medida que o número de estrelas em um sistema específico aumenta, também aumenta sua complexidade, de modo que certas configurações orbitais se tornam fisicamente impossíveis. Assim, a arquitetura de múltiplos sistemas estelares é geralmente hierárquica. Por exemplo, sistemas triplos geralmente têm uma configuração "2+1" onde uma estrela binária de período mais curto ("2") tem uma companheira terciária de período mais longo ("1"), enquanto sistemas quádruplos tendem a vir em uma configuração "2+2", ou seja, dois sistemas binários de período curto orbitam um ao redor do outro em uma órbita de período longo. O primeiro sistema sêxtuplo eclipsante, TIC 168789840, é composto de três estrelas binárias separadas em uma configuração "2+2+2". Em essência, aqui um quádruplo "2+2" tem um companheiro binário distante e, surpreendentemente, todos os três componentes binários são binários eclipsantes!

O que isso tem a ver com o TESS? O TESS não está coletando informações sobre exoplanetas?

A missão Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) da NASA monitora o brilho de dezenas de milhões de estrelas espalhadas por todo o céu. Muitas delas são estrelas binárias e uma pequena fração delas estará geometricamente alinhada para produzir eclipses. Embora a fração seja pequena, os números absolutos ainda são impressionantes — temos centenas de milhares de EBs precisando de uma análise abrangente!

Aqui na Patrulha da Binária Eclipsante, estamos examinando de perto as curvas de luz do TESS dessas EBs em busca de problemas óbvios ou sutis que possam ter enganado os métodos automatizados usados ​​para detectá-los. O impacto desses problemas pode variar de relativamente pequeno (por exemplo, o período estimado está errado por um fator de 2) a potencialmente sério (por exemplo, a estrela alvo pode não ser a fonte dos eclipses detectados) ou até mesmo catastrófico (por exemplo, isso não é EB de forma alguma!). Juntos, podemos garantir que os objetos que achamos que podem ser EBs REALMENTE sejam bons candidatos.

Existem exoplanetas em sistemas binários eclipsantes?

Sim, há de fato um punhado de planetas descobertos ao redor de estrelas binárias eclipsantes. A missão TESS já nos ajudou a encontrá-los -- TOI 1338b e TIC 172900988 -- e onde há dois, certamente há mais. Mas para encontrar os planetas, primeiro precisamos encontrar suas estrelas binárias progenitoras. E um dos métodos mais fáceis de fazer isso é encontrar binários eclipsantes!

A ciência das Estrelas Binárias Eclipsantes e Exoplanetas

O que é um exoplaneta em trânsito?
Um exoplaneta é um planeta que orbita estrelas diferentes do Sol. Um exoplaneta em trânsito é um exoplaneta que bloqueia periodicamente uma pequena fração da luz de sua estrela-mãe enquanto orbita ao redor da estrela.

O que é o TESS?
TESS é a mais recente missão de exoplanetas da NASA, projetada para encontrar milhares de exoplanetas em trânsito. O TESS é um telescópio espacial que mede o brilho de milhões de objetos luminosos no céu, criando um conjunto de dados que será um desafio para entender completamente sem a ajuda de cientistas cidadãos. O TESS vem observando desde 2018, ladrilhando o céu com setores de ~30 dias por hemisfério, por ano. Você pode ver um mês de observações do TESS aqui. A missão já encontrou milhares de candidatos a exoplanetas em trânsito — e espera-se que encontre muitos mais — ao detectar pequenas quedas no brilho de estrelas distantes produzidas por planetas em órbita que bloqueiam uma pequena parte do disco estelar correspondente — tal como Venus transita o Sol visto da Terra.

O TESS é a primeira missão desse tipo?
Não! Houveram outras missões antes da TESS, como Kepler. Kepler e TESS são semelhantes em propósito — encontrar planetas fora do Sistema Solar — mas diferentes em design e objetivos. Por exemplo, Kepler pesquisou uma pequena porção do céu em busca de exoplanetas em trânsito por quatro anos consecutivos (e descobriu mais de 4.000 deles) com um espelho de 1,4 m de diâmetro, enquanto TESS está pesquisando o céu inteiro com quatro espelhos de 10,5 cm observando uma seção específica do céu por cerca de um mês e depois passando para outra seção. O tamanho menor do espelho do telescópio torna nossa busca mais difícil, pois induz mais intensamente um efeito adverso conhecido como “confusão de fonte” (descrito abaixo).

Depois que dois giroscópios do telescópio espacial Kepler falharam, ele foi redirecionado para uma nova missão, chamada "K2", que vasculhou uma parte diferente do céu. Cientistas cidadãos no projeto Planet Hunters e projeto Exoplanet Explorers ajudaram a analisar os dados das missões Kepler e K2 da NASA e descobriu dezenas de novos exoplanetas, incluindo objetos raros e intrigantes como um [planeta com quatro sóis no céu]+tab+(http://nasa.gov/content/kepler-64b-four-star-planet), ou a Estrela de Boyajian.

No nosso projeto irmão Planet Patrol cientistas cidadãos investigaram milhares de planetas candidatos do TESS em diferentes catálogos, identificaram centenas de impostores e ajudaram a refinar o fluxo de trabalho de análise.

O que é "confusão de fonte"?
Um dos problemas mais comuns associados a observações astronômicas é o chamado efeito "confusão de fonte". Você provavelmente notou esse efeito quando estava na estrada à noite. Quando muito distante, um carro se aproximando parece um único ponto de luz -- você não consegue ver os dois faróis. Para resolver os dois como pontos de luz separados, você precisa esperar o carro chegar perto o suficiente ou usar olhos muito maiores.

Da mesma forma, quando há várias estrelas (ou galáxias) próximas umas das outras no céu, pode ser difícil diferenciá-las em imagens de telescópios e uma fonte pode ser facilmente confundida com outra. Quanto menor o espelho do telescópio, pior o problema. Essa confusão é uma grande fonte de ruído para o TESS e uma das principais razões pelas quais precisamos da ajuda de cientistas cidadãos para decifrar os dados do TESS.

Aqui está um exemplo de confusão de fontes, mostrando duas imagens da mesma estrela (KOI-258) mas tiradas de dois telescópios diferentes — um com um espelho de 1,4 m de diâmetro (Kepler) e outro com um espelho de 6,5 m de diâmetro (MMT. O que Kepler vê como uma única estrela (à esquerda) são na verdade três estrelas!

Considere este cenário: se tivéssemos apenas a imagem da esquerda e notássemos que o brilho da "estrela" alvo muda periodicamente, isso poderia indicar um possível planeta em trânsito! No entanto, com as informações adicionais fornecidas na imagem da direita, teríamos que determinar qual das três estrelas está causando essas flutuações de brilho. É um pequeno planeta orbitando uma estrela brilhante, como a imagem da esquerda teria sugerido, ou poderia ser uma estrela binária eclipsante espreitando no fundo, como a imagem da direita poderia sugerir? Alternativamente, poderia ser algo totalmente diferente?

No caso de KOI-258, descobriu-se que o alvo é, na verdade, um binário eclipsante, não uma estrela que hospeda um planeta em trânsito.

Agora, imagine apontar o telescópio de 10,5 cm do TESS para KOI-258. Teríamos um verdadeiro desafio, tentando descobrir o que é o quê em meio ao caos cósmico! Na Patrulha da Binária Eclipsante, enfrentaremos esse desafio juntos.

Quer aprenderer mais? Há muito mais informações em nossa página útil de Perguntas Frequentes!