De acordo com os astrónomos, a excitante descoberta de um sistema estelar quádruplo extremamente raro poderá fazer avançar significativamente a nossa compreensão das anãs castanhas.

Estes objetos misteriosos são demasiado grandes para serem considerados planetas, mas também demasiado pequenos para serem estrelas, porque não têm massa suficiente para continuar a fundir átomos e para se transformarem em sóis de pleno direito.

Numa nova descoberta publicada na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, os astrónomos identificaram um sistema estelar quádruplo hierárquico extremamente raro, constituído por um par de anãs castanhas frias em órbita de um par de jovens estrelas anãs vermelhas, localizado a 82 anos-luz da Terra, na direção da constelação austral da Máquina Pneumática.

O sistema, denominado UPM J1040-3551 AabBab, foi identificado por uma equipa de investigação internacional liderada pelo professor Zenghua Zhang, da Universidade de Nanjing, China.

Os investigadores fizeram a sua descoberta utilizando a velocidade angular medida pelo Gaia da ESA e pelo WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer) da NASA, seguida de observações e análises espetroscópicas exaustivas.

Isto porque este largo par binário precisa de mais de 100.000 anos para completar uma órbita à volta um do outro, pelo que o seu movimento orbital não pode ser visto em termos de anos. Por isso, os investigadores tiveram de analisar como se movem na mesma direção e com a mesma velocidade angular.

Neste sistema, Aab refere-se ao par estelar mais brilhante Aa e Ab, enquanto Bab se refere ao par subestelar mais fraco Ba e Bb.

"O que torna esta descoberta particularmente excitante é a natureza hierárquica do sistema, que é necessária para que a sua órbita se mantenha estável durante um longo período de tempo", disse o professor Zhang.

"Estes dois pares de objetos estão a orbitar-se um ao outro separadamente durante períodos de décadas, enquanto os pares estão também a orbitar um centro de massa comum com um período de mais de 100.000 anos".

Os dois pares estão separados por 1,656 unidades astronómicas (UA), em que 1 UA é igual à distância Terra-Sol. O par mais brilhante, UPM J1040-3551 Aab, é constituído por duas estrelas anãs vermelhas de massa quase igual, que parecem cor de laranja quando observadas em comprimentos de onda visíveis.

Com uma magnitude visual de 14,6, este par é aproximadamente 100.000 vezes mais fraco do que a Estrela Polar em comprimentos de onda óticos. De facto, nenhuma estrela anã vermelha é suficientemente brilhante para ser vista a olho nu - nem mesmo Proxima Centauri, a nossa vizinha estelar mais próxima, a 4,2 anos-luz de distância. Para tornar UPM J1040-3551 Aab visível sem ajuda ótica, este par binário teria de ser colocado a uma distância de 1,5 anos-luz da Terra, o que o colocaria mais perto do que qualquer outra estrela da nossa atual vizinhança cósmica.

O par mais fraco, UPM J1040-3551 Bab, é composto por duas anãs castanhas muito mais frias que não emitem praticamente nenhuma luz visível e aparecem cerca de 1000 vezes mais fracas do que o par Aab quando observadas nos comprimentos de onda do infravermelho próximo, onde são mais facilmente detetadas.

A natureza binária e íntima de UPM J1040-3551 Aab foi inicialmente suspeitada devido ao seu fotocentro oscilante durante as observações do Gaia e confirmada pelo seu brilho invulgar - cerca de 0,7 magnitudes mais brilhante do que uma única estrela com a mesma temperatura à mesma distância, uma vez que a luz combinada do par de massas quase iguais duplica efetivamente a emissão.

Da mesma forma, UPM J1040-3551 Bab foi identificado como outro binário próximo através das suas medições infravermelhas anormalmente brilhantes em comparação com as anãs castanhas típicas do seu tipo espetral. A análise do ajuste espetral apoiou fortemente esta conclusão, com os modelos binários a fornecerem uma correspondência significativamente melhor do que os modelos de um único objeto.

O Dr. Felipe Navarete, do Laboratório Nacional de Astrofísica do Brasil, liderou as observações espetroscópicas críticas que ajudaram a caracterizar os componentes do sistema.

Usando o espetrógrafo Goodman no Telescópio SOAR (Southern Astrophysical Research) no Observatório Interamericano de Cerro Tololo no Chile, um programa do NOIRLab da NSF, o Dr. Navarete obteve espetros óticos do par mais brilhante, enquanto também capturava espetros no infravermelho próximo do par mais fraco com o instrumento TripleSpec do SOAR.

"Estas observações foram um desafio devido à fraca luminosidade das anãs castanhas", disse o Dr. Navarete, "mas as capacidades do SOAR permitiram-nos recolher os dados espetroscópicos cruciais necessários para compreender a natureza destes objetos".

A sua análise revelou que ambos os componentes do par mais brilhante são anãs vermelhas do tipo M, com temperaturas de aproximadamente 3200 K (cerca de 2900° C) e massas de cerca de 17 por cento da do Sol.

O par mais fraco são objetos mais exóticos: duas anãs castanhas do tipo T com temperaturas de 820 K (550° C) e 690 K (420° C), respetivamente.

As anãs castanhas são objetos pequenos e densos de baixa massa, sendo que as deste sistema têm tamanhos semelhantes ao planeta Júpiter, mas massas estimadas em 10-30 vezes superiores. De facto, no limite inferior deste intervalo, estes objetos poderiam ser considerados objetos de "massa planetária".

"Este é o primeiro sistema quádruplo alguma vez descoberto com um par de anãs castanhas do tipo T a orbitar duas estrelas", disse a Dra. MariCruz Gálvez-Ortiz do Centro de Astrobiologia em Espanha, coautora do artigo científico.

"A descoberta proporciona um laboratório cósmico único para estudar estes objetos misteriosos".

Ao contrário das estrelas, as anãs castanhas arrefecem continuamente ao longo da sua vida, o que altera as suas propriedades observáveis, como a temperatura, a luminosidade e as características espetrais.

Este processo de arrefecimento cria um desafio fundamental na investigação das anãs castanhas, conhecido como o "problema da degenerescência idade-massa".

Uma anã castanha isolada com uma determinada temperatura pode ser um objeto mais jovem e menos massivo ou um objeto mais velho e mais massivo - os astrónomos não conseguem distinguir entre estas possibilidades sem informação adicional.

"As anãs castanhas com grandes companheiras estelares, cujas idades podem ser determinadas de forma independente, são de valor inestimável para quebrar esta degenerescência como referências de idade", explicou o professor Hugh Jones, da Universidade de Hertfordshire, coautor do artigo científico.

"UPM J1040-3551 é particularmente valioso porque a emissão H-alfa do par mais brilhante indica que o sistema é relativamente jovem, entre 300 milhões e 2 mil milhões de anos".

A equipa pensa que o par de anãs castanhas (UPM J1040-3551 Bab) pode, potencialmente, ser resolvido no futuro com técnicas de imagem de alta resolução, permitindo medições precisas do seu movimento orbital e massas dinâmicas.

"Este sistema oferece um duplo benefício para a ciência das anãs castanhas", disse o professor Adam Burgasser, da Universidade da Califórnia em San Diego.

"Pode servir como referência de idade para calibrar modelos de atmosfera de baixa temperatura, e como referência de massa para testar modelos evolutivos se conseguirmos resolver o binário das anãs castanhas e seguir a sua órbita".

A descoberta do sistema UPM J1040-3551 representa um avanço significativo na compreensão destes objetos elusivos e dos diversos percursos de formação de sistemas estelares na vizinhança do Sol.

// Real Sociedade Astronómica (comunicado de imprensa)
// Centro de Astrobiologia em Espanha (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)

Quer saber mais?

Anãs vermelhas:
Wikipedia

Anãs castanhas:
Wikipedia
Andy Lloyd's Dark Star Theory

Gaia:
ESA
Página da ESA para a comunidade científica
Arquivo de dados do Gaia (ESA)
Wikipedia

WISE (ou NEOWISE):
NASA
ipac
Wikipedia

Telescópio SOAR (Southern Astrophysical Research):
NOIRLab
Wikipedia