Webb espia sistema de anéis de Chariklo com técnica de alta precisão

Num feito observacional de alta precisão, os cientistas utilizaram uma nova técnica com o Telescópio Espacial James Webb da NASA para capturar as sombras da luz estelar provocadas pelos finos anéis de Chariklo. Chariklo é um corpo gelado e pequeno, mas o maior da população conhecida de centauros, localizado a mais de 3,2 mil milhões de quilómetros para lá da órbita de Saturno. Chariklo tem apenas 250 quilómetros em diâmetro ou cerca de 51 vezes mais pequeno que a Terra, e os seus anéis orbitam a uma distância de cerca de 400 quilómetros do centro do corpo.

Em 2013, Felipe Braga-Ribas e colaboradores, usando telescópios terrestres, descobriram que Chariklo hospeda um sistema de dois anéis finos. Tais anéis eram esperados apenas em torno de grandes planetas como Júpiter e Neptuno. Os astrónomos estavam a observar uma estrela quando Chariklo passou à sua frente, bloqueando a luz estelar como tinham previsto. Os astrónomos chamam a este fenómeno uma ocultação. Para sua surpresa, a estrela “piscou” duas vezes antes de desaparecer por trás de Chariklo, e “piscou” novamente duas vezes depois da ocultação pelo centauro. Os piscares foram provocados por dois anéis finos – os primeiros anéis alguma vez detetados em torno de um pequeno objeto do Sistema Solar.

Pablo Santos-Sanz, do Instituto de Astrofísica da Andaluzia em Granada, Espanha, tem um programa aprovado de “Alvo de Oportunidade” (programa 1271) para tentar uma observação de uma ocultação como parte do GTO (Guaranteed Time Observations) do Webb liderado por Heidi Hammel da Associação de Universidades para a Investigação em Astronomia. Por notável sorte, descobriram que Chariklo estava no caminho certo para tal evento de ocultação em outubro de 2022. Esta foi a primeira tentativa de ocultação estelar com o Webb. Muito trabalho árduo foi feito para identificar e refinar as previsões para este acontecimento invulgar.

No dia 18 de outubro, utilizaram o instrumento NIRCam (Near-Infrared Camera) do Webb para monitorizar atentamente a estrela Gaia DR3 6873519665992128512, e vigiar as quedas de brilho indicando a ocorrência de uma ocultação. As sombras produzidas pelos anéis de Chariklo foram claramente detetadas, demonstrando uma nova forma de utilização do Webb para explorar objetos do Sistema Solar. A sombra estelar devido a Chariklo, propriamente dito, foi rastreada fora do alcance do Webb. Este apulso (o termo técnico para uma passagem próxima sem ocultação) foi exatamente como tinha sido previsto após a última manobra de trajetória do Webb.

A curva de luz da ocultação do Webb, um gráfico do brilho de um objeto ao longo do tempo, revelou que as observações foram bem-sucedidas! Os anéis foram capturados exatamente como previsto. As curvas de luz da ocultação vão fornecer nova ciência para os anéis de Chariklo. Santos-Sanz explicou: “Ao analisarmos os dados, vamos explorar se resolvemos de forma limpa os dois anéis. A partir das formas das curvas de luz da ocultação dos anéis, vamos também explorar a espessura dos anéis, os tamanhos e cores das partículas dos anéis e muito mais. Esperamos obter informações sobre a razão pela qual este pequeno corpo até tem anéis e talvez detetar novos anéis mais fracos”.

Os anéis são provavelmente compostos por pequenas partículas de água gelada misturadas com material escuro, detritos de um corpo gelado que colidiu com Chariklo no passado. Chariklo é demasiado pequeno e está demasiado distante para até o Webb fotografar diretamente os anéis separados do corpo principal, pelo que as ocultações são a única ferramenta que conseguem caracterizar os anéis por si só.

Pouco depois da ocultação, o Webb visou novamente Chariklo, desta vez para recolher observações da luz solar refletida por Chariklo e pelos seus anéis (programa GTO 1272). O espectro do sistema mostra três bandas de absorção de água gelada no sistema de Chariklo. Noemí Pinilla-Alonso, que liderou as observações espectroscópicas de Chariklo pelo Webb, explicou: “Os espectros por telescópios terrestres tinham sugerido este gelo, mas a qualidade requintada do espectro obtido pelo Webb revelou pela primeira vez a assinatura clara de gelo cristalino”. Dean Hines, o principal investigador deste segundo programa GTO, acrescentou: “Dado que as partículas altamente energéticas transformam o gelo de um estado cristalino para um estado amorfo, a deteção de gelo cristalino indica que o sistema de Chariklo sofre microcolisões que ou expõem o material intacto ou desencadeiam processos de cristalização”.

A maior parte da luz refletida no espectro é do próprio Chariklo: os modelos sugerem que a área dos anéis, tal como observada pelo Webb durante estas observações, corresponde provavelmente a um-quinto da área do próprio corpo. A alta sensibilidade do Webb, em combinação com modelos detalhados, pode permitir-nos separar a assinatura do material dos anéis da assinatura de Chariklo. Pinilla-Alonso comentou que “ao observar Chariklo com o Webb durante vários anos, à medida que o ângulo de visão dos anéis muda, podemos ser capazes de isolar a contribuição dos próprios anéis”.

A observação bem-sucedida da curva de luz da ocultação e as observações espectroscópicas abrem a porta para um novo meio de caracterizar objetos pequenos no Sistema Solar distante nos próximos anos. Com a alta sensibilidade e capacidade infravermelha do Webb, os cientistas podem utilizar o retorno científico único fornecido pelas ocultações e melhorar estas medições com espectros quase contemporâneos. Tais ferramentas vão constituir um trunfo tremendo para os cientistas que estudam corpos pequenos e distantes no nosso Sistema Solar.

Nota: a ciência aqui detalhada ainda não sofreu revisão por pares.

// NASA (blog)
// STScI (comunicado de imprensa)

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