Trabalho ajuda astrônomos a montar uma linha do tempo de como os sistemas planetários são construídos.

Os astrônomos têm muitas ferramentas para estudar o cosmos: telescópios, satélites, espaçonaves interplanetárias e muito mais. O humilde olho humano também é uma parte crítica deste kit de ferramentas, pois muitas vezes pode detectar padrões ou aberrações que os algoritmos não percebem. E o poder da nossa visão foi reforçado recentemente pela realidade virtual (VR), bem como por milhares de olhos trabalhando em conjunto graças ao poder de crowdsourcing da Internet.

Pesquisadores do Goddard Space Flight Center da NASA anunciaram recentemente a descoberta de 10 estrelas cercadas por discos de detritos empoeirados – massas rodopiantes de gás, poeira e rocha que sobraram após as primeiras fases da formação do planeta. Este resultado, possibilitado pela RV e a ajuda de cientistas cidadãos, foi publicado recentemente no Astrophysical Journal . As descobertas podem ajudar os astrônomos a montar uma linha do tempo de como os sistemas planetários são construídos.

Os discos de detritos abrangem vários estágios da formação do planeta, incluindo as eras juvenis em que os mundos ainda estão embutidos nos detritos dos processos caóticos e confusos de seu nascimento . Embora os astrônomos tenham conseguido ver alguns diretamente , a maioria desses planetas jovens está além do alcance dos telescópios atuais. Fazer um sistema planetário leva milhões de anos, então cada disco de detritos que os observadores veem é apenas um breve instantâneo de um momento na vida desse sistema. Para descobrir toda a história, os astrônomos procuram muitos sistemas planetários envoltos em discos em diferentes estágios de evolução, reunindo vários instantâneos para juntar em uma linha do tempo.

Para caçar discos de detritos, os observadores geralmente começam procurando estrelas que parecem especialmente brilhantes no infravermelho; esse brilho anormal normalmente vem de um excesso de poeira aquecida pela luz das estrelas em um disco ao redor de uma estrela. O telescópio infravermelho da NASA WISE (Wide-Field Infrared Survey Explorer) pesquisou todo o céu, criando o que, em alguns aspectos, é o catálogo mais abrangente já feito de medições de infravermelho estelar. Com dezenas de milhares de pontos de dados a serem analisados ​​e muitos discos de detritos provavelmente escondidos no catálogo do WISE, o que um cientista deve fazer?

“É um ótimo exemplo de como grande parte da astronomia moderna envolve a busca de conjuntos de dados maciços para a proverbial agulha no palheiro”, diz Meredith Hughes , astrônoma da Universidade Wesleyan, que não esteve envolvida no estudo. “Mesmo com algoritmos de aprendizado de máquina, ainda é difícil treinar computadores para fazer esse trabalho complexo de identificar padrões ruidosos e perceber desvios sutis das expectativas, que é onde entra o poder cerebral coletivo da ciência cidadã.”

Um projeto chamado Disk Detective treinou cientistas cidadãos – pessoas comuns que querem ajudar em pesquisas em seu tempo livre – para observar imagens do WISE e compará-las com as de outras pesquisas astronômicas, como o SkyMapper Southern Sky Survey , o Pan-STARRS survey e o Two Micron All Sky Survey (2MASS) , com o objetivo de confirmar a presença de discos ao redor de cada estrela candidata. Desde o início do projeto em 2014, cientistas cidadãos encontraram mais de 40.000 discos .

Para colocá-los em uma linha do tempo, porém, os astrônomos precisam descobrir onde cada disco pertence. Em outras palavras, os cientistas precisam saber as idades de cada estrela e seu disco de detritos. “Quando conhecemos as idades de estrelas e planetas, podemos colocá-los em uma sequência – de bebê a adolescente a adulto, se você quiser”, diz Marc Kuchner , astrofísico da NASA e coautor do novo estudo. “Isso nos permite entender como eles se formam e evoluem.”

Determinar a idade de uma estrela com qualquer precisão substancial é um problema notoriamente complicado em astronomia. Uma solução é combinar uma estrela com suas irmãs, em uma associação conhecida como grupo em movimento. As estrelas geralmente se formam em aglomerados a partir de uma gigantesca nuvem de gás, mas muitas dessas famílias estelares antes próximas se separam à medida que envelhecem, seus membros individuais se espalhando pela Via Láctea. Ao medir cuidadosamente as localizações e velocidades das estrelas, os pesquisadores podem determinar quais estrelas exibem os movimentos reveladores que, rastreados para trás, revelam que elas nasceram coletivamente na mesma hora e lugar. Uma vez que os astrônomos sabem que as estrelas de um grupo estão relacionadas, é simples calcular sua idade com base no conhecimento estabelecido de como as estrelas crescem e evoluem.

Encontrar novos membros do grupo em movimento não é fácil. Para fazer isso, os astrônomos tradicionalmente dependem da análise de listas preexistentes de estrelas de grupos em movimento, sinalizando novos membros em potencial por meio de modelos matemáticos sofisticados. A equipe por trás do novo projeto queria tentar algo diferente e mais visceral: usou um programa de RV para dar zoom nas estrelas e obter uma perspectiva tridimensional mais clara de como as coisas se movem.

“Achei que iria assustar [os cientistas de VR da NASA] quando dissesse que queria visualizar as posições e velocidades de quatro milhões de estrelas”, diz Kuchner. “Mas eles não bateram um cílio!” Para criar essa cornucópia estelar virtual, a equipe usou dados do Gaia , um satélite da Agência Espacial Europeia que fornece as melhores medidas disponíveis para as posições e velocidades das estrelas em nossa galáxia. A simulação de VR resultante também serviu como uma espécie de máquina do tempo – saber o quão rápido e em que direção uma estrela estava se movendo permitiu a Kuchner e seus colegas rastrear seu movimento para trás e para frente no tempo.

Enquanto servia como pesquisadora visitante na NASA, a principal autora do estudo, Susan Higashio, colocou um fone de ouvido VR para voar ao redor dos milhões de estrelas da simulação. Ela examinou onde as estrelas com discos estavam em relação a grupos móveis conhecidos e extrapolou os movimentos das estrelas para frente e para trás no tempo para testar suas associações potenciais. “Foi tão emocionante quando os quatro milhões de estrelas apareceram em VR, mas foi um pouco vertiginoso quando todos começaram a girar em torno de mim”, lembra ela. “Foi uma maneira muito divertida e interativa de conduzir a ciência.”

Higashio rastreou 10 dos discos de detritos do Disk Detective até suas famílias de grupos em movimento. A equipe então descobriu as idades estimadas desses discos, que variavam de 18 milhões a 133 milhões de anos. Todos eles eram extremamente jovens, em comparação com o nosso sistema solar doméstico, que tem cerca de 4,5 bilhões de anos. Os pesquisadores também identificaram um grupo em movimento totalmente novo chamado Smethells 165, em homenagem à sua estrela mais brilhante. “Sempre que encontramos um novo grupo em movimento, esse é um novo grupo de estrelas cujas idades sabemos com mais precisão”, explica Kuchner.

Os astrônomos também encontraram um disco de detritos estranho e extremo em torno de uma estrela apelidada de J0925 que não se encaixa em sua linha de tempo esperada de formação de planetas. É muito mais brilhante no infravermelho – o que significa que tem mais poeira – do que o esperado para uma estrela de sua idade. À medida que os discos de detritos envelhecem, parte de sua poeira espirala para a estrela ou é levada pelos ventos estelares . J0925, no entanto, parece ter acabado de receber uma nova entrega de poeira quente, possivelmente de uma recente colisão entre dois protoplanetas. Hughes destaca esta estrela como o objeto mais interessante descoberto no estudo. “Os discos de detritos extremos ainda são um pouco misteriosos, mas provavelmente são semelhantes à aparência do nosso sistema solar durante o impacto gigante que formou a lua da Terra.”

O trabalho de ciência cidadã do Disk Detective ainda está em andamento, agora atualizado para usar o lote de dados mais recente do Gaia . A equipe espera identificar ainda mais membros de grupos em movimento e novos discos com seu método exclusivo de RV. Lisa Stiller, uma das muitas cientistas cidadãs coautoras do estudo, incentiva os futuros voluntários. “Não hesite em ajudar em um projeto de ciência cidadã”, diz ela. “Sua ajuda será necessária da forma que você escolher ou da quantidade de tempo que escolher para se dedicar.”

Qualquer pessoa com uma conexão com a Internet ainda pode participar do projeto Disk Detective , sem necessidade de experiência. “Mais de 30.000 cientistas cidadãos contribuíram”, diz Kuchner. “Os detetives de disco ainda estão trabalhando em centenas de milhares de imagens WISE – ainda precisamos da sua ajuda.”

Fonte: https://www.scientificamerican.com/

Imagem: Mark Garlick/Science Photo Library/Alamy Stock Photo