A deteção de objetos ténues perto de estrelas brilhantes é incrivelmente difícil. No entanto, ao combinar dados do telescópio espacial Gaia da ESA com o instrumento GRAVITY do ESO no solo, os cientistas conseguiram exatamente isso. Capturaram os primeiros sinais da luz de ténues companheiras de oito estrelas luminosas, até agora invisíveis. A técnica abre a possibilidade tentadora de captar imagens de planetas que orbitam perto das suas estrelas hospedeiras.

Já alguma vez tentou fotografar um pirilampo junto a um candeeiro de rua? O mais provável é que tudo o que veja na sua fotografia seja o brilho do candeeiro. Este é o mesmo problema com que se deparam os astrónomos que procuram estrelas ténues e pequenas ou planetas junto a uma estrela brilhante.

Para resolver o problema, uma equipa internacional de astrónomos liderada por Thomas Winterhalder, cientista do ESO, começou por pesquisar o catálogo produzido pelo Gaia, que lista centenas de milhares de estrelas que se suspeita terem uma companheira. Embora os objetos companheiros não sejam suficientemente brilhantes para serem vistos diretamente pelo Gaia, a sua presença provoca pequenas oscilações nas trajetórias das estrelas hospedeiras mais luminosas, que só o Gaia consegue medir.

No catálogo de órbitas estelares do Gaia, a equipa identificou oito estrelas que foram alvo do GRAVITY, o interferómetro avançado para o infravermelho próximo do VLT (Very Large Telescope) do ESO, em Cerro Paranal, no Chile. O GRAVITY combina luz infravermelha de diferentes telescópios para captar pequenos detalhes em objetos ténues, numa técnica chamada interferometria.

Jackpot

Graças ao olho excecionalmente afiado e sensível do GRAVITY, a equipa captou o sinal luminoso de todas as oito companheiras previstas, sete das quais eram previamente desconhecidas. Três das companheiras são estrelas muito pequenas e ténues, enquanto as outras cinco são anãs castanhas. Estas são objetos celestes que se situam entre os planetas e as estrelas: mais massivas do que os planetas mais pesados, mas mais leves e mais ténues do que as estrelas mais leves.

Uma das anãs castanhas detetadas neste estudo orbita a sua estrela hospedeira à mesma distância que a Terra orbita o Sol. Esta é a primeira vez que uma anã castanha tão próxima da sua estrela hospedeira pode ser captada diretamente.

"Demonstrámos que é possível captar uma imagem de uma companheira ténue, mesmo quando orbita muito perto da sua brilhante hospedeira", explica Thomas. "Este feito realça a notável sinergia entre o Gaia e o GRAVITY. Só o Gaia pode identificar sistemas tão íntimos que albergam uma estrela e uma companheira 'escondida', e depois o GRAVITY pode assumir o controlo para obter imagens do objeto mais pequeno e mais ténue com uma precisão sem precedentes."

Num estudo anterior, os astrónomos utilizaram os dados do Gaia e de um observatório terrestre diferente para captar a imagem de um exoplaneta gasoso gigante. Este planeta orbita a sua estrela hospedeira a cerca de 17 vezes a distância da Terra ao Sol, traçando um ângulo no céu consideravelmente mais largo do que a separação típica das companheiras fotografadas pelo GRAVITY neste novo resultado.

As pequenas companheiras inferidas a partir das observações Gaia situam-se tipicamente em ângulos de separação minúsculos, de algumas dezenas de miliarcosegundos, o que corresponde ao tamanho de uma moeda de um euro vista a 100 km de distância.

"Nas nossas observações, os dados do Gaia atuam como uma espécie de placa de sinalização", continua Thomas. "A parte do céu que podemos ver com o GRAVITY é muito pequena, por isso precisamos de saber para onde olhar. As medições precisas e sem paralelo do Gaia, no que toca aos movimentos e posições das estrelas, são essenciais para apontar o nosso instrumento na direção certa no céu".

Equipa de sonho

Ilustração do satélite Gaia da ESA a observar a Via Láctea. A imagem de fundo do céu é compilada a partir de dados de mais de 1,8 mil milhões de estrelas. Mostra o brilho total e a cor das estrelas observadas pelo Gaia, divulgados como parte do EDR3 (Early Data Release 3) do Gaia em dezembro de 2020. Crédito: satélite - ESA/ATG medialab; Via Láctea - ESA/Gaia/DPAC; reconhecimento - A. Moitinho

A complementaridade do Gaia e do GRAVITY vai além da utilização dos dados do telescópio espacial para planear observações de acompanhamento e permitir deteções. Ao combinar os dois conjuntos de dados, os cientistas conseguiram "pesar" os objetos celestes individuais separadamente e distinguir a massa da estrela hospedeira e a da respetiva companheira.

O GRAVITY também mediu o contraste entre a companheira e a estrela hospedeira numa série de comprimentos de onda infravermelhos. Em combinação com as estimativas da massa, este conhecimento permitiu à equipa avaliar a idade das companheiras. Surpreendentemente, duas das anãs castanhas revelaram-se menos luminosas do que seria de esperar dado o seu tamanho e idade. Uma possível explicação pode ser o facto das próprias anãs terem uma companheira ainda mais pequena.

À procura de exoplanetas

Tendo demonstrado o poder do conjunto Gaia-GRAVITY, os cientistas estão agora a procurar potenciais companheiros planetários das estrelas listadas no catálogo Gaia.

"A capacidade de detetar os pequenos movimentos de pares próximos no céu é única para a missão Gaia. O próximo catálogo, que será disponibilizado como parte do quarto lançamento de dados (DR4), conterá uma coleção ainda mais rica de estrelas com companheiras potencialmente mais pequenas", comenta Johannes Sahlmann, cientista Gaia da ESA. "Este resultado abre novos caminhos na procura de planetas na nossa Galáxia e promete-nos vislumbres de novos mundos distantes."

// ESA (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Astronomy & Astrophysics)
// Artigo científico (arXiv.org)

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Anãs castanhas:
Wikipedia
Andy Lloyd's Dark Star Theory

Gaia:
ESA
ESA - 2
Gaia/ESA
Programa Alertas de Ciência Fotométrica do Gaia
Catálogo DR3 do Gaia
Wikipedia

VLT:
ESO
Wikipedia
VLTI (ESO)
GRAVITY (ESO)