Astrônomos descreveram pela primeira vez um cinturão de radiação observado fora do nosso sistema solar, utilizando um arranjo coordenado de 39 antenas de rádio, estendendo-se do Havaí à Alemanha, para obter imagens de alta resolução. As imagens de emissões de rádio persistentes e intensas de uma anã ultrafria revelam a presença de uma nuvem de elétrons de alta energia presos no poderoso campo magnético do objeto, formando uma estrutura de dois lobos análoga às imagens de rádio dos cinturões de radiação de Júpiter.
“Nós estamos, na verdade, fazendo a imagem da magnetosfera do nosso alvo, observando o plasma que emite rádio — seu cinturão de radiação — na magnetosfera. Isso nunca foi feito antes para algo do tamanho de um planeta gigante de gás fora do nosso sistema solar”, disse Melodie Kao, pós-doutoranda na UC Santa Cruz e primeira autora de um artigo sobre os novos resultados publicados em 15 de maio na Nature.
Campos magnéticos fortes formam uma “bolha magnética” ao redor de um planeta, chamada de magnetosfera, que pode aprisionar e acelerar partículas quase à velocidade da luz. Todos os planetas do nosso sistema solar que possuem tais campos magnéticos, incluindo a Terra, bem como Júpiter e os outros planetas gigantes, possuem cinturões de radiação consistindo dessas partículas de alta energia capturadas pelo campo magnético do planeta.
Os cinturões de radiação da Terra, conhecidos como cinturões de Van Allen, são grandes zonas em forma de rosquinha de partículas de alta energia capturadas dos ventos solares pelo campo magnético. A maioria das partículas nos cinturões de Júpiter vem de vulcões em sua lua Io. Se pudéssemos colocá-los lado a lado, o cinturão de radiação que Kao e sua equipe capturaram seria 10 milhões de vezes mais brilhante que o de Júpiter.
Partículas desviadas pelo campo magnético em direção aos polos geram auroras (conhecidas como “luzes do norte”) quando interagem com a atmosfera, e a equipe de Kao também obteve a primeira imagem capaz de diferenciar a localização da aurora de um objeto e seus cinturões de radiação fora do nosso sistema solar.
A anã ultrafria capturada neste estudo se equilibra na fronteira entre estrelas de baixa massa e anãs marrons massivas. “Embora a formação de estrelas e planetas possa ser diferente, a física dentro delas pode ser muito semelhante naquela parte indefinida do contínuo de massa conectando estrelas de baixa massa a anãs marrons e planetas gigantes de gás”, explicou Kao.
Caracterizar a força e a forma dos campos magnéticos dessa classe de objetos é um terreno em grande parte não mapeado, segundo ela. Usando seu entendimento teórico desses sistemas e modelos numéricos, os cientistas planetários podem prever a força e a forma do campo magnético de um planeta, mas não têm uma maneira fácil de testar essas previsões.
“As auroras podem ser usadas para medir a força do campo magnético, mas não a forma. Projetamos esse experimento para demonstrar um método de avaliação das formas dos campos magnéticos em anãs marrons e, eventualmente, exoplanetas”, disse Kao.
A força e a forma do campo magnético podem ser um fator importante na determinação da habitabilidade de um planeta. “Quando pensamos na habitabilidade de exoplanetas, o papel de seus campos magnéticos na manutenção de um ambiente estável é algo a considerar, além de coisas como a atmosfera e o clima”, disse Kao.
Para gerar um campo magnético, o interior de um planeta deve ser quente o suficiente para ter fluidos condutores de eletricidade, que no caso da Terra é o ferro fundido em seu núcleo. Em Júpiter, o fluido condutor é o hidrogênio sob tanta pressão que se torna metálico. O hidrogênio metálico provavelmente também gera campos magnéticos em anãs marrons, disse Kao, enquanto nos interiores das estrelas o fluido condutor é o hidrogênio ionizado.
A anã ultrafria conhecida como LSR J1835+3259 foi o único objeto que Kao sentiu confiança de que produziria os dados de alta qualidade necessários para resolver seus cinturões de radiação.
“Agora que estabelecemos que esse tipo particular de emissão de rádio de estado estacionário e de baixo nível traça cinturões de radiação nos campos magnéticos de grande escala desses objetos, quando vemos esse tipo de emissão de anãs marrons – e eventualmente de exoplanetas gigantes de gás – podemos dizer com mais confiança que provavelmente têm um grande campo magnético, mesmo que nosso telescópio não seja grande o suficiente para ver a forma dele”, disse Kao, acrescentando que ela está ansiosa para quando a Next Generation Very Large Array, atualmente em planejamento pelo Observatório Nacional de Rádio Astronomia (NRAO), puder capturar muitos mais cinturões de radiação extrassolares.
“Este é um passo crítico para encontrar muitos mais objetos desse tipo e aprimorar nossas habilidades para procurar magnetosferas cada vez menores, permitindo-nos eventualmente estudar aquelas de planetas potencialmente habitáveis do tamanho da Terra”, disse a coautora Evgenya Shkolnik, da Arizona State University, que tem estudado os campos magnéticos e a habitabilidade dos planetas há muitos anos.
A equipe usou a High Sensitivity Array, composta por 39 antenas de rádio coordenadas pelo NRAO nos Estados Unidos e pelo telescópio de rádio Effelsberg, operado pelo Max Planck Institute for Radio Astronomy na Alemanha.
“Ao combinar antenas de rádio de todo o mundo, podemos fazer imagens de incrivelmente alta resolução para ver coisas que ninguém nunca viu antes. Nossa imagem é comparável a ler a linha superior de uma tabela de Snellen na Califórnia enquanto se está em Washington, D.C.”, disse a coautora Jackie Villadsen, da Bucknell University.
Kao enfatizou que essa descoberta foi um verdadeiro esforço de equipe, contando fortemente com a expertise observacional da co-primeira autora Amy Mioduszewski do NRAO no planejamento do estudo e na análise dos dados, bem como com a expertise em flare estelar multi-ondas de Villadsen e Shkolnik. Este trabalho foi apoiado pela NASA e pela Fundação Heising-Simons.
Esta descoberta é um marco na busca contínua para entender melhor o universo além do nosso sistema solar. Com os avanços na tecnologia de observação e a colaboração de cientistas em todo o mundo, estamos constantemente expandindo nossa compreensão do cosmos. Essa nova descoberta não apenas ilumina aspectos previamente desconhecidos das anãs marrons, mas também pode nos ajudar a entender melhor os planetas em nosso próprio sistema solar.
Embora a pesquisa em astrofísica muitas vezes pareça distante e desconectada de nossa vida diária, é importante lembrar que esses estudos têm implicações reais e significativas. A compreensão de como os campos magnéticos funcionam em planetas e anãs marrons pode, eventualmente, nos ajudar a entender melhor a Terra e a proteger nosso planeta. Além disso, a pesquisa em astrofísica pode nos levar a descobertas e inovações inesperadas que têm o potencial de transformar nossas vidas de maneiras que não podemos sequer imaginar.
Por fim, essa descoberta é um lembrete de que ainda há muito a aprender sobre o universo. Cada nova descoberta abre a porta para ainda mais perguntas e mistérios a serem resolvidos. Como Carl Sagan uma vez disse: “Em algum lugar, algo incrível está esperando para ser conhecido.” E graças ao trabalho de pesquisadores como Kao e sua equipe, estamos um passo mais perto de descobrir esses incríveis segredos do universo.
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