maio 28, 2022

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Cientistas cidadãos descobrem um planeta gigante semelhante a Júpiter nos dados da NASA TESS

Esta ilustração mostra um exoplaneta semelhante a Júpiter chamado TOI-2180 b. Foi descoberto em dados do Transiting Exoplanet Survey Satellite da NASA. Crédito: NASA/JPL-Caltech/R. Ferido

Tom Jacobs de Bellevue, Washington, adora caçar tesouros. Desde 2010, o ex-oficial da Marinha dos EUA participa de projetos de voluntariado online que permitem que qualquer pessoa interessada – “cientistas cidadãos” – visualize NASA Dados do telescópio para sinais de exoplanetas e planetas fora do nosso sistema solar.

Agora, Jacobs ajudou a descobrir um planeta gigante gasoso a cerca de 379 anos-luz da Terra, orbitando uma estrela da mesma massa do Sol. a JúpiterO tamanho do planeta é especial para os astrônomos porque seu ano de 261 dias é longo em comparação com muitos dos gigantes gasosos conhecidos fora do nosso sistema solar. O resultado também indica que o planeta está um pouco mais distante de sua estrela Vênus do sol. Os resultados foram publicados em Jornal astronômico Foi apresentado em um evento de imprensa virtual da American Astronomical Society em 13 de janeiro.

A detecção e determinação do tamanho e massa deste planeta exigiram uma colaboração significativa entre astrônomos profissionais e cientistas cidadãos, como Jacobs. disse Paul Dalba, astrônomo da Universidade da Califórnia, Riverside, e principal autor de um livro de estudo.

“A descoberta e publicação do TOI-2180 b foi um grande esforço de equipe para demonstrar que astrônomos profissionais e cientistas experientes podem trabalhar juntos com sucesso”, disse Jacobs. “É a sinergia no seu melhor.”

Como aconteceu a descoberta?

A assinatura do planeta recém-descoberto estava escondida nos dados do Transiting Exoplanet Survey Satellite da NASA, ou bode. Usando os dados do TESS, os cientistas estão procurando mudanças no brilho das estrelas próximas, o que pode indicar a presença de planetas em órbita.

Jacobs faz parte de um grupo de cientistas cidadãos que analisam dados do TESS, mostrando a mudança no brilho de uma estrela ao longo do tempo, em busca de novos planetas. Enquanto astrônomos profissionais usam algoritmos para escanear automaticamente dezenas de milhares de pontos de dados de estrelas, esses cientistas cidadãos usam um programa chamado LcTools, criado por Alan R. Schmitt para examinar os dados do telescópio a olho nu. É por isso que o Grupo Jacobs, que inclui vários cientistas cidadãos e dois astrônomos veteranos, se autodenomina Grupo de Pesquisa Óptica. Muitos deles se conheceram enquanto trabalhavam no Planet Hunters, um projeto de ciência cidadã financiado pela NASA através do Zooniverse que se concentrava em dados da espaçonave Kepler da NASA.

Em 1º de fevereiro de 2020, Jacobs observou um gráfico mostrando a luz das estrelas do TOI-2180 mais fraca em menos de meio por cento e depois retornou ao seu nível de brilho anterior durante um período de 24 horas, o que pode ser explicado por um planeta orbitando-o. Diz-se que “atravessa” porque passa na frente da estrela do nosso ponto de vista. Ao medir a quantidade de luz que diminui à medida que o planeta passa, os cientistas podem estimar o tamanho do planeta e, além de outras medidas, sua densidade. Mas os trânsitos só podem ser vistos se uma estrela e seu planeta estiverem alinhados com os telescópios que você está olhando.

Tom Jacobs

Tom Jacobs, um cientista cidadão que colabora com cientistas especialistas para procurar exoplanetas, no local do Observatório de High Haleakala, no Havaí. Crédito: Tom Jacobs

O gráfico que mostra a luz das estrelas ao longo do tempo é chamado de ‘curva de luz’. O grupo de varredura visual alertou dois cientistas profissionais colaboradores – Paul Dalpa, da Universidade da Califórnia, Riverside, e Diana Dragomir, professora associada da Universidade do Novo México, que essa curva de luz pode ser interessante.

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“Com esta nova descoberta, também estamos ampliando os limites dos tipos de planetas que podemos extrair das observações do TESS”, disse Dragomir. “O TESS não foi projetado especificamente para encontrar exoplanetas de órbita tão longa, mas nossa equipe, com a ajuda de cientistas cidadãos, está minerando essa joia rara”.

Algoritmos de computador usados ​​por astrônomos profissionais para procurar planetas são projetados identificando vários eventos de trânsito de uma única estrela. É por isso que a inspeção visual de cientistas cidadãos é muito útil quando há apenas um trânsito disponível. Como esta é a única vez que a estrela TOI-2180 b escureceu neste conjunto de dados, ela é chamada de “evento de transição única”.

“O esforço manual que eles fizeram é realmente importante e realmente impressionante, porque é muito difícil escrever código que possa passar por um milhão de curvas de luz e identificar de forma confiável eventos de transmissão únicos”, disse Dalba. “Esta é uma área onde os humanos ainda estão superando o código.”

Mas como a equipe conseguiu descartar outras explicações para o curto mergulho na luz das estrelas? Eles poderiam ter certeza de que encontraram um planeta? Eles precisarão de notas de acompanhamento.

Felizmente, Dalba conseguiu empregar o Telescópio Automated Planet Finder no Lake Observatory, na Califórnia. “Eu uso este telescópio para medir a oscilação de uma estrela para determinar a massa deste planeta, se é um planeta”, disse ele. A equipe de pesquisa também usou o telescópio Keck I no Observatório WM Keck no Havaí para fazer algumas dessas medições quando o Observatório Lick foi ameaçado por incêndios florestais.

Com 27 horas de observações abrangendo mais de 500 dias, Dalpa e seus colegas observaram a força gravitacional do planeta sobre a estrela, permitindo-lhes calcular a massa do planeta e estimar uma gama de possibilidades para sua órbita. No entanto, eles queriam observar o trânsito do planeta quando ele voltasse para confirmar a órbita. Infelizmente, encontrar um segundo evento de trânsito tem sido difícil porque há muita incerteza sobre quando o planeta cruzará a face de sua estrela novamente.

Dalba fez lobby e organizou uma campanha de observação que incluiu astrônomos profissionais e cientistas cidadãos usando telescópios em 14 locais em três continentes em agosto de 2020. Para apoiar a campanha, Dalba montou um acampamento de cinco noites no Parque Nacional Joshua Tree, na Califórnia, e pesquisou para trânsitos com dois telescópios amador portátil. O esforço colaborativo rendeu 55 conjuntos de dados em 11 dias.

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No final, nenhum desses telescópios detectou o planeta com confiança. No entanto, a falta de detecção clara neste período de tempo pôs fim à duração da órbita, indicando um período de cerca de 261 dias. Usando essa estimativa, eles previram que o TESS veria o planeta transitar sua estrela novamente em fevereiro de 2022.

sobre o planeta

O TOI-2180 b é três vezes mais massivo que Júpiter, mas tem o mesmo diâmetro, o que significa que é mais denso que Júpiter. Isso fez os cientistas se perguntarem se ele se formou de maneira diferente de Júpiter.

Outra pista sobre a composição do planeta pode ser o que está dentro. Por meio de modelos de computador, eles determinaram que o novo planeta poderia conter até 105 massas de elementos mais pesados ​​que o hidrogênio e o hélio. “Isso é muito”, diz Delba. “Isso é mais do que pensamos que está dentro de Júpiter.”

Os astrônomos ainda têm muito a aprender sobre o grupo de planetas por aí. Cerca de 4.800 exoplanetas foram confirmados, mas acredita-se que existam bilhões de planetas em nossa galáxia. A nova descoberta indica que entre os planetas gigantes, alguns contêm elementos mais pesados ​​que outros.

Em nosso sistema solar, o planeta gigante Júpiter gira em torno do sol a cada 12 anos; para Saturno, “ano” tem 29 anos. Não temos planetas gigantes como o TOI-2180 b entre a Terra e o Sol. Mas fora do sistema solar, os astrônomos encontraram dezenas de exoplanetas maiores que Júpiter e orbitam suas estrelas muito mais próximas que as de Mercúrio.

Com uma temperatura média de cerca de 170 graus F, TOI-2180 b é mais quente que a temperatura ambiente na Terra e mais quente que os planetas externos do nosso sistema solar, incluindo Júpiter e Saturno. Mas comparado ao grupo de exoplanetas gigantes em trânsito que os astrônomos encontraram orbitando outras estrelas, o TOI-2180 b é anormalmente frio.

“É um ótimo ponto de partida entre a maioria dos exoplanetas gigantes que encontramos e, em seguida, Júpiter e Saturno muito legais”, disse Dalba.

O que então

Quando o TESS avistou a estrela em fevereiro, Dalba e cientistas cidadãos ficaram animados para obter os dados e voltar. Se eles encontrarem a assinatura do planeta, que confirma um período de 261 dias, isso dará mais significado aos dados de seu mundo. campanha para encontrá-lo em 2020.

O Telescópio Espacial James Webb da NASA, lançado em 25 de dezembro, provavelmente observará o planeta e sua atmosfera. Mas há outra razão pela qual a Dalba está entusiasmada com as capacidades do Webb. Dado que Júpiter tem anéis e luas em nosso sistema solar, o Webb pode ser usado para procurar a presença de pequenos objetos orbitando o TOI-2180 b.

Até agora, nenhum anel ou lua foi encontrado fora do nosso sistema solar com certeza, mas uma razão pode ser que muitos exoplanetas estão localizados perto de sua estrela, cuja gravidade pode afastar esses objetos. O TOI-2180 b, localizado mais distante de sua estrela hospedeira, pode apresentar uma excelente oportunidade para tal pesquisa. “Acho que este é um sistema interessante para isso mais tarde no futuro”, disse Delba.

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Quando não está caçando planetas, Jacobs, um cientista cidadão, trabalha com organizações sem fins lucrativos que ajudam pessoas com deficiência a encontrar trabalho em suas comunidades.

Jacobs disse que os membros do Visual Inquiry Group “dedicam muitas horas por dia para digitalizar dados por pura alegria e interesse no avanço da ciência”. Coletivamente, a equipe foi coautora de mais de 68 artigos científicos revisados ​​por pares, incluindo a descoberta de “exocometas” em trânsito, ou cometas fora do sistema solar que cruzam a face de uma estrela.

“Adoramos contribuir para a ciência”, disse Jacobs. “E eu adoro esse tipo de pesquisa, sabendo que se está em uma área nova e desconhecida que nenhum humano jamais viu.”

Referência: “The TESS-Keck Survey. VIII. Confirmação de um planeta gigante transitório por mais de 261 dias excêntricos usando o telescópio robótico localizador de planetas” por Paul A. Dalpa, Stephen R. Kean, Diana Dragomir, Stephen Villanueva Jr., Karen A. Collins, e Thomas Lee Jacobs, e Daryl M. LaCourse, Robert Gagliano, Marti H. Christiansen, Mark Omohondro, Hans M. Schwingler, Evan A. Terentif, Andrew Vanderberg, Benjamin Fulton, Howard Isaacson, Judah van Zandt, Andrew W. Howard, Daniel B. Thorngren, Steve B. , Natalie M. Batalha, Ashley Chontos, Ian JM Crossfield, Courtney de Dressing, Daniel Hopper, Eric A. Pettijora, Paul Robertson, Arpita Roy, Lauren M. Weiss, Ida Behmar, Corey Bird, Casey L. Brinkman, Stephen Giacaloni Hale , Jack Lubin, Andrew W. Mayo, Theo Moknik, Joseph M. Akana Murphy, Alex S. Polanski, Malina Rice, Lee J. Rosenthal, Ryan A. Robbinsal, Nicholas Scarsdale, Emma Fei Turtlebaum, Dakota Tyler, Paul Penny, Pat Boyce, Thomas M. Esposito, E. Girardin, Didier Lalum, Pablo Lewin, Christopher R. Mann, Franc ck Marchis, Richard P. Schwarz, Gregor Srdoc, Jana Steuer, Thirupathi Sivarani, Athira Unni, Nora L. Eisner, Tara Fetherolf , Zhexing Li, Xinyu Yao, Joshua Pepper, George R. Ricker, Roland Vanderspek, David WS Seager, Joshua N. Winn, Jon M. Jenkins, Christopher J. Burke, Jason D. Eastman, Michael B. Lund, David R. Rodriguez, Pamela Rowden, and Eric B. Jornal astronômico.
DOI: 10.3847/1538-3881/ac415b

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Sobre Tess

TESS é uma missão de astrofísica da NASA liderada e operada por com em Cambridge, Massachusetts, e operado pelo Goddard Space Flight Center da NASA. Parceiros adicionais incluem Northrop Grumman de Falls Church, Virgínia; Centro de Pesquisa Ames da NASA no Vale do Silício da Califórnia; Centro de Astrofísica | Harvard e Smithsonian em Cambridge, Massachusetts; Laboratório Lincoln do Instituto de Tecnologia de Massachusetts. e Space Telescope Science Institute em Baltimore. Mais de uma dezena de universidades, institutos de pesquisa e observatórios de todo o mundo estão participando da missão.

O Programa de Bolsas de Pós-Doutorado da National Science Foundation para Astronomia e Astrofísica contribuiu para este estudo.