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Descortinar novas Terras por entre o “ruído” das estrelas

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Descobrir planetas em órbita de outras estrelas implica detetar, indiretamente,os efeitos que estes provocam na sua estrela  Quando se procura planetas tão pequenos como a Terra, esses efeitos podem diluir-se no “ruído” da atividade estelar, criado por manchas estelares ou zonas de alto brilho. Esta atividade pode mesmo imitar a presença de um ou mais planetas, que de facto não existem.

Uma discordância sobre a existência de planetas à volta da estrela HD 41248, na constelação do Pintor, do hemisfério celeste sul, foi agora resolvida com os primeiros dados obtidos pelo espectrógrafo ESPRESSO [icon name=”external-link” class=”” unprefixed_class=””]. Um estudo (DOI: 10.1051/0004-6361/201936389 [icon name=”external-link” class=”” unprefixed_class=””]), a ser publicado pela revista científica Astronomy & Astrophysics [icon name=”external-link” class=”” unprefixed_class=””] e liderado por João Faria, do Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA [icon name=”external-link” class=”” unprefixed_class=””]) e da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto (FCUP [icon name=”external-link” class=”” unprefixed_class=””]), e com a participação de mais doze investigadores do IA, concluiu que o que parecia ser o sinal de dois planetas em órbita, é muito provavelmente atividade da própria estrela.

O nosso trabalho demonstra que detetar pequenos planetas, até mesmo maiores do que a Terra, não é uma tarefa fácil. A contaminação causada pela própria estrela tem que ser tida em conta e corrigida”, comenta João Faria. “Este vai ser de certeza um passo necessário para a deteção de um planeta como a Terra, e este estudo é o primeiro avanço na utilização do ESPRESSO para esse objetivo.

A estrela HD 41248 está a cerca de 181 anos-luz da Terra. É pouco mais pequena e menos massiva que o Sol, sendo também mais velha. Foi objeto de três artigos científicos que discordavam quanto à existência de dois planetas a orbitá-la. A precisão do espectrógrafo HARPS [icon name=”external-link” class=”” unprefixed_class=””], utilizado nesses estudos anteriores, instrumento localizado no Observatório de La Silla, no Chile, não era suficiente para resolver o problema com um número razoável de novas observações.

Este novo artigo reúne os dados pré-existentes, obtidos em 2003 e 2014 com o HARPS, aos obtidos agora com o ESPRESSO, no VLT [icon name=”external-link” class=”” unprefixed_class=””]. Inaugurado em setembro de 2018, a construção deste instrumento teve a participação e coliderança do IA. Os dados agora obtidos representam a estreia do ESPRESSO na busca de exoplanetas. Com uma precisão (menor margem de erro) sem precedentes na medição de velocidades radiais, estas novas observações permitem distinguir os sinais provenientes dos planetas daqueles causados pela atividade estelar.

O Método das Velocidades Radiais deteta exoplanetas medindo pequenas variações na velocidade (radial) da estrela, devidas ao movimento que a órbita desses planetas imprime na estrela. A título de exemplo, a variação de velocidade que o movimento da Terra imprime no Sol é de apenas 10 centímetros por segundo (cerca de 0,36 km/h). Com este método é possível determinar o valor mínimo da massa do planeta. No entanto, em conjunto com o método dos trânsitos, é possível determinar a massa real.

Segundo os autores deste estudo, o conjunto de dados não pode ser explicado de forma consistente pela existência de um sistema planetário. Pelo contrário, modelos da atividade da estrela reproduzem melhor, por si só, as observações. Estes modelos interpretam as variações de velocidade radial como regiões ativas na superfície da estrela (por exemplo, manchas ou zonas brilhantes, tais com as existentes no Sol) que, à medida que a estrela completa uma rotação a cada 25 dias, ora surgem de um lado da estrela, ora se escondem do lado oposto. Estes modelos ajustam-se de tal modo ao sinal registado no espectro da luz da estrela que não deixam margem para a existência dos planetas anteriormente anunciada.

A precisão do ESPRESSO põe em evidência processos físicos nas estrelas, alguns ainda não completamente compreendidos, e que encobrem ou imitam o sinal produzido por planetas pequenos. Segundo Nuno Santos, coautor do artigo, investigador do IA, professor na FCUP, e coinvestigador principal do ESPRESSO, “este resultado mostra que, além da capacidade incrível que o ESPRESSO tem para procurar novos planetas, os dados recolhidos permitem ainda obter informações únicas sobre as estrelas e que nos dão a possibilidade de subtrair fontes de sinais que podem enganar as nossas observações.”

Mas ainda é necessário entender melhor a forma como a atividade estelar pode afetar as variações de velocidade que medimos”, acrescenta João Faria, “e encontrar melhores métodos para analisar e retirar toda a informação dos dados.” Neste contexto, este investigador está a desenvolver uma ferramenta informática que permite usar riscas no espectro da estrela que são menos afetadas pela atividade desta.

Esta é a primeira análise de dados do ESPRESSO e demonstra que o instrumento está a produzir velocidades radiais com a precisão esperada, e que será suficiente para detetar planetas parecidos com a Terra”, afirma João Faria.

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Estudo conclui que nem todos os deltas identificados em Marte são verdadeiros

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David Vaz

Um estudo [icon name=”external-link” class=”” unprefixed_class=””] liderado por David Vaz, da Universidade de Coimbra (UC), e Gaetano Di Achille, do Instituto Nacional de Astrofísica de Itália (INAF), apresenta novos dados para o debate sobre as implicações climáticas, hidrogeológicas e astrobiológicas dos depósitos sedimentares deltaicos em Marte.

Nas duas últimas décadas, dezenas de possíveis depósitos sedimentares deltaicos foram identificados na superfície de Marte, tendo a sua formação sido atribuída à existência de antigos lagos e rios marcianos. Esse tipo de depósito sedimentar é considerado uma das principais evidências para sustentar a ideia de que, no passado, Marte apresentava condições climáticas mais favoráveis que permitiram a presença de água líquida no planeta.

No entanto, o estudo agora publicado na revista científica Earth and Planetary Science Letters conclui que não é bem assim, ou seja, uma grande parte dos depósitos anteriormente identificados no planeta vermelho não é de origem deltaica (os deltas formam-se pela acumulação de sedimentos transportados pelos rios), ao contrário do que a comunidade científica defendia.

A partir de topografia de alta resolução fornecida por imagens de missões espaciais europeias e americanas, os investigadores analisaram 60 depósitos sedimentares de diferentes zonas de Marte e, com surpresa, verificaram que apenas «30 por cento são realmente deltas, ou seja, depósitos associados a ambientes subaquáticos e que consequentemente indicam de facto a existência de lagos e de uma maior quantidade de água. A maioria deles terá uma origem diferente, tendo-se depositado em ambientes principalmente subaéreos, ou seja, existiram menos lagos do que se pensava em Marte», afirma David Vaz, investigador do Centro de Investigação da Terra e do Espaço (CITEUC) da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra (FCTUC).

Estes depósitos sedimentares que não têm origem deltaica «podem ser produto de atividade hidrológica efémera e transitória gerada por mecanismos locais, ligados, por exemplo, a atividade vulcânica, tectónica, impacto de meteoritos ou cometas, que poderiam ter derretido o gelo subterrâneo, gerando fluxos de água», esclarece.

Segundo o investigador do CITEUC, as conclusões deste trabalho são um contributo importante para futuras missões espaciais, pois «são indicadores geomorfológicos importantes para a escolha de locais ideais para missões com objetivos astrobiológicos, sugerindo que muitos dos possíveis lagos anteriormente identificados como tal deveriam ser cuidadosamente reanalisados para excluir a ocorrência de mecanismos locais que geraram atividade hidrogeológica efémera, não necessariamente associada a um clima global favorável à presença estável de água líquida durante longos períodos de tempo».

Por outro lado, sublinha David Vaz, os resultados deste estudo trazem novos elementos para a discussão sobre a evolução climática em Marte, sugerindo que «a formação dos verdadeiros deltas poderá ter sido mais limitada no espaço e no tempo».

Para caracterizarem os depósitos sedimentares, os investigadores efetuaram um balanço volumétrico entre os sedimentos erodidos (estimando o volume dos vales formados pela ação dos rios no passado) e os volumes depositados nos possíveis deltas. «Esse balanço foi utilizado como indicador para decifrar os mecanismos sedimentares predominantes durante a formação dos depósitos», remata David Vaz.

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Legenda Figura 1

Mapa global de Marte com a localização dos 60 depósitos sedimentares considerados no estudo; (b, c) esquema exemplar da lógica da investigação: se a bacia que recebe os sedimentos não é ocupada pela água, o volume dos sedimentos erodidos no vale (Vv) é comparável ao do depósito (Vf) que se forma onde o fluxo perde energia, enquanto se a bacia recetora estiver permanentemente cheia de água, parte substancial dos sedimentos transportados em suspensão no rio são dispersos para além da foz, tornando o volume do delta (Vf) menor do que o erodido no vale (Vv).

Legenda Figura 2

Vale e depósito sedimentar localizado na região de Terra Cimmeria, este é um exemplo do tipo de depósitos que não se formaram por processos fluvio-deltaicos (crédito: NASA/JPL-Caltech/MSSS).

Legenda Figura 3

Vale e depósito sedimentar localizado na cratera de Eberswalde, o estudo confirmou que este depósito é muito provavelmente um delta formado num antigo lago (crédito: NASA/JPL-Caltech/MSSS).
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A origem do fósforo da vida

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O fósforo, presente no nosso DNA e nas membranas as células, é um elemento essencial à vida tal como a conhecemos. No entanto, o modo como este elemento chegou à Terra primordial é ainda um mistério. Com o auxílio do poder combinado do telescópio ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) e da sonda Rosetta, da Agência Espacial Europeia, os astrónomos traçaram agora a viagem do fósforo, desde as regiões de formação estelar até aos cometas. Este trabalho de investigação mostra pela primeira vez onde é que as moléculas que contêm fósforo se formam, como é que este elemento é transportado nos cometas e como é que uma molécula particular pode ter desempenhado um papel crucial no início da vida no nosso planeta.

“A vida apareceu na Terra há cerca de 4 mil milhões de anos, mas ainda não sabemos bem quais os processos que a tornaram possível,” diz Víctor Rivilla, o autor principal de um novo estudo publicado na revista da especialidade Monthly Notices of the Royal Astronomical Society [icon name=”file-pdf-o” class=”” unprefixed_class=””]. Os novos resultados do Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), do qual o Observatório Europeu do Sul (ESO) é parceiro, e do instrumento ROSINA a bordo da sonda espacial Rosetta da Agência Espacial Europeia (ESA), mostram que o monóxido de fósforo é uma peça crucial no puzzle da origem da vida.

Com o auxílio do ALMA, que permitiu observar de forma detalhada a região de formação estelar AFGL 5142, os astrónomos conseguiram localizar onde é que moléculas com fósforo, como o monóxido de fósforo, se formam. As novas estrelas e sistemas planetários formam-se em regiões nebulosas de gás e poeira existentes entre as estrelas, fazendo destas nuvens interestelares os locais ideais para procurar os blocos constituintes da vida.

As observações ALMA mostraram que moléculas que contêm fósforo são criadas quando estrelas massivas se formam. Correntes de gás emitidas pelas jovens estrelas massivas abrem cavidades nas nuvens interestelares e moléculas que contêm fósforo formam-se nas paredes destas cavidades, através da ação combinada de choques e radiação da estrela bebé. Os astrónomos mostraram também que o monóxido de fósforo é a molécula com fósforo mais abundante nas paredes das cavidades.

Após procurar com o ALMA esta molécula nas regiões de formação estelar, a equipa europeia concentrou-se seguidamente num objeto do Sistema Solar: o famoso cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko. A ideia consistia em seguir o percurso destes compostos de fósforo. Se as paredes da cavidade colapsam para formar estrelas, em particular nas menos massivas como o nosso Sol, o monóxido de fósforo pode congelar e encontrar-se preso nos grãos de poeira gelados que permanecem em torno da nova estrela. Ainda antes da estrela estar completamente formada, estes grãos de poeira juntam-se formando pequenos calhaus, rochas e eventualmente cometas, estes últimos tornando-se os transportadores do monóxido de fósforo.

ROSINA (Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis) colectou dados do 67P durante os dois anos em que Rosetta orbitou este cometa. Os astrónomos já tinham descoberto anteriormente traços de fósforo nos dados de ROSINA, mas não sabiam que molécula é que o teria transportado até lá. Kathrin Altwegg, Investigadora Principal de ROSINA e uma das autoras deste novo estudo, recebeu uma pista do que é que esta molécula poderia ser durante uma conversa numa conferência com uma astrónoma que estuda regiões de formação estelar com o ALMA: ”Ela disse-me que o monóxido de fósforo seria um candidato muito provável, por isso voltei a analisar os nossos dados e realmente lá estava ele!

Esta primeira observação de monóxido de fósforo num cometa ajuda os astrónomos a estabelecerem uma ligação entre as regiões de formação estelar, onde a molécula é criada, e a Terra.

A combinação de dados ALMA e ROSINA revelou uma espécie de linha condutora química durante todo o processo de formação estelar e onde o monóxido de fósforo desempenha um papel principal,” diz Rivilla, investigador no Observatório Astrofísico de Arcetri do INAF, o Instituto Nacional de Astrofísica de Itália.

O fósforo é essencial à vida tal como a conhecemos”, acrescenta Altwegg. “Como muito provavelmente os cometas transportaram enormes quantidades de compostos orgânicos para a Terra, o monóxido de fósforo encontrado no cometa 67P poderá fortalecer a ligação entre cometas e a vida na Terra.

Esta viagem intrigante pôde ser documentada graças aos esforços de colaboração entre astrónomos. “A deteção de monóxido de fósforo deveu-se claramente a uma troca interdisciplinar entre telescópios na Terra e instrumentos no espaço,” diz Altwegg.

Leonardo Testi, astronómo do ESO e Gestor de Operações do ALMA na Europa, conclui: “Compreender as nossas origens cósmicas, incluindo quão comuns são as condições químicas favoráveis ao aparecimento de vida, é um tópico principal da astrofísica moderna. Enquanto o ESO e o ALMA se focam em observações de moléculas em sistemas planetários jovens distantes, a exploração direta do inventário químico no seio do nosso Sistema Solar torna-se possível graças a missões da ESA, como Rosetta. A sinergia entre infraestruturas líder mundiais colocadas no solo e no espaço, através da colaboração entre o ESO e a ESA, é uma mais valia muito poderosa para os investigadores europeus, permitindo descobertas verdadeiramente transformadoras como a que é descrita neste trabalho.”

Observatório Europeu do Sul – Portugal
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