Em 1995, pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech), no Observatório Palomar, fizeram a observação inicial do que parecia ser uma anã marrom orbitando a estrela anã vermelha Gliese 229, localizada a aproximadamente 19 anos-luz da Terra.
Esse objeto, designado Gliese 229 B, intrigou os astrônomos desde então devido à sua luminosidade inesperadamente baixa em relação à sua massa. Apesar de possuir uma massa aproximadamente 70 vezes maior que a de Júpiter, seu brilho era significativamente menor do que o previsto. Recentemente, uma equipe internacional de astrônomos, liderada pela Caltech, resolveu esse enigma ao determinar que Gliese 229 B é, na verdade, um par de anãs marrons em órbita muito próxima.
O estudo foi liderado por Jerry W. Xuan, um estudante de pós-graduação do Departamento de Astronomia da Caltech, sob a orientação de Dimitri Mawet, professor de Astronomia David Morrisroe. Eles colaboraram com uma equipe global de especialistas de várias instituições prestigiadas, incluindo o Conselho Nacional de Pesquisa Herzberg do Canadá, o Observatório Europeu do Sul (ESO), a Agência Espacial Europeia (ESA), o Laboratório de Estudos Espaciais e Instrumentação em Astrofísica (LESIA), o Centro de Exploração e Pesquisa Interdisciplinar em Astrofísica (CIERA), os Institutos Max Planck de Astronomia (MPIA) e Extraterrestrial Physics (MPE), e o Laboratório de Propulsão a Jato da NASA (JPL).
Publicado na revista Nature, este estudo contou com o apoio da NASA e da Fundação Heising-Simons. Notavelmente, vários dos descobridores originais de Gliese 229 B em 1995 contribuíram para essa última pesquisa, incluindo Rebecca Oppenheimer, que na época era estudante de pós-graduação da Caltech (hoje astrofísica no Museu Americano de História Natural), Shri Kulkarni, professor de Astronomia e Ciências Planetárias George Ellery Hale, e Keith Matthews, especialista em instrumentação da Caltech.
Na época, suas observações revelaram a presença de metano na atmosfera de Gliese 229 B, uma característica comumente associada a gigantes gasosos, mas não típica de estrelas. Essa descoberta marcou a primeira detecção confirmada de uma anã marrom, uma classe de objetos frios, semelhantes a estrelas, que fazem a ponte entre gigantes gasosos e estrelas. Esses achados foram significativos, pois forneceram uma confirmação empírica da existência de anãs marrons, uma classe teórica de objetos que havia sido hipotetizada cerca de 30 anos antes.
“Ver o primeiro objeto menor que uma estrela orbitando outro sol foi emocionante,” disse Oppenheimer em um comunicado da Caltech. “Isso deu início a uma pequena indústria de pessoas buscando por objetos estranhos como esse na época, mas ele permaneceu um enigma por décadas.”
“Gliese 229 B era considerada o exemplo clássico de uma anã marrom,” acrescentou Xuan. “E agora sabemos que estávamos errados o tempo todo sobre a natureza do objeto. Não é um, mas dois. Simplesmente não conseguíamos investigar separações tão próximas até agora.”
Desde a descoberta de Gliese 229 B, há quase 30 anos, os astrônomos realizaram centenas de observações, mas seu brilho incomumente baixo continuou sendo um quebra-cabeça persistente. Embora cientistas tenham especulado que Gliese 229 B poderia ser composta por duas anãs marrons em órbita muito próxima, o par teria que estar extremamente perto para não ser detectado por quase três décadas.
Para testar essa hipótese, a equipe de pesquisa utilizou o interferômetro GRAVITY no Very Large Telescope (VLT) do Observatório Europeu do Sul (ESO), no Chile, para resolver espacialmente os dois objetos. Eles também empregaram o Espectrógrafo CRyogênico de Echelle de Alta Resolução no Infravermelho (CRIRES+) para identificar suas assinaturas espectrais distintas e medir seus deslocamentos de Doppler. Os resultados confirmaram que Gliese 229 B é composta por duas anãs marrons, Gliese 229 Ba e Gliese 229 Bb, com massas de aproximadamente 38 e 34 vezes a de Júpiter, respectivamente. Esses dois objetos orbitam um ao outro com um período de 12 dias e estão separados por uma distância cerca de 16 vezes a distância Terra-Lua.
Os níveis de brilho observados estão de acordo com a luminosidade esperada para duas pequenas anãs marrons dessa faixa de massa, explicando finalmente a falta de brilho do objeto.
“Essa descoberta de que Gliese 229 B é binária não só resolve a recente discrepância entre sua massa e luminosidade, mas também aprofunda significativamente nossa compreensão sobre as anãs marrons, que estão na linha entre estrelas e planetas gigantes,” disse Mawet, cientista sênior da NASA JPL. A descoberta dessa dupla levanta novas questões sobre como anãs marrons tão próximas se formam e sugere que sistemas binários semelhantes podem estar esperando para ser encontrados.
Alguns modelos teóricos propõem que pares de anãs marrons podem se formar dentro do disco protoplanetário de uma estrela, quando o disco se fragmenta em dois núcleos protostelares que posteriormente se tornam gravitacionalmente ligados após um encontro próximo. Esse mesmo mecanismo pode explicar a formação de exoplanetas binários em órbitas próximas, embora mais evidências observacionais sejam necessárias para validar essas ideias. Como Rebecca Oppenheimer comentou, essa descoberta representa um desenvolvimento extremamente empolgante no estudo das anãs marrons e dos sistemas binários, oferecendo potencialmente novas percepções sobre os processos que governam sua formação e evolução.
“Esses dois mundos girando um ao redor do outro são, na verdade, menores em raio do que Júpiter,” disse ela. “Eles pareceriam bastante estranhos em nosso céu noturno se tivéssemos algo assim em nosso próprio sistema solar. Esta é a descoberta mais empolgante e fascinante em astrofísica subestelar em décadas.”
No futuro, Xuan e seus colegas planejam identificar mais sistemas binários de anãs marrons utilizando tanto instrumentos de observação atuais quanto de próxima geração. Isso inclui o Keck Planet Imager and Characterizer (KPIC) e o Espectrógrafo de Infravermelho de Alta Resolução para Caracterização de Exoplanetas (HISPEC) do Observatório Keck. O KPIC foi desenvolvido por uma equipe liderada por Dimitri Mawet, enquanto o HISPEC está atualmente em construção na Caltech e em outras instituições, também sob a liderança de Mawet.
Em paralelo, um estudo independente publicado na The Astrophysical Journal Letters, liderado por Sam Whitebook, estudante de pós-graduação da Caltech, e Tim Brandt, astrônomo associado do Instituto de Ciência do Telescópio Espacial, chegou a conclusões semelhantes. A pesquisa deles também determinou que Gliese 229 B é composta por duas anãs marrons em órbita próxima. Essas descobertas convergentes de equipes separadas reforçam ainda mais a importância dessa descoberta para o avanço de nossa compreensão sobre sistemas de anãs marrons.
