Predição de ocultações estelares por objetos Troianos de Júpiter

03 de janeiro de 2019 | LIneA

No dia 14 de dezembro de 2018 o mestrando Matheus Morselli Gysi, bolsista do INCT do e-Universo e afiliado ao LIneA, defendeu sua tese na Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), em Curitiba. Os objetivos do trabalho realizado foram a previsão de ocultações estelares por Troianos de Júpiter para uma futura caracterização física desses corpos e a busca por observações de Troianos obtidas por grandes levantamentos.

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Figura 1: Da esquerda para a direita: Felipe Braga Ribas UTFPR/Orientador), Matheus Morselli, Rubens Machado (UTFPR) e Julio Camargo (ON). Créditos da imagem: Deisy Morselli.

A solução do problema restrito de três corpos, proposta por Joseph-Louis Lagrange em 1772, mostra a existência de cinco pontos de equilíbrio (sendo três dessas sempre instáveis e as outras duas regiões de equilíbrio estável dependendo da razão entre as massas), onde corpos menores podem orbitar um corpo central com semi-eixo maior similar ao de um corpo maior (Figura 2).

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Figura 2: Regiões de equilíbrio de Lagrange. Créditos da imagem: Wikipédia.

Os corpos localizados nestas regiões são conhecidos como Troianos. Esses objetos, em especial os Troianos do planeta Júpiter (Figura 3), têm se mostrado importantes peças para a restrição dos modelos de formação e evolução dinâmica do Sistema Solar. Vários modelos de evolução dinâmica foram desenvolvidos nos últimos anos, sendo o modelo de Nice (Jumping Jupiter) o mais aceito pela comunidade científica. Esse modelo explica que os Troianos foram formados junto aos corpos do cinturão de Kuiper e, durante a migração das órbitas dos planetas gigantes, eles teriam sido capturados nessas regiões de equilíbrio. Atualmente, são conhecidos mais de 7 mil Troianos com órbitas determinadas. Entretanto, existem poucas informações a respeito das propriedades físicas desses corpos.

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Figura 3: Órbita dos Troianos (pontos verdes) que co-orbitam Jupiter (ponto laranja). O ponto amarelo no centro é onde se encontra o Sol, seguido das órbitas dos planetas terrestres. Créditos da imagem: NASA.

Para realizar a caracterização desses objetos de forma precisa, propõe-se a utilização da técnica de ocultações estelares. Esse método consiste no registro do aparente bloqueio da luz de uma estrela, quando um corpo do sistema solar se interpõe entre a estrela e o observador (Figura 4). As ocultações estelares permitem a determinação de tamanhos e formas de objetos com precisão da ordem do quilômetro e, por consequência a derivação de outros parâmetros físicos como albedo e densidade. Além disso, é possível verificar a existência de anéis, satélites e atmosfera nesses pequenos corpos. Para se observar uma ocultação é necessário prever quando e onde esse evento ocorrerá. Nesse procedimento são comparadas as posições do objeto e da estrela ao longo do tempo, o que requer boas efemérides (posição relativa de um astro em função de um dado intervalo de tempo) do objeto e boa posição das estrelas.

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Figura 4: Representação esquemática de uma ocultação estelar, onde um corpo opaco entra em frente a uma estrela criando uma região de sombra da estrela na Terra, por um certo intervalo de tempo, podendo determinar com precisão o tamanho e a forma do corpo. Créditos da imagem: IOP Science.

Neste trabalho, foi feita uma busca e seleção de objetos Troianos a partir do banco de dados de pequenos corpos do Sistema Solar localizados em apontamentos do Dark Energy Survey (DES). Destas imagens, através de astrometria, obteve-se novas posições, que foram usadas para a melhora de efemérides. Filtrando os apontamentos do DES, e incluindo os principais objetos conhecidos, foram selecionados um total de 54 Troianos de Júpiter. Desenvolveu-se uma ferramenta para o cálculo de predições de ocultações estelares, com a qual obteve-se aproximadamente 41 mil eventos entre março de 2018 e dezembro de 2020. Dois eventos envolvendo dois Troianos (Leucus e Ennomos) já foram detectados por colaboradores do grupo.

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Figura 5: Forma circular obtida a partir da observação de uma ocultação pelo Troiano Ennomos no dia 4 de fevereiro de 2018. Créditos da imagem: Matheus Morselli.

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