Por que não podemos observar a nuvem de Oort com um telescópio?

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A nuvem de Oort é uma estrutura hipotética baseada em nossa observação de cometas de longo período. Atualmente, existem propostas para projetar probes para confirmar a existência da nuvem de Oort.

Nuvem Oort

Agora, enviar uma sonda traria outros benefícios, mas por que não podemos observar a nuvem de Oort com um telescópio?

observational-astronomy oort-cloud

— called2voyage
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Eu acho que uma sonda de Oort em nossa vida é irreal e realmente irracional! A nuvem de Oort inicia cerca de 2000 UA. Levaria gerações para chegar lá com a tecnologia de propulsão previsível. Mesmo se lançado hoje, pode muito bem ser superado por uma sonda muito superior 50 anos depois. E além disso, para onde ir se nenhum alvo foi observado pelo telescópio antes? A nuvem de Oort é um espaço muito vazio. Gostaria de ver uma dessas propostas para uma sonda de Oort, porque não entendo como o conceito poderia funcionar.

— LocalFluff

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"Mesmo se lançado hoje, pode muito bem ser superado por uma sonda muito superior 50 anos depois." Isso sempre será verdade e é um argumento para não fazer nada para sempre.

— Marc

@ Marc Isso não é verdade se usarmos uma forma de propulsão que chega lá dentro de 50 anos.

— precisa saber é

De onde virá essa forma de propulsão se nunca dermos o primeiro passo para construir o melhor que pudermos hoje e usá-lo? Se nunca fizermos um esforço sério, sempre estaremos esperando a solução perfeita.

— Marc

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A resolução angular do telescópio realmente não tem influência direta em nossa capacidade de detectar objetos da nuvem de Oort além de como essa resolução angular afeta a profundidade em que se pode detectar a luz de objetos fracos. Qualquer telescópio pode detectar estrelas, mesmo que seus discos reais estejam muito além da resolução angular do telescópio.

A detecção de objetos da nuvem de Oort é simplesmente uma questão de detectar a luz refletida (não resolvida) exatamente da mesma maneira que se detecta uma estrela fraca (não resolvida). A confirmação da natureza da nuvem de Oort do objeto seria observada em intervalos de mais de um ano e obtendo uma paralaxe muito grande ( segundos arco). $>2$

A pergunta é a que profundidade você precisa ir? Podemos fazer isso de duas maneiras: (i) um cálculo do verso do envelope, assumindo que o objeto reflita a luz do Sol com algum albedo. (ii) Escale o brilho dos cometas quando estão distantes do Sol.

(i) A luminosidade do Sol é . Deixe que a distância para a nuvem de Oort ser e o raio do (assumido esférica) objeto Oort ser . A luz do incidente do Sol no objeto é . Se agora assumimos que uma fração disso é refletida uniformemente em um ângulo sólido de . Este último ponto é uma aproximação, a luz não será refletida isotropicamente, mas representará uma média em qualquer ângulo de visão. $L=3.83\times10^{26}\ W$ $D$ $R$ $\pi R^2 L/4\pi D^2$ $f$ $2\pi$

Para uma boa aproximação, como au, podemos supor que a distância do objeto Oort com a Terra também é . Portanto, o fluxo de luz recebido na Terra é $D \gg 1$ $D$

F_{E} = f \frac{π R^{2} L}{4 π D^{2}} \frac{1}{2 π D^{2}} = f \frac{R^{2} L}{8 π D^{4}}

$F_{E} = f \frac{\pi R^2 L}{4\pi D^2}\frac{1}{2\pi D^2} = f \frac{R^2 L}{8\pi D^4}$

Colocando alguns números, deixe km e au. O material cometário tem um albedo muito baixo, mas sejamos generosos e assumamos . $R=10$ $D= 10,000$ $f=0.1$

F_{E} = 3 \times 10^{- 29} (\frac{f}{0.1}) {(\frac{R}{10 k m})}^{2} {(\frac{D}{10^{4} a u})}^{- 4} W m^{- 2}

$F_E = 3\times10^{-29}\left(\frac{f}{0.1}\right) \left(\frac{R}{10\ km}\right)^2 \left(\frac{D}{10^4 au}\right)^{-4}\ Wm^{-2}$

Para converter isso em magnitude, suponha que a luz refletida tenha o mesmo espectro da luz solar. O Sol tem uma magnitude visual aparente de -26,74, correspondendo a um fluxo na Terra de . Convertendo a taxa de fluxo em uma diferença de magnitude, descobrimos que a magnitude aparente de nosso objeto fiducial de Oort é 52,4 . $1.4\times10^{3}\ Wm^{-2}$

(ii) o cometa de Halley é semelhante (raio de 10 km, baixo albedo) ao objeto fiducial de Oort considerado acima. O cometa de Halley foi observado pelo VLT em 2003 com uma magnitude de 28,2 e a uma distância de 28 au do Sol. Agora, podemos apenas escalar essa magnitude, mas ela se aproxima da potência de quatro , porque a luz deve ser recebida e então a vemos refletida. Assim, a 10.000 au, Halley teria uma magnitude de , em concordância razoável com minha outra estimativa. (Aliás, minha fórmula bruta em (i) acima sugere um , cometa em 28 au teria uma magnitude de 26,9. Dado que Halley provavelmente tem um menor $28.2 - 2.5 \log (28/10^{4})= 53.7$ $f=0.1$ $R=10\ km$ $f$ isso é excelente consistência.)

A observação de Halley pelo VLT representa o auge do que é possível com os telescópios de hoje. Até o campo ultra profundo de Hubble atingiu apenas magnitudes visuais de cerca de 29. Assim, um grande objeto da nuvem de Oort permanece mais de 20 magnitudes abaixo desse limiar de detecção!

A maneira mais viável de detectar objetos de Oort é quando ocultam estrelas de fundo. As possibilidades para isso são discutidas por Ofek & Naker 2010 no contexto da precisão fotométrica fornecida por Kepler. A taxa de ocultação (que é claro que eventos únicos e irrepetíveis) foi calculada entre zero e 100 em toda a missão Kepler, dependendo do tamanho e da distância da distribuição dos objetos de Oort. Até onde sei, nada aconteceu ainda.

— Rob Jeffries
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Conversei com um aluno de doutorado europeu que planeja tentar encontrar objetos da nuvem de Oort nos dados do telescópio espacial Gaia. Isso pode ser possível graças a eventos de microlentes quando um objeto de Oort transita (próximo) a uma estrela de fundo e amplia relativisticamente a luz da estrela por um momento.

O melhor caso é que em alguns anos teremos um mapa de um número estatisticamente útil de objetos da nuvem de Oort. O suficiente para afirmar que o "vimos".

— LocalFluff
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Simplificando, é porque os objetos que compõem a Nuvem de Oort, remanescentes da formação de nosso sol, são pequenos e fracos demais para serem detectados. Eles são fracos por causa de sua grande distância. Há uma absorção mínima da luz do sol e menos ainda é refletida de volta. Tão pouca luz é refletida de volta que não há nada que nossos telescópios mais avançados possam ver.

— Peter Jacob
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