Exoplanetas: mundos além do nosso sistema solar

O exoplaneta mais jovem já descoberto tem menos de 1 milhão de anos.

O exoplaneta mais jovem já descoberto tem menos de 1 milhão de anos e orbita Coku Tau 4, uma estrela a 420 anos-luz de distância. Os astrônomos inferiram a presença do planeta a partir de um enorme buraco no disco empoeirado que circunda a estrela. O buraco é 10 vezes o tamanho da órbita da Terra em torno do Sol e provavelmente causado pelo planeta limpando um espaço na poeira enquanto orbita a estrela. (Crédito da imagem: NASA)





Os exoplanetas são planetas além do nosso sistema solar. Milhares foram descobertos nas últimas duas décadas, principalmente com o Telescópio Espacial Kepler da NASA.

Esses mundos vêm em uma grande variedade de tamanhos e órbitas. Alguns são planetas gigantescos se abraçando perto de suas estrelas-mãe; outros são gelados, alguns rochosos. A NASA e outras agências estão procurando por um tipo especial de planeta: um que tenha o mesmo tamanho da Terra, orbitando uma estrela parecida com o Sol na zona habitável.

A zona habitável é o intervalo de distâncias de uma estrela onde a temperatura do planeta permite oceanos de água líquida, essenciais para a vida na Terra. A definição mais antiga da zona era baseada no equilíbrio térmico simples, mas os cálculos atuais da zona habitável incluem muitos outros fatores, incluindo o efeito estufa da atmosfera de um planeta. Isso torna os limites de uma zona habitável 'difusos'.



Astrônomos anunciaram em agosto de 2016 que eles podem ter encontrado tal planeta orbitando Proxima Centauri . O mundo recém-descoberto, conhecido como Proxima b, é cerca de 1,3 vezes mais massivo do que a Terra, o que sugere que o exoplaneta é um mundo rochoso, disseram os pesquisadores. O planeta também está na estrela zona habitável , a apenas 4,7 milhões de milhas (7,5 milhões de quilômetros) de sua estrela hospedeira. Ele completa uma órbita a cada 11,2 dias terrestres. Como resultado, é provável que o exoplaneta esteja bloqueado pelas marés, o que significa que ele sempre mostra a mesma face para sua estrela hospedeira, assim como a lua mostra apenas uma face (o lado próximo) para a Terra.

A maioria dos exoplanetas foi descoberta pelo Telescópio Espacial Kepler, um observatório que começou a funcionar em 2009 e deve terminar sua missão em 2018, quando ficar sem combustível. Em meados de março de 2018 , Kepler descobriu 2.342 exoplanetas confirmados e revelou a existência de talvez 2.245 outros. O número total de planetas descobertos por todos os observatórios é 3.706.

Primeiras descobertas

Embora os exoplanetas não tenham sido confirmados até a década de 1990, durante anos os astrônomos estavam convencidos de que eles existiam. Isso não foi apenas ilusão, mas por causa da lentidão com que nosso próprio sol e outras estrelas como ele giram, o astrofísico da Universidade de British Columbia, Jaymie Matthews, disse ao guesswhozoo.com. Matthews, o cientista da missão do observador ocasional do telescópio de exoplanetas MOST (Microvariability and Oscillations of STars), esteve envolvido em algumas das primeiras descobertas de exoplanetas.



Os astrônomos tinham uma história de origem para nosso sistema solar. Simplificando, uma nuvem giratória de gás e poeira (chamada de nebulosa protosolar) colapsou sob sua própria gravidade e formou o sol e os planetas. À medida que a nuvem desmoronava, a conservação do momento angular significava que o futuro sol deveria girar cada vez mais rápido. Mas, enquanto o sol contém 99,8% da massa do sistema solar, os planetas têm 96% do momento angular. Os astrônomos se perguntaram por que o sol gira tão lentamente.

O jovem sol teria um campo magnético muito forte, cujas linhas de força alcançavam o disco de gás em turbilhão a partir do qual os planetas se formariam. Essas linhas de campo se conectavam com as partículas carregadas do gás e agiam como âncoras, desacelerando a rotação do sol em formação e aumentando o gás que acabaria por se transformar em planetas. A maioria das estrelas, como o Sol, gira lentamente, então os astrônomos inferiram que a mesma 'frenagem magnética' ocorreu para elas, o que significa que a formação do planeta deve ter ocorrido para elas. A implicação: os planetas devem ser comuns em torno de estrelas semelhantes ao sol.

Por esta e outras razões, os astrônomos a princípio restringiram sua busca por exoplanetas a estrelas semelhantes ao sol, mas as duas primeiras descobertas foram em torno de um pulsar (cadáver girando rapidamente de uma estrela que morreu como uma supernova) chamado PSR 1257 + 12, em 1992. A primeira descoberta confirmada de um mundo orbitando uma estrela semelhante ao Sol, em 1995, foi 51 Pegasi b - um planeta com a massa de Júpiter 20 vezes mais perto de seu Sol do que nós do nosso. Isso foi uma surpresa. Mas outra estranheza apareceu sete anos antes que sugeria a riqueza dos exoplanetas que viriam.



Uma equipe canadense descobriu um planeta do tamanho de Júpiter ao redor de Gamma Cephei em 1988, mas como sua órbita era muito menor que a de Júpiter, os cientistas não reivindicaram uma detecção definitiva do planeta. “Não esperávamos planetas assim. Era diferente o suficiente de um planeta em nosso próprio sistema solar para que eles fossem cautelosos ', disse Matthews.

A maioria das primeiras descobertas de exoplanetas foram enormes gigantes gasosos do tamanho de Júpiter (ou maiores) orbitando perto de suas estrelas-mãe. Isso porque os astrônomos estavam contando com a técnica da velocidade radial, que mede o quanto uma estrela 'oscila' quando um planeta ou planetas a orbitam. Esses grandes planetas próximos produzem um efeito correspondentemente grande em sua estrela-mãe, causando uma oscilação mais fácil de detectar.

Antes da era das descobertas de exoplanetas, os instrumentos só podiam medir movimentos estelares até um quilômetro por segundo, muito imprecisos para detectar uma oscilação devido a um planeta. Agora, alguns instrumentos podem medir velocidades tão baixas quanto um centímetro por segundo, de acordo com Matthews. 'Em parte devido à melhor instrumentação, mas também porque os astrônomos agora têm mais experiência em extrair sinais sutis dos dados.'

Kepler, TESS e outros observatórios

Kepler lançado em 2009 em uma missão principal para observar uma região na constelação de Cygnus. O Kepler realizou essa missão por quatro anos - o dobro de sua vida útil inicial - até que a maioria de suas rodas de reação (dispositivos apontadores) falharam. A NASA então colocou o Kepler em uma nova missão chamada K2, na qual o Kepler usa a pressão do vento solar para manter a posição no espaço. O observatório muda periodicamente seu campo de visão para evitar o brilho do sol. O ritmo de descoberta planetária de Kepler diminuiu após a mudança para K2, mas ainda são encontrados centenas de exoplanetas usando o novo método. Seu último lançamento de dados, em fevereiro de 2018, continha 95 novos planetas.

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O Kepler revelou uma cornucópia de diferentes tipos de planetas. Além de gigantes gasosos e planetas terrestres, ajudou a definir uma classe totalmente nova conhecida como ' super-Terras ': planetas que estão entre o tamanho da Terra e de Netuno. Alguns deles estão nas zonas habitáveis ​​de suas estrelas, mas os astrobiólogos estão voltando à prancheta para considerar como a vida pode se desenvolver em tais mundos. As observações de Kepler mostraram que as super-Terras são abundantes em nosso universo. (Estranhamente, nosso sistema solar não parece conter um planeta desse tamanho, embora alguns acreditem que um grande planeta apelidado de 'Planeta Nove' possa estar escondido nos confins do sistema solar.)

O principal método de pesquisa de planetas do Kepler é o método de 'trânsito'. O Kepler monitora a luz de uma estrela. Se a luz diminui em intervalos regulares e previsíveis, isso sugere que um planeta está passando pela face da estrela. Em 2014, os astrônomos do Kepler (incluindo o ex-aluno de Matthews, Jason Rowe) revelaram um novo método de 'verificação por multiplicidade' que aumentou a taxa na qual os astrônomos promovem planetas candidatos a planetas confirmados. A técnica é baseada na estabilidade orbital - muitos trânsitos de uma estrela que ocorrem em curtos períodos só podem ser devidos a planetas em órbitas pequenas, uma vez que estrelas em eclipse múltipla que podem se reproduzir se ejetariam gravitacionalmente do sistema em apenas alguns milhões de anos.

Enquanto o Kepler conclui sua missão, um novo observatório chamado Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) deve ser lançado na primavera de 2018. O TESS orbitará a Terra a cada 13,7 dias e fará um levantamento de todo o céu ao longo de dois anos. Ele pesquisará o hemisfério sul em seu primeiro ano, e o hemisfério norte (que inclui o campo Kepler original) em seu segundo. O observatório deve revelar muito mais exoplanetas, incluindo pelo menos 50 que têm aproximadamente o tamanho da Terra.

Outros observatórios de caça ao planeta proeminentes (passado e presente) incluem:

  • O espectograma HARPS do telescópio La Silla de 3,6 metros do Observatório Europeu do Sul, no Chile, cuja primeira luz foi em 2003. O instrumento é projetado para observar as oscilações que um planeta induz na rotação de uma estrela. O HARPS encontrou bem mais de 100 exoplanetas e é regularmente usado para confirmar observações do Kepler e de outros observatórios.
  • O telescópio canadense Microvariability and Oscillations of STars (MOST), que iniciou as observações em 2003. O MOST foi projetado para observar a astrossismologia de uma estrela, ou starquakes. Mas também participou de descobertas de exoplanetas, como a descoberta do exoplaneta 55 Cancri e.
  • O CoRoT (COnvection ROtation and planetary Transits) da Agência Espacial Francesa, que operou entre 2006 e 2012. Ele encontrou algumas dezenas de planetas confirmados, incluindo COROT-7b - o primeiro exoplaneta que tinha uma composição predominantemente de rocha ou metal.
  • Os telescópios espaciais da NASA / European Space Agency Hubble e NASA Spitzer, que observam periodicamente planetas em comprimentos de onda visíveis ou infravermelhos, respectivamente. (Mais informações sobre a atmosfera de um planeta estão disponíveis em infravermelho.)
  • O satélite europeu de caracterização ExOPlanets (CHEOPS), que deve estar pronto para lançamento em 2018. A missão é projetada para calcular os diâmetros dos planetas com precisão, particularmente aqueles planetas que se situam entre as massas da super-Terra e de Netuno.
  • O Telescópio Espacial James Webb da NASA, com lançamento previsto para 2020. É especializado na observação de comprimentos de onda infravermelhos. Espera-se que o poderoso observatório revele mais sobre a habitabilidade da atmosfera de certos exoplanetas.
  • O telescópio PLAnetary Trânsitos e Oscilações das Estrelas (PLATO) da Agência Espacial Européia, que deve ser lançado em 2024. Ele foi projetado para aprender como os planetas se formam e quais condições, se houver, podem ser favoráveis ​​à vida.
  • A missão ESA ARIEL (Grande pesquisa atmosférica do exoplaneta infravermelho com sensoriamento remoto), que será lançada em meados de 2028. A expectativa é observar 1.000 exoplanetas e também fazer um levantamento das composições químicas de suas atmosferas.

Um diagrama que mostra os tamanhos relativos dos novos planetas alienígenas descobertos por Kepler, em comparação com a Terra e Júpiter.

Um diagrama que mostra os tamanhos relativos dos novos planetas alienígenas descobertos por Kepler, em comparação com a Terra e Júpiter.(Crédito da imagem: NASA / Tim Pyle)

Exoplanetas notáveis

Com milhares para escolher, é difícil restringir alguns. Pequenos planetas sólidos na zona habitável são automaticamente destacados, mas Matthews destacou cinco outros exoplanetas que expandiram nossa perspectiva sobre como os planetas se formam e evoluem:

  • 51 Pegasi b: Como mencionado anteriormente, este foi o primeiro planeta a ser confirmado em torno de uma estrela parecida com o sol. Metade da massa de Júpiter, ele orbita em torno de seu sol aproximadamente à distância de Mercúrio de nosso sol. 51 Pegasi b está tão perto de sua estrela-mãe que provavelmente está travado por maré, o que significa que um lado sempre está voltado para a estrela.
  • HD 209458 b: Este foi o primeiro planeta encontrado (em 1999) a transitar por sua estrela (embora tenha sido descoberto pela técnica de oscilação Doppler) e nos anos subsequentes mais descobertas se acumularam. Foi o primeiro planeta fora do sistema solar para o qual pudemos determinar aspectos de sua atmosfera, incluindo perfil de temperatura e ausência de nuvens. (Matthews participou de algumas das observações usando o MOST.)
  • 55 Câncer de: Esta super-Terra orbita uma estrela que é brilhante o suficiente para ser vista a olho nu, o que significa que os astrônomos podem estudar o sistema com mais detalhes do que quase qualquer outro. Seu 'ano' tem apenas 17 horas e 41 minutos de duração (reconhecido quando a MAIORIA olhou para o sistema por duas semanas em 2011). Teóricos especulam que o planeta pode ser rico em carbono, com um núcleo de diamante.
  • HD 80606 b: Na época de sua descoberta em 2001, detinha o recorde de exoplaneta mais excêntrico já descoberto. É possível que sua órbita ímpar (que é semelhante ao cometa de Halley em torno do sol) seja devido à influência de outra estrela. Sua órbita extrema tornaria o ambiente do planeta extremamente variável.
  • WASP-33b: Este planeta foi descoberto em 2011 e tem uma espécie de camada de 'protetor solar' - uma estratosfera - que absorve parte da luz visível e ultravioleta de sua estrela-mãe. Este planeta não apenas orbita sua estrela 'para trás', mas também aciona vibrações na estrela, vistas pelo satélite MOST.