Astrofísicos brasileiros observam exoplanetas em busca de céus azuis

Estudo em observatório nacional conseguiu caracterizar três exoplanetas e sugerir a existência de objeto na órbita de um deles

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Atmosfera da Terra propicia o efeito de enxergarmos o céu na cor azul, e é possível que planetas fora do nosso sistema solar tenham essa característica – Foto: ESO/M. Kornmesser via NASA Images

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Reunidos no Sul de Minas, na região de Brazópolis, um grupo de cientistas voltou seus olhares para o espaço, mais precisamente para três planetas gigantes que podem ajudar a esclarecer a formação e evolução dessa classe de objetos.

Entre agosto de 2011 e agosto de 2013, pesquisadores se alternaram no Observatório Pico dos Dias para registrar e caracterizar os movimentos dos exoplanetas WASP-5b, WASP-44b e WASP-46b. Seus achados foram publicados pela prestigiada revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS).

Para Leonardo Almeida, pós-doutor do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas (IAG) da USP, segundo autor do artigo e principal investigador do projeto, a ideia essencial é, além de obter medidas físicas precisas dos planetas como massa e raio, elucidar qual (ou quais) são as teorias de formação planetária possíveis para explicá-los, como também estudar suas atmosferas mais atentamente e identificar se existem outros objetos ainda não detectados nesses sistemas.

O estudo, que é apenas o primeiro de uma série de artigos previstos sobre estes e outros exoplanetas, conseguiu não apenas caracterizar os três objetos como também sugerir a provável existência de perturbações gravitacionais na órbita de um deles. Não bastando isso, os cientistas foram capazes de identificar, em dois dos exoplanetas, a possível presença de atmosferas que, como a nossa, sugerem céus azuis.

Contando com um telescópio relativamente modesto diante da tecnologia à disposição de cientistas fora do Brasil, os pesquisadores conseguiram, de acordo com Almeida, “estudar uma parte da ciência que é de extrema importância para a área”.

Ilustração da evaporação planetária em um Júpiter quente, neste caso CoRoT 2 b por raios X intensos – Foto: Nasa / CXC / M.Weiss

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Júpiteres quentes

Em março deste ano, quando a Nasa anunciou as primeiras imagens dos sete planetas que compõem o sistema Trappist-1 e que possuem supostamente dimensões e condições idênticas às oferecidas pelo planeta Terra, os exoplanetas chamaram definitivamente a atenção do mundo.

Para Almeida, o assunto é quente não apenas para o público geral, que pensa na possibilidade de vida fora da Terra, mas também para os cientistas. “Queremos saber qual é a teoria da formação de sistemas planetários. Se existem diferenças de formação e de possíveis composições de atmosfera das que a gente já conhece no sistema solar. Queremos saber quantos planetas podem existir ao redor de uma estrela”, enumera o astrofísico, ciente de que novas perguntas estão sempre surgindo. “Poderemos responder todas elas quando tivermos um número de exoplanetas descobertos que possibilite uma análise estatística robusta”, afirma ele.

No artigo a ser publicado pela MNRAS, um dos principais tópicos para começar a responder a uma pequena parcela das muitas perguntas foi a formação dos chamados hot Jupiters ou, em português, Júpiteres quentes. Os Júpiteres quentes são objetos que estão muito próximos de sua estrela e com massas próximas à do Júpiter que existe em nosso sistema solar.

Com períodos de órbita menores do que dez dias (lembrando que o período orbital da Terra girando ao redor do Sol é de 365 dias), esses objetos recebem uma irradiação muito alta e por isso têm sua temperatura superficial bastante elevada.

“O nosso Júpiter está bem distante do Sol, mas esses estão bem próximos [dos sóis que orbitam, respectivamente]. Então existiram diferenças na formação planetária do nosso Sistema Solar com relação a esses outros objetos”, elucida Almeida ao teorizar que, possivelmente, a formação desses gigantes distantes aconteceu de maneira diferente.

E como esses planetas foram parar tão próximos das suas estrelas? De acordo com o astrofísico, são duas as possíveis explicações. “A primeira é que eles nasceram ali, o que achamos que é pouco provável já que, no início da formação planetária, aquela região, devido à irradiação da estrela central, deixa pouca matéria para formar objetos”, revela ele.

Já a teoria mais aceita é conhecida como “migração planetária”, ou seja, o objeto se forma numa região mais distante e ao longo da formação planetária, devido a diversos choques, ele vai perdendo momento angular e vai migrando cada vez mais para perto da estrela.

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Em busca de uma atmosfera

Na área de exoplanetas, o próximo passo é a caracterização da atmosfera desses objetos, quer dizer, verificar qual a composição química daquela atmosfera. “Se já conhecemos o exoplaneta, queremos saber se ali comporta vida e, para saber isso, precisamos descobrir se a atmosfera é ou não similar ao que já entendemos sobre a possível existência de vida”, esclarece.

Utilizando a fotometria, técnica astronômica que faz medição da intensidade da luz, pesquisadores analisaram os exoplanetas em diferentes faixas do espectro eletromagnético, ou seja, em multibandas. “A vantagem disso é que estamos pegando uma quantidade de luz relativamente grande, e isso faz com que a fotometria – a sua medida – seja muito boa”, explica ele.

A partir do chamado trânsito fotométrico – o registro do caminho que cada objeto faz passando na frente da sua estrela-mãe – os pesquisadores puderam identificar absorções que evidenciam a presença de uma atmosfera.

A fotometria faz medição da intensidade da luz e permite enxergar a trajetória dos exoplanetas em diferentes faixas do espectro eletromagnético, ou seja, em multibandas – Foto: Gráfico cedido pelo pesquisador

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Quando um planeta não possui nenhuma atmosfera, por exemplo, seu raio, que é medido através da profundidade do seu trânsito, é exatamente igual. “Entretanto, quando o planeta possui atmosfera, podem ocorrer absorções que traduzem-se em raios diferentes para as diferentes bandas fotométricas”, esclarece Almeida.

E é por meio dessa técnica que os especialistas conseguem tirar medidas da composição química de diferentes atmosferas. “Mas para diferenciarmos entre uma e outra precisamos de medidas bem precisas em várias bandas fotométricas e fazer um estudo estatístico robusto, para testarmos as teorias”, conclui.

Longe de casa, outros céus azuis

Ao penetrar nossa atmosfera, a luz do Sol passa por um efeito que, na física, ficou conhecido como espalhamento de Rayleigh. Esse fenômeno acontece para comprimentos de ondas muitos pequenos, no caso, a região azul do espectro eletromagnético.

“Nossa atmosfera é praticamente transparente nos outros comprimentos de onda da região do óptico, faixa do espectro eletromagnético que o olho humano consegue enxergar. Já no azul, a luz que vem do Sol nessa faixa é espalhada na atmosfera, e por isso vemos o céu azul”, revela simplificadamente o cientista.

Foto: Frayle via Flickr – CC

Se pudéssemos olhar para a Terra de fora dela, quando ela passasse na frente do Sol, o que iríamos ver seria a Terra com um raio praticamente constante em todos os outros comprimentos de onda, menos no azul. “No azul, ela pareceria maior, porque a radiação solar estaria sendo espalhada mais na atmosfera”, explica ele.

E é justamente isso que foi aplicado na observação dos três objetos. “Quando os observamos no azul, temos um aumento do raio e isso pode indicar que o que estamos vendo é o espalhamento de Rayleigh, ou seja, que os céus desses planetas podem ser azuis”, revela.

Planetas ocultos

Não bastando caracterizar as medidas e a existência de atmosferas nos exoplanetas observados, os pesquisadores foram além e buscaram entender se cada um dos três gigantes estava sozinho em seu respectivo sistema.

Por meio do estudo da variação do tempo de trânsito, Almeida revela as minúcias de se identificar planetas ocultos durante a observação. “Imagine que há uma estrela e um planeta. Se o sistema for formado apenas pelos dois, o tempo em que acontece o trânsito ocorre num período determinado com exatidão”, exemplifica ele. “Quando pegamos esse objeto e fazemos a comparação dos trânsitos, se o período orbital não for constante, quer dizer que há algo o perturbando.”

A chamada “perturbação gravitacional” foi identificada na órbita de um dos três planetas, o WASP-46b, ou seja, “temos evidências de que pode existir outro componente nesse sistema, mas ainda não é uma confirmação”, retrata ele.

Do Brasil para o mundo e além

Conforme Almeida, os planos a partir de agora envolvem a produção de uma série de artigos sobre esses e outros exoplanetas utilizando as técnicas desenvolvidas neste primeiro estudo.

Como não é possível observar todos os objetos do céu de uma só região do planeta, os pesquisadores estão limitados a buscar uma amostra específica. Além disso, por trabalharem com telescópios da classe de 1 metro, não é possível observar objetos que estejam muito distantes, já que sua fotometria não seria precisa o suficiente para a ciência a ser explorada. Entretanto, o astrofísico destaca que com a instrumentação disponível para os cientistas no Observatório do Pico dos Dias, conseguimos fazer ciência de ponta”.
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“Temos que aplicar essa tecnologia enquanto ela ainda é competitiva. E somos competitivos na área de astrofísica estelar e planetária”, ressalta o especialista.

Além de Almeida, o artigo Multi-band characterization of the hot Jupiters: WASP-5b, WASP-44b, and WASP-46b tem a autoria de Maximiliano Moyano, da Universidad Católica del Norte, no Chile, Carolina von Essen, da Aarhus University, na Dinamarca, Francisco Jablonski, do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe), e Marildo Pereira, da Universidade Estadual Feira de Santana.

É possível acessá-lo no site oficial do periódico Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
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