A espaçonave Kepler está de olho em mais de 156, 000 estrelas. Até aqui, O famoso telescópio espacial da NASA teve sucesso em sua caça aos exoplanetas. Veja mais fotos de exploração espacial. Imagem cortesia da NASA Muito antes de existirem telescópios, astrônomos ou história escrita, as pessoas olhavam para "estrelas errantes" que os observadores posteriores chamariam de planetas. À medida que aplicamos nossos mitos de reinos distantes a esses corpos celestes, começamos a nos perguntar sobre a possibilidade de vida em outros mundos, uma ideia que nos cativou desde então.
Nas décadas recentes, astrônomos armados com radiotelescópios, observatórios orbitais e outras ferramentas poderosas de alta tecnologia começaram a responder a essa pergunta. Em 1995, Os astrônomos da Universidade de Genebra Michel Mayor e Didier Queloz anunciaram a descoberta do primeiro planeta fora do nosso sistema solar, um gigante semelhante a Júpiter orbitando em torno de uma estrela de "sequência principal" semelhante ao nosso sol, 51 Pegasi [fonte:prefeito e Queloz]. Desde então, outros - incluindo os cientistas da missão Kepler da NASA - estão em uma busca para encontrar mais desses exoplanetas , como são chamados pelos astrônomos. Em particular, eles visam identificar rochosos, Orbes semelhantes à terra que estão dentro da chamada "zona Cachinhos Dourados" - isto é, apenas a distância certa de suas estrelas para ter temperaturas de superfície que sustentariam a água líquida, e assim, pelo menos, possibilitar o desenvolvimento da vida [fonte:Borucki].
Armados com telescópios de última geração e outras ferramentas de alta tecnologia, astrônomos estão descobrindo novos mundos em uma velocidade surpreendente. No início de 2012, Cientistas do Kepler, que está digitalizando 150, 000 estrelas distantes em busca de sinais de planetas que as orbitam, identificaram cerca de 2, 300 "candidatos, "ou objetos que podem ser planetas [fonte:Brumfiel]. No final de janeiro de 2012, eles anunciaram a descoberta de 11 novos sistemas planetários, incluindo 26 exoplanetas confirmados, que aparentemente variam de possíveis planetas rochosos cerca de uma vez e meia o raio da Terra, a gigantes gasosos maiores que Júpiter. Uma estrela, Kepler-33 , tem um sistema solar de cinco planetas, cujo tamanho varia de uma vez e meia a cinco vezes o tamanho da Terra [fonte:NASA].
Mas essas descobertas podem ser apenas a ponta do iceberg. Os cientistas do Kepler estimam que pode haver até 50 bilhões de exoplanetas na Via Láctea [fonte:O'Neill]. Joseph Catanzarite, um astrônomo do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA, disse à Space.com em 2011 que até 2 bilhões deles podem ter uma escala semelhante à da Terra. "Com esse grande número, há uma boa chance de vida e talvez até vida inteligente possa existir em alguns desses planetas, "acrescentou [fonte:Choi].
Então, quais instrumentos e técnicas os cientistas usam para localizar exoplanetas, e como eles funcionam?
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Procurar planetas fora de nosso sistema solar é um pouco como tentar ler um selo postal colado na lâmpada de um farol distante:as estrelas-mãe brilham tanto que seu brilho abafa todo o resto. Para compensar, os cientistas desenvolveram métodos engenhosos para detectar exoplanetas medindo seus efeitos em suas estrelas-mãe.
Um planeta influencia sua estrela de duas maneiras úteis. Primeiro, sua gravidade puxa a estrela ligeiramente para a frente e para trás enquanto o planeta a orbita. Segundo, o planeta bloqueia uma pequena quantidade de luz ao passar na frente da estrela (do nosso ponto de vista).
Podemos detectar esses efeitos usando alguns métodos úteis, cada um com seus próprios pontos fortes e fracos. Vamos atacar astrometria primeiro. À medida que a gravidade de um planeta em órbita puxa sua estrela-mãe, faz com que a estrela oscilação em seu caminho pelo céu. Podemos discernir esse movimento minúsculo medindo com precisão a posição da estrela. Com base no período , ou o tempo que a estrela leva para completar uma oscilação, podemos calcular o período e o raio da órbita do planeta, junto com a massa do planeta. A astrometria é a melhor para encontrar planetas massivos com órbitas distantes de seus sóis.
Espectroscopia Doppler também faz uso deste empurra e puxa gravitacional, mas enquanto a astrometria usa o movimento lateral relativo da estrela, este método usa o Doppler shift que resulta do planeta puxando sua estrela em direção à Terra, em seguida, afaste-se dele. Conforme a estrela se move em direção à Terra, sua luz é comprimida, ou "deslocado para o azul, "em direção aos comprimentos de onda mais curtos do espectro. À medida que se afasta de nós, vemos as ondas de luz se estenderem em direção à extremidade vermelha (comprimento de onda mais longo) do espectro. Medindo o espectro de uma estrela ao longo do tempo, podemos detectar mudanças Doppler causadas por um planeta ou planetas movendo a estrela em nossa direção e para longe de nós.
Os desvios Doppler também nos dizem que a estrela velocidade radial (quão rápido a estrela se move em direção e para longe de nós). Como você pode esperar, velocidades radiais maiores significam planetas maiores. Com base na massa da estrela e no período da mudança, também podemos calcular o raio orbital do planeta. Este método é mais adequado para detectar planetas massivos localizados perto de sua estrela-mãe, e só pode estimar a massa mínima de tais planetas.
Fotometria não procura oscilações ou mudanças. Em vez de, ele observa o escurecimento revelador do brilho de uma estrela que ocorre quando um exoplaneta em órbita trânsitos , ou passa entre ele e nós.
A combinação dos três métodos permite aos astrônomos desenvolver uma imagem muito mais clara desses planetas. Próximo, vamos explorar como a missão Kepler está usando fotometria para realizar um censo estelar de planetas potencialmente habitáveis.
Kepler é a primeira missão da NASA capaz de encontrar planetas do tamanho da Terra ao redor de outras estrelas. Seu principal objetivo é gerar uma estimativa de base, ou censo, do número de tais planetas orbitando dentro de zonas habitáveis, onde as condições são adequadas para a existência de água líquida.
O pacote de instrumentos não orbita a Terra em um satélite:está alojado dentro de uma espaçonave de 9 pés (2,7 metros) de diâmetro e 15,3 pés (4,7 metros) de altura que orbita o sol, rastreando nosso planeta natal.
O Kepler usa um telescópio de campo muito amplo e um fotômetro (medidor de luz) para medir variações de brilho em mais de 156, 000 estrelas simultaneamente [fonte:Ames Research Center, NASA encontra candidatos a planetas do tamanho da Terra]. Leva essas leituras a cada 30 minutos porque os trânsitos podem levar de uma hora a meio dia, dependendo da órbita do planeta e do tipo de estrela envolvida.
Os cientistas da missão também empregam dados espectroscópicos de observatórios baseados em terra para ajudar a confirmar os candidatos a planetas e usar observações estelares para remover outros fatores de confusão, como estrelas binárias (um par de estrelas que giram em torno de um centro de massa comum).
O bairro Cygnus-Lyra foi escolhido como área de estudo porque é bem povoado de estrelas e fica alto o suficiente acima do plano orbital da Terra para que o sol, Terra e lua não atrapalharão as observações de Kepler. As estrelas estão entre 600 e 3, 000 anos-luz de distância. De nossa perspectiva, eles cobrem uma área equivalente a 1/400 do céu [fonte:Harwood].
O Kepler detecta planetas por meio do método fotométrico ou de trânsito, o que significa que ele detecta a pequena queda no brilho de uma estrela que ocorre quando um planeta em órbita passa entre sua estrela e nós. Uma vez que a análise de dados identifica um evento de escurecimento, os cientistas procuram por outras quedas da mesma magnitude, duração e período para confirmar a existência do planeta.
Isso não é fácil:um planeta do tamanho da Terra cruzando na frente de uma estrela do tamanho do Sol diminui sua luz em apenas 0,01 por cento. O pessoal da NASA gosta de dizer que detectar uma queda tão pequena é como avistar uma pulga rastejando por um farol a vários quilômetros de distância. Planetas do tamanho de Júpiter lançam uma sombra maior. Mesmo assim, visto de fora do nosso sistema solar, O trânsito de Júpiter apenas diminui o brilho do nosso sol em 1 a 2 por cento [fonte:Ames Research Center, PERGUNTAS FREQUENTES].
Tem mais. Para que o método de transporte público funcione, um planeta deve passar quase perfeitamente ao longo de nossa linha de visão, as chances são de cerca de 0,5 por cento para um planeta do tamanho da Terra (em uma órbita do tamanho da Terra) e 10 por cento para um planeta do tamanho de Júpiter (se orbitar perto de sua estrela) [fonte:Ames Research Center, PERGUNTAS FREQUENTES].
Colocando de outra forma:mesmo se verificarmos 100, 000 estrelas que realmente tinham planetas semelhantes à Terra, só poderíamos "ver" 500 deles por meio do método de trânsito. Usando probabilidades como essas, os cientistas podem estimar a população de planetas de nossa galáxia a partir das observações de Kepler.
A Zona Cachinhos DouradosPara um planeta ser receptivo à vida, vários fatores precisam estar "certos". Um bom candidato deve ser um planeta terrestre (rochoso). Idealmente, deve medir entre a metade e o dobro do tamanho da Terra, mas o importante é que ele é massivo o suficiente para conter uma atmosfera, mas não tão grande que se transforme em um gigante gasoso como Júpiter ou um gigante de gelo como Netuno.
Também deve estar localizado na zona habitável, uma distância da estrela-mãe onde a temperatura da superfície não congele a água líquida nem a elimine com fervura. A localização desta zona varia de acordo com as características da estrela.
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Antes do Kepler aparecer, o estábulo de planetas distantes localizados por astrônomos numerados na casa das dezenas e centenas, não milhares. No entanto, este foi um número extraordinário, considerando as limitações enfrentadas pelos cientistas ao usar os instrumentos disponíveis - particularmente telescópios terrestres, que exigem que os pesquisadores compensem as distorções atmosféricas.
Entre 2005 e 2008, pesquisadores descobriram cinco super-Terras, cada um ostentando massas entre cinco e dez vezes a da Terra.
Em 2008, astrônomos usando a câmera infravermelha próxima do telescópio espacial Hubble e o espectrômetro de múltiplos objetos detectaram dióxido de carbono em um exoplaneta pela primeira vez. O método envolvia subtrair os dados espectroscópicos da estrela-mãe dos dados combinados da estrela e do planeta. Infelizmente, o exoplaneta do tamanho de Júpiter HD 189733 b orbita muito perto de sua estrela para ser habitável, mas a técnica pode fornecer informações valiosas se aplicada a outros candidatos habitáveis. Os cientistas estão interessados no dióxido de carbono porque ele, como metano, pode apontar para processos biológicos.
Em 2009, astrônomos relataram o primeiro exoplaneta já encontrado por meio da astrometria, adicionando-o à lista de 350 planetas previamente encontrados pelo método de deslocamento Doppler. Se tivesse sido confirmado, VB 10b teria inclinado a balança em seis vezes mais massivo do que Júpiter. Contudo, observações subsequentes de espectroscopia Doppler não conseguiram detectar as mudanças de velocidade radial esperadas em sua estrela-mãe, VB 10, e a alegação foi refutada [fonte:Bean].
Nesse mesmo ano, usando seis meses de observações de telescópios amadores baseados em terra, cientistas anunciaram GJ 1214b , um planeta 6,5 vezes mais massivo que a Terra e 2,7 vezes mais largo. Os pesquisadores acreditam que o planeta pode ser feito principalmente de água. GJ 1214b orbita uma estrela anã vermelha a mais de 40 anos-luz da Terra a uma distância equivalente a um quadragésimo do espaço entre Mercúrio e nosso sol.
Que descobertas foram feitas em 2010 e 2011?
Missões futurasAs descobertas de Kepler irão apoiar duas missões planejadas - o Missão de interferometria espacial (SIM) e a Terrestrial Planet Finder (TPF) - determinando quais tipos de estrelas próximas provavelmente possuem planetas. Esta informação dirá ao SIM e ao TPF para onde apontar seus instrumentos.
Ambas as missões usarão uma técnica chamada anulando interferometria para cancelar o brilho de uma estrela-alvo e revelar planetas em órbita. Dois telescópios olham para a mesma estrela, mas a luz de um telescópio é colocada meio passo fora de fase com a luz do outro antes de serem combinadas, fazendo com que eles se cancelem. Por outro lado, a luz do planeta é combinada de uma forma que fortalece seu sinal.
TPF combina suas observações interferométricas com dados de um coronógrafo , que cancela o brilho bloqueando a luz direta da estrela com um objeto físico de modo que apenas a coroa da estrela seja visível, como um piloto bloqueando o sol com o polegar. Com a maior parte do brilho reduzido, os planetas em órbita tornam-se mais visíveis.
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A visão de um artista sobre o sistema planetário Kepler-11 e nosso sistema solar de uma perspectiva inclinada. Essa perspectiva ajuda a mostrar que as órbitas de cada um estão em planos semelhantes. Imagem cortesia da NASA Em março de 2010, pesquisadores anunciaram outro marco:um planeta 1 semelhante a Júpiter, 500 anos-luz da Terra que era relativamente frio e que poderia ser estudado em detalhes. Porque o satélite COROT o descobriu, foi dublado COROT-9b . Trabalhos anteriores já haviam encontrado outros planetas legais, mas COROT-9b foi o primeiro que transita entre sua estrela e a Terra. Isso significava que os cientistas poderiam estudar tanto seu tamanho (pela quantidade que diminuía a luz de sua estrela-mãe) quanto sua composição atmosférica (pela maneira como a luz das estrelas interagia com ela ao passar pela atmosfera) [fonte:ESA].
COROT-9b encontra-se na zona habitável de sua estrela, mas, porque é um mundo gasoso, os cientistas não consideram provável que seja hospitaleiro para a vida. Sua atmosfera pode conter água, Contudo, e um planeta tão grande também pode ter uma lua habitável [fonte:ESA].
No final de setembro de 2010, um grupo de astrônomos nos Estados Unidos, usando dados espectroscópicos de instrumentos baseados em terra, anunciou a descoberta de um planeta potencialmente hospitaleiro, Gliese 581g , orbitando a estrela Gliese 581 a apenas 20 anos-luz de distância. O anúncio gerou entusiasmo generalizado porque o planeta foi encontrado tão perto da Terra, e apenas 15 anos depois que os astrônomos identificaram os primeiros exoplanetas. Logo após o anúncio, Contudo, grupos científicos começaram a levantar dúvidas sobre a descoberta [fonte:Wall].
Os pesquisadores já haviam encontrado evidências de outros planetas no mesmo sistema de anãs vermelhas, dois dos quais ( Gliese 581d e Gliese 581e ) orbitou nas periferias da zona habitável. Então, Qual dos filhos de Gliese 581 receberia a coroa como o melhor candidato já encontrado para sustentar a vida? O problema era muito complicado para ser resolvido facilmente. Detectar planetas espectroscopicamente requer diminuir o ruído inerente aos dados observacionais e então determinar quais suposições usar. Os mesmos dados podem argumentar para diferentes números de planetas, dependendo se você assume órbitas excêntricas (altamente elípticas) ou quase circulares. Os cientistas ainda não haviam chegado a um consenso na época em que este artigo foi escrito.
Janeiro de 2011 viu a missão Kepler confirmar a descoberta de seu primeiro planeta rochoso, estimado em 1,4 vezes o tamanho da Terra. Localizado bem fora da zona habitável, Kepler-10b se destaca como o menor planeta descoberto fora de nosso sistema solar até agora.
E em fevereiro de 2011, Cientistas do Kepler anunciaram a descoberta de cinco planetas, cada uma orbitando nas zonas habitáveis de estrelas menores e mais frias que o nosso sol. Se confirmado, estes representarão os primeiros planetas de tamanho semelhante ao da Terra encontrados em zonas habitáveis. Nesse mesmo mês, Kepler localizou seis planetas confirmados orbitando uma estrela semelhante ao sol, Kepler-11, 2, 000 anos-luz da Terra. Este constitui o maior grupo de planetas em trânsito orbitando uma única estrela já descoberto fora de nosso sistema solar [fonte:NASA].
Embora essas descobertas tenham sido importantes, é importante lembrar que o Kepler até agora pesquisou apenas uma pequena fração do universo conhecido. Pode muito bem ser que nos próximos anos, cientistas farão descobertas ainda mais incríveis - incluindo, possivelmente, um planeta semelhante à Terra que é o lar de coisas vivas.
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