Imagine tentar ver um vaga-lume próximo a um holofote distante, onde os raios do holofote quase abafam o brilho fraco do vaga-lume. Adicione névoa, e ambas as luzes são apagadas. O brilho do vaga-lume ainda é visível?

Essa é a questão da busca por assinaturas observáveis ​​de sistemas terrestres, ou HOSTS, A pesquisa foi encarregada de responder, embora em uma escala cósmica. Usando o grande interferômetro do telescópio binocular, ou LBTI, no Arizona, a pesquisa HOSTS determina o brilho e a densidade da poeira quente flutuando nas zonas habitáveis ​​das estrelas próximas, onde água líquida pode existir na superfície de um planeta.

Esta pesquisa contribuirá para um relatório uma vez por década no campo da astrofísica, produzido pelas Academias Nacionais, que a NASA usa para ajudar a traçar um curso para futuras missões, alguns dos quais poderiam continuar a busca por planetas em torno de outras estrelas, conhecidos como exoplanetas. Mas antes que telescópios para missões de caça a exoplanetas possam ser projetados, os astrônomos devem saber se há um limite fundamental para sua capacidade de ver um minúsculo, planeta escuro ao lado de uma estrela brilhante quando o sistema está envolto em poeira.

"Nosso resultado é que não há nenhum problema fundamental, "disse Steve Ertel, do Observatório Steward da Universidade do Arizona, cientista de instrumentos para o interferômetro do Large Binocular Telescope e principal autor do artigo, "The HOSTS Survey - Exo-Zodiacal Dust Measurements for 30 Stars, "que é publicado no Astronomical Journal . "Agora é um desafio técnico."

Uma missão potencial para procurar planetas terrestres provavelmente incluiria um telescópio baseado no espaço, e a Pesquisa HOSTS ajudará a determinar seu tamanho.

"Quanto mais poeira houver, quanto maior deve ser o telescópio para visualizar um planeta, "Ertel disse." É importante saber o tamanho do telescópio necessário, para que os custos possam ser minimizados. "

A poeira que orbita no plano de nosso sistema solar é conhecida como "poeira zodiacal". A pesquisa HOSTS determinou que o nível típico de poeira zodiacal em torno de outras estrelas - chamada de "poeira exo-zodiacal" - é menos de 15 vezes a quantidade encontrada na zona habitável de nosso próprio sistema solar. Estrelas com mais do que essa quantidade de poeira são alvos ruins para futuras missões de imagem de exoplanetas, pois os planetas seriam difíceis de ver através da névoa. Uma dessas estrelas com um disco de poeira proeminente, chamado Epsilon Eridani, é uma das 10 estrelas mais próximas investigadas pelo HOSTS Survey.

“É muito perto, "Ertel disse." É uma estrela muito semelhante ao nosso sol. Seria um alvo muito bom de se olhar, mas descobrimos que não seria uma boa ideia. Você não seria capaz de ver um planeta parecido com a Terra ao seu redor. "

'Esse é o nosso melhor palpite'

Se poeira e detritos tornam difícil encontrar mundos rochosos, então, por que procurar planetas em sistemas empoeirados?

"Há poeira em nosso próprio sistema solar, "disse Philip Hinz, o líder da equipe HOSTS Survey e professor associado de astronomia da UA. "Queremos caracterizar estrelas semelhantes ao nosso sistema solar, porque esse é o nosso melhor palpite sobre quais outros sistemas planetários podem ter vida. "

O padrão de distribuição de poeira em torno de uma estrela hospedeira também pode dizer aos astrônomos algo sobre os planetas potenciais em um sistema estelar. Algumas estrelas têm largura, discos contínuos que preenchem todo o sistema. Este é considerado um modelo padrão, à medida que a poeira é formada durante as colisões de asteróides longe da estrela e, em seguida, espirais para dentro em direção à estrela de modo que seja uniformemente distribuída por todo o sistema.

"Isso é algo que esperávamos ver, mas também vimos algumas surpresas, "Disse Ertel.

Veja Vega, uma das estrelas mais brilhantes do céu noturno. Por mais de 30 anos, astrônomos sabem que Vega tem um enorme cinturão de poeira fria longe da estrela, análogo ao Cinturão de Kuiper do nosso sistema solar. A estrela também possui um disco de poeira quente muito próximo a ela.

“Estávamos pensando que Vega deveria ter poeira na zona habitável também, porque tem poeira muito perto e poeira mais longe, "Ertel disse." Mas examinamos a zona habitável de Vega e não encontramos nada.

A zona habitável de Vega é desprovida de poeira detectável, o que pode indicar que o sistema possui planetas que evitam que a poeira se acumule lá. Os planetas ainda não foram detectados em torno de Vega, mas as observações atuais não são nem mesmo sensíveis o suficiente para detectar um planeta tão grande quanto Júpiter perto da estrela, muito menos planetas semelhantes à Terra.

"Isso pode ser uma indicação de um planeta que não podemos ver, "Disse Ertel." Pode ser um planeta enorme fora da zona habitável, ou podem ser vários planetas com a massa da Terra. "

Outras estrelas tinham distribuições de poeira diferentes:nada longe ou muito perto, mas grandes quantidades de brilho, poeira quente em suas zonas habitáveis. Se uma estrela não tiver um análogo do Cinturão de Kuiper produzindo poeira, mas ainda tem um anel de poeira quente, deve haver outro mecanismo em ação no sistema.

"Pode haver planetas gigantes como Júpiter e Saturno nesse sistema, mas o cinturão de asteróides desse sistema tem muita massa, então você está tendo muitas colisões que fazem grandes quantidades de poeira, "Hinz disse.

O estudo desses discos de poeira fornece aos astrônomos mais peças do quebra-cabeça da arquitetura planetária. Embora estudos anteriores tenham procurado planetas muito próximos de, e muito longe de, estrelas para determinar onde os planetas estão normalmente localizados em sistemas estelares, o HOSTS Survey está determinando como poeira e cinturões de asteróides aparecem no sistema estelar médio.

"A pesquisa está em andamento, então temos mais perguntas do que respostas, "Hinz disse." Estamos nos primeiros dias para tentar descobrir como tudo se encaixa. "

Métodos de Detecção

A poeira exo-zodiacal foi aquecida à temperatura ambiente por sua estrela hospedeira, então ele brilha quando visto em comprimentos de onda infravermelhos, isto é, na luz infravermelha, emitida por objetos aquecidos. Contudo, nesses comprimentos de onda, estrelas brilham 10, 000 vezes mais brilhante do que a poeira. Para ver quanta poeira estava girando em torno das 30 estrelas escolhidas, o HOSTS Survey detectou os discos de poeira usando uma técnica chamada "Bracewell anulando interferometria, "depois de Ronald Bracewell, o astrônomo que primeiro sugeriu o método.

"Interferometria significa 'medir a interferência entre dois trens de ondas, '"Hinz disse.

O Grande Telescópio Binocular, ou LBT, tem a capacidade única de realizar esta interferometria, pois é projetado de forma que seus telescópios gêmeos possam detectar cada um ondas de luz que estão perfeitamente defasadas umas com as outras. Quando as ondas estão fora de fase, Eles anulam-se, fazendo com que seus picos e depressões se achatem.

"O resultado é que você cancela a luz da estrela, "Hinz disse.

Uma técnica semelhante foi introduzida em 1998, usando o telescópio de espelho múltiplo no Monte Hopkins, no Arizona.

"Demorou quase 20 anos para refinar a técnica de modo que seja precisa o suficiente para que pudéssemos nos livrar da estrela e sensível o suficiente para que pudéssemos ver a luz restante da poeira, "Hinz disse.

Para conseguir esse cancelamento, é necessário que o LBT seja adaptável. Depois que a luz é refletida nos espelhos primários de 8 metros do telescópio, ele reflete nos espelhos secundários e nos detectores. Os espelhos secundários são deformáveis ​​para que possam corrigir as distorções da luz causadas por ondulações na atmosfera. Para que a interferometria funcione, essas correções devem ser precisas até um centésimo da largura de um fio de cabelo humano.