O Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST) da NASA irá procurar planetas fora do nosso sistema solar em direção ao centro da nossa galáxia, a Via Láctea, onde a maioria das estrelas estão. O estudo das propriedades dos mundos exoplanetas nos ajudará a entender como são os sistemas planetários em toda a galáxia e como os planetas se formam e evoluem.

A combinação das descobertas do WFIRST com os resultados das missões Kepler e Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) da NASA completará o primeiro censo de planetas que é sensível a uma ampla gama de massas e órbitas de planetas, trazendo-nos um passo mais perto de descobrir mundos habitáveis ​​semelhantes à Terra além do nosso.

A data, astrônomos descobriram a maioria dos planetas quando passam na frente de sua estrela hospedeira em eventos chamados de trânsitos, que temporariamente escurecem a luz da estrela. Os dados WFIRST também podem detectar trânsitos, mas a missão observará principalmente o efeito oposto - pequenas ondas de brilho produzidas por um fenômeno de curvatura da luz chamado microlente. Esses eventos são muito menos comuns do que os trânsitos porque dependem do alinhamento casual de duas estrelas amplamente separadas e não relacionadas à deriva pelo espaço.

"Sinais de microlente de pequenos planetas são raros e breves, mas eles são mais fortes do que os sinais de outros métodos, "disse David Bennett, que lidera o grupo de microlente gravitacional no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland. "Como é um evento de um em um milhão, a chave para o WFIRST encontrar planetas de baixa massa é pesquisar centenas de milhões de estrelas. "

Além disso, a microlente é melhor para localizar planetas dentro e além da zona habitável - as distâncias orbitais onde os planetas podem ter água líquida em suas superfícies.

Microlente 101

Este efeito ocorre quando a luz passa perto de um objeto massivo. Qualquer coisa com massa distorce a estrutura do espaço-tempo, mais ou menos como a marca que uma bola de boliche faz quando colocada em um trampolim. A luz viaja em linha reta, mas se o espaço-tempo for dobrado - o que acontece perto de algo massivo, como uma estrela - a luz segue a curva.

Sempre que duas estrelas se alinham de nosso ponto de vista, a luz da estrela mais distante se curva à medida que viaja pelo espaço-tempo deformado da estrela mais próxima. Este fenômeno, uma das previsões da teoria geral da relatividade de Einstein, foi confirmado pelo físico britânico Sir Arthur Eddington durante um eclipse solar total em 1919. Se o alinhamento for especialmente próximo, a estrela mais próxima age como uma lente cósmica natural, focalizando e intensificando a luz da estrela de fundo.

Os planetas orbitando a estrela do primeiro plano também podem modificar a luz da lente, atuando como suas próprias lentes minúsculas. A distorção que eles criam permite aos astrônomos medir a massa do planeta e a distância de sua estrela hospedeira. É assim que o WFIRST usará a microlente para descobrir novos mundos.

Mundos familiares e exóticos

"Tentar interpretar as populações do planeta hoje é como tentar interpretar uma imagem com metade dela coberta, "disse Matthew Penny, um professor assistente de física e astronomia na Louisiana State University em Baton Rouge que liderou um estudo para prever as capacidades de pesquisa de microlentes do WFIRST. "Para entender completamente como os sistemas planetários se formam, precisamos encontrar planetas de todas as massas em todas as distâncias. Nenhuma técnica pode fazer isso, mas a pesquisa de microlente do WFIRST, combinado com os resultados do Kepler e TESS, revelará muito mais da imagem. "

Mais de 4, 000 exoplanetas confirmados foram descobertos até agora, mas apenas 86 foram encontrados por microlente. As técnicas comumente usadas para encontrar outros mundos são tendenciosas para planetas que tendem a ser muito diferentes daqueles em nosso sistema solar. O método de trânsito, por exemplo, é a melhor para encontrar planetas semelhantes a Netuno que têm órbitas muito menores que as de Mercúrio. Para um sistema solar como o nosso, estudos de trânsito podem perder todos os planetas.

A pesquisa de microlentes do WFIRST nos ajudará a encontrar análogos para todos os planetas em nosso sistema solar, exceto Mercúrio, cuja pequena órbita e baixa massa se combinam para colocá-lo fora do alcance da missão. O WFIRST encontrará planetas com a massa da Terra e ainda menores - talvez até luas grandes, como a lua de Júpiter, Ganimedes.

O WFIRST encontrará planetas em outras categorias mal estudadas, também. A microlente é mais adequada para encontrar mundos da zona habitável de sua estrela e mais longe. Isso inclui gigantes de gelo, como Urano e Netuno em nosso sistema solar, e até planetas desonestos - mundos vagando livremente pela galáxia, sem ligação com nenhuma estrela.

Embora os gigantes de gelo sejam uma minoria em nosso sistema solar, um estudo de 2016 indicou que eles podem ser o tipo de planeta mais comum em toda a galáxia. O WFIRST colocará essa teoria à prova e nos ajudará a compreender melhor quais características planetárias são mais prevalentes.

Gemas escondidas no núcleo galáctico

O WFIRST irá explorar regiões da galáxia que ainda não foram sistematicamente vasculhadas em busca de exoplanetas devido aos diferentes objetivos das missões anteriores. Kepler, por exemplo, procurou uma região de tamanho modesto de cerca de 100 graus quadrados com 100, 000 estrelas a distâncias típicas de cerca de mil anos-luz. TESS varre todo o céu e rastreia 200, 000 estrelas, no entanto, suas distâncias típicas são de cerca de 100 anos-luz. WFIRST irá pesquisar cerca de 3 graus quadrados, mas seguirá 200 milhões de estrelas a distâncias de cerca de 10, 000 anos-luz.

Como o WFIRST é um telescópio infravermelho, ele verá através das nuvens de poeira que impedem outros telescópios de estudar planetas na aglomerada região central de nossa galáxia. A maioria das observações de microlentes baseadas no solo até agora foram feitas em luz visível, tornando o centro da galáxia um território de exoplanetas amplamente desconhecido. Uma pesquisa de microlente conduzida desde 2015 usando o Telescópio Infravermelho do Reino Unido (UKIRT) no Havaí está abrindo caminho para o censo de exoplanetas do WFIRST mapeando a região.

A pesquisa UKIRT está fornecendo as primeiras medições da taxa de eventos de microlente em direção ao centro da galáxia, onde as estrelas estão mais densamente concentradas. Os resultados ajudarão os astrônomos a selecionar a estratégia de observação final para o esforço de microlente do WFIRST.

O objetivo mais recente da equipe do UKIRT é detectar eventos de microlente usando aprendizado de máquina, o que será vital para o WFIRST. A missão produzirá uma quantidade tão grande de dados que examiná-los apenas com os olhos será impraticável. Simplificar a pesquisa exigirá processos automatizados.

Resultados adicionais do UKIRT apontam para uma estratégia de observação que revelará o maior número possível de eventos de microlente, evitando as nuvens de poeira mais espessas que podem bloquear até mesmo a luz infravermelha.

"Nossa pesquisa atual com o UKIRT está preparando as bases para que o WFIRST possa implementar a primeira pesquisa de microlente dedicada baseada no espaço, "disse Savannah Jacklin, um astrônomo da Universidade Vanderbilt em Nashville, Tennessee, que liderou vários estudos UKIRT. "Missões de exoplanetas anteriores expandiram nosso conhecimento dos sistemas planetários, e o WFIRST nos levará um passo gigantesco mais perto de entender verdadeiramente como os planetas - particularmente aqueles dentro das zonas habitáveis ​​de suas estrelas hospedeiras - se formam e evoluem. "

De anãs marrons a buracos negros

A mesma pesquisa de microlente que revelará milhares de planetas também detectará centenas de outros objetos cósmicos bizarros e interessantes. Os cientistas serão capazes de estudar corpos flutuantes com massas variando de Marte a 100 vezes a do Sol.

A extremidade inferior da faixa de massa inclui planetas que foram ejetados de suas estrelas hospedeiras e agora vagam pela galáxia como planetas rebeldes. Em seguida estão as anãs marrons, que são muito massivos para serem caracterizados como planetas, mas não suficientemente massivos para se inflamarem como estrelas. Anãs marrons não brilham visivelmente como estrelas, mas o WFIRST será capaz de estudá-los em luz infravermelha através do calor que sobra de sua formação.

Os objetos na extremidade superior incluem cadáveres estelares - estrelas de nêutrons e buracos negros - deixados para trás quando estrelas massivas esgotam seu combustível. Estudá-los e medir suas massas ajudará os cientistas a entender mais sobre os estertores da morte das estrelas, ao mesmo tempo que fornece um censo dos buracos negros de massa estelar.

"A pesquisa de microlente do WFIRST não só avançará nossa compreensão dos sistemas planetários, "disse Penny, "também permitirá uma série de outros estudos da variabilidade de 200 milhões de estrelas, a estrutura e formação da Via Láctea interna, e a população de buracos negros e outras trevas, objetos compactos que são difíceis ou impossíveis de estudar de qualquer outra forma. "

A Lei de Dotações Consolidadas FY2020 financia o programa WFIRST até setembro de 2020. A solicitação de orçamento FY2021 propõe encerrar o financiamento para a missão WFIRST e focar na conclusão do Telescópio Espacial James Webb, agora planejado para lançamento em março de 2021. O governo não está pronto para prosseguir com outro telescópio multibilionário até que o Webb tenha sido lançado e implantado com sucesso.