Nas últimas décadas, o estudo dos planetas extrasolares cresceu aos trancos e barrancos, com a confirmação de mais de 4000 exoplanetas. Com tantos planetas disponíveis para estudo, o foco dos pesquisadores de exoplanetas está mudando da descoberta para a caracterização. Nos próximos anos, novas tecnologias e telescópios de última geração também permitirão estudos diretos de imagens, que irá melhorar muito nossa compreensão das atmosferas de exoplanetas.

Para facilitar este processo, astrônomos contarão com tecnologias caras, como coronógrafos e starshades, que bloqueiam a luz de uma estrela para que quaisquer planetas orbitando se tornem mais visíveis. Contudo, de acordo com um novo estudo realizado por uma equipe internacional de astrônomos e cosmologistas, eclipsar estrelas binárias poderia fornecer todo o sombreamento necessário para a imagem direta dos planetas que os orbitam.

O estudo, que apareceu recentemente online, foi liderado por Stefano Bellotti, um Ph.D. estudante no L'Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (IRAP) da Universidade de Toulouse. Ele foi acompanhado por pesquisadores do Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), o Observatório Steward, o Observatório Astronômico Nacional do Japão (NAOJ), e o Ames Research Center da NASA.

Como o nome sugere, o método de imagem direta consiste em estudar planetas diretamente, analisando a luz refletida de suas superfícies e / ou atmosferas. Este método é lucrativo quando se trata de estudos de exoplanetas, uma vez que permite aos astrônomos obter espectros diretamente da atmosfera de um planeta, revelando assim sua composição química e se poderia ou não ser habitável.

Esses e outros benefícios foram explicados por Bellotti, que falou com a Universe Today por e-mail:"Em primeiro lugar, este método fornece uma resposta confiável de 'sim' ou 'não':o planeta (ou planetas) está lá ou não. Além disso, porque este método nos permite coletar diretamente a luz proveniente de um planeta, podemos examinar diretamente a composição química de sua atmosfera e ter uma ideia de suas características (nuvens). Em última análise, esta informação nos permite avaliar a habitabilidade do planeta, que é o principal foco atual das ciências exoplanetárias. "

Contudo, este método apresenta uma série de desafios, uma vez que a luz das estrelas é provavelmente 1 bilhão de vezes mais brilhante do que qualquer luz refletida de seus planetas. Os cientistas são capazes de reduzir essa discrepância em uma ordem de magnitude (onde as estrelas aparecem 1 milhão de vezes mais brilhantes) examinando a luz refletida no espectro infravermelho.

Por causa dessas limitações, apenas 50 planetas foram descobertos usando o método de imagem direta até o momento. Em geral, esses planetas são gigantes gasosos com órbitas amplas em torno de suas estrelas. Os astrônomos prevêem que os telescópios de próxima geração que dependem de óptica adaptativa, coronógrafos, ou mesmo uma espaçonave em órbita (como a proposta Starshade da NASA), será capaz de criar imagens menores, planetas rochosos que orbitam mais perto de seus planetas.

Para o bem de seu estudo, Contudo, Bellotti e seus colegas examinaram o potencial de eclipsar os binários para fazer o mesmo trabalho, mas sem nenhuma das ferramentas caras envolvidas. Como o nome sugere, sistemas binários eclipsados ​​consistem em duas estrelas que passam periodicamente uma na frente da outra em relação ao observador. Quando isso acontece, o brilho de uma estrela no sistema é temporariamente bloqueado, levando a uma redução da luminosidade.

Usando binários eclipsantes, explicou Bellotti, os astrônomos podem tirar vantagem do fato de que o sistema estelar já passa por escurecimento periódico - o que é previsível e pode ser cronometrado com precisão.

"Nesse sentido, o evento eclipse suprime a luz das estrelas proveniente do binário de uma forma natural, e, portanto, resulta em um contraste melhorado entre o planeta binário e um planeta potencial. Contudo, o eclipse não é considerado um substituto de coronógrafos ou estelares artificiais, mas pode ser considerado como uma ferramenta adicional a ser usada junto com eles para obter níveis de contraste aprimorados. De fato, porque durante [um] eclipse, o sistema binário torna-se semelhante a um ponto como uma única estrela, técnicas como a coronografia podem ser aplicadas para bloquear a luz de todo o binário de uma vez. "

Para testar isso, a equipe selecionou binários eclipsantes de vários catálogos de estrelas cuja luminosidade cai por um fator de 10 durante um eclipse. Eles também diferenciaram os tipos de exoplanetas com base na emissão de sua própria luz - também conhecido como. auto-luminoso (SL) - ou refletir luz (RL). Eles então simularam como os planetas em órbita brilhantes apareceriam com base em sua massa, e se eles seriam ou não visíveis usando os telescópios atuais ou futuros.

"Cerca de dois alvos, [U Cephei] e [AC Scuti] respectivamente, somos [sensíveis] a planetas de aproximadamente 4,5 massas de Júpiter e nove massas de Júpiter com os atuais instrumentos terrestres ou espaciais de futuro próximo, e cerca de 1,5 massas de Júpiter e seis massas de Júpiter com futuros observatórios baseados em terra (como [o Extremely Large Telescope (ELT)], "disse Bellotti.

Para planetas de luz refletida, eles selecionaram três binários eclipsantes que estavam mais próximos da Terra:V1412 Aquilae, RR Caeli, e RT Pictoris. Para esses sistemas, eles usaram Júpiter, Vênus e a Terra como modelos para quaisquer exoplanetas possíveis. Aqui também, eles obtiveram alguns resultados positivos.

"Concluímos que um planeta semelhante a Júpiter em uma separação planeta-estrela de 20 [milisegundos de arco] pode ser fotografado com futuras tecnologias terrestres e espaciais em torno de todos os três alvos, "Bellotti acrescentou." Um planeta semelhante a Vênus na mesma separação pode ser detectável em torno de RR Cae e RT Pic, mas um planeta habitável como a Terra é desafiador, como a separação planeta-estrela é muito pequena em comparação com o limite de separação angular da moderna coronografia. "

Nos próximos anos, observatórios terrestres como o Extremely Large Telescope (ELT), o Thirty Meter Telescope (TMT), e o Telescópio Gigante de Magalhães (GMT) devem permitir estudos diretos de imagens de exoplanetas semelhantes à Terra. De forma similar, o Telescópio Espacial James Webb (JWST) e o Telescópio Espacial Nancy Grace Roman (RST) terão instrumentos infravermelhos de última geração que também serão capazes de estudar diretamente as atmosferas de exoplanetas.

Embora esses telescópios de próxima geração tenham uma chance melhor de observar exoplanetas diretamente, é encorajador saber que observatórios menos avançados ainda podem conduzir estudos de imagem diretos no que diz respeito a eclipses binários. O que mais, esses sistemas estelares também podem fornecer oportunidades para telescópios avançados, uma vez que serão capazes de obter uma visão melhor dos exoplanetas quando suas estrelas forem eclipsadas.