Agora é possível capturar imagens de planetas que poderiam sustentar a vida em torno de estrelas próximas, graças aos avanços relatados por uma equipe internacional de astrônomos na revista Nature Communications.

Usando um sistema recentemente desenvolvido para imagens de exoplanetas no infravermelho médio, em combinação com um tempo de observação muito longo, Os autores do estudo afirmam que agora podem usar telescópios terrestres para capturar diretamente imagens de planetas cerca de três vezes o tamanho da Terra nas zonas habitáveis ​​de estrelas próximas.

Os esforços para obter imagens diretas de exoplanetas - planetas fora de nosso sistema solar - foram prejudicados por limitações tecnológicas, resultando em um viés para a detecção de planetas mais fáceis de ver que são muito maiores do que Júpiter e estão localizados em torno de estrelas muito jovens e longe da zona habitável - o "ponto ideal" em que um planeta pode sustentar água líquida. Se os astrônomos querem encontrar vida alienígena, eles precisam procurar em outro lugar.

"Se quisermos encontrar planetas com condições adequadas para a vida como a conhecemos, temos que procurar planetas rochosos aproximadamente do tamanho da Terra, dentro das zonas habitáveis ​​em torno dos mais velhos, estrelas semelhantes ao sol, "disse o primeiro autor do jornal, Kevin Wagner, Sagan Fellow no Hubble Fellowship Program da NASA no Steward Observatory da Universidade do Arizona.

O método descrito no artigo fornece uma melhoria de mais de dez vezes sobre as capacidades existentes para observar diretamente os exoplanetas, Disse Wagner. A maioria dos estudos sobre imagens de exoplanetas observaram comprimentos de onda infravermelhos de menos de 10 mícrons, parando um pouco antes da faixa de comprimentos de onda onde tais planetas brilham mais intensamente, Disse Wagner.

"Há uma boa razão para isso, porque a própria Terra está brilhando para você nesses comprimentos de onda, "Wagner disse." Emissões infravermelhas do céu, a câmera e o próprio telescópio estão basicamente abafando o sinal. Mas a boa razão para focar nesses comprimentos de onda é que é onde um planeta semelhante à Terra na zona habitável em torno de uma estrela semelhante ao Sol vai brilhar mais intensamente. "

A equipe usou o Very Large Telescope, ou VLT, do Observatório Europeu do Sul no Chile para observar nosso sistema estelar vizinho mais próximo:Alpha Centauri, apenas 4,4 anos-luz de distância. Alpha Centauri é um sistema estelar triplo; ele consiste em duas estrelas - Alpha Centauri A e B - que são semelhantes ao Sol em tamanho e idade e orbitam uma à outra como um sistema binário. A terceira estrela, Alpha Centauri C, mais conhecido como Proxima Centauri, é uma anã vermelha muito menor orbitando seus dois irmãos a uma grande distância.

Um planeta com menos do dobro do tamanho da Terra e orbitando na zona habitável em torno da Proxima Centauri já foi detectado indiretamente por meio de observações da variação da velocidade radial da estrela, ou a pequena oscilação que uma estrela exibe sob o puxão de um planeta invisível. De acordo com os autores do estudo, Alpha Centauri A e B podem hospedar planetas semelhantes, mas os métodos de detecção indireta ainda não são sensíveis o suficiente para encontrar planetas rochosos em suas zonas habitáveis ​​mais amplamente separadas, Wagner explicou.

"Com imagem direta, agora podemos ultrapassar esses limites de detecção pela primeira vez, " ele disse.

Para aumentar a sensibilidade da configuração de imagem, a equipe usou um espelho de telescópio secundário adaptativo, que pode corrigir a distorção da luz pela atmosfera terrestre. Além disso, os pesquisadores usaram uma máscara de bloqueio de luz estelar que eles otimizaram para o espectro de luz infravermelha média para bloquear a luz de uma das estrelas de cada vez. Para permitir a observação das zonas habitáveis ​​de ambas as estrelas simultaneamente, eles também foram os pioneiros em uma nova técnica para alternar entre observar Alpha Centauri A e Alpha Centauri B muito rapidamente.

"Estamos movendo uma estrela e uma estrela do coronógrafo a cada décimo de segundo, "Wagner disse." Isso nos permite observar cada estrela durante metade do tempo, e, importante, também nos permite subtrair um quadro do quadro subsequente, que remove tudo o que é essencialmente apenas ruído da câmera e do telescópio. "

Usando essa abordagem, a luz das estrelas indesejáveis ​​e o "ruído" - sinal indesejado de dentro do telescópio e da câmera - tornam-se essencialmente ruídos de fundo aleatórios, possível reduzir ainda mais empilhando imagens e subtraindo o ruído usando um software especializado.

Semelhante ao efeito dos fones de ouvido com cancelamento de ruído, que permitem que uma música suave seja ouvida em um fluxo constante de ruído indesejado do motor a jato, a técnica permitiu que a equipe removesse o máximo possível do ruído indesejado e detectasse os sinais muito mais fracos criados por candidatos a planetas em potencial dentro da zona habitável.

A equipe observou o sistema Alpha Centauri por quase 100 horas ao longo de um mês em 2019, coletando mais de 5 milhões de imagens. Eles coletaram cerca de 7 terabytes de dados, que eles disponibilizaram publicamente em http://archive.eso.org.

"Esta é uma das primeiras campanhas dedicadas de imagens de exoplanetas em várias noites, em que empilhamos todos os dados que acumulamos ao longo de quase um mês e os usamos para atingir nossa sensibilidade final, "Wagner disse.

Depois de remover os chamados artefatos - sinais falsos criados pela instrumentação e luz residual do coronógrafo - a imagem final revelou uma fonte de luz designada como "C1" que poderia potencialmente sugerir a presença de um candidato a exoplaneta dentro da zona habitável.

"Há uma fonte pontual que se parece com o que esperaríamos de um planeta, que não podemos explicar com nenhuma das correções de erro sistemáticas, "Wagner disse." Não estamos no nível de confiança para dizer que descobrimos um planeta em torno de Alfa Centauro, mas há um sinal de que pode ser isso com alguma verificação subsequente. "

Simulações de quais planetas dentro dos dados provavelmente se parecerão sugerem que "C1" poderia ser um planeta do tamanho de Netuno a Saturno a uma distância de Alfa Centauro A que é semelhante à distância entre a Terra e o sol, Disse Wagner. Contudo, os autores afirmam claramente que, sem verificação posterior, a possibilidade de C1 ser devido a algum artefato desconhecido causado pelo próprio instrumento não pode ser descartada ainda.

Encontrar um planeta potencialmente habitável em Alpha Centauri tem sido o objetivo da iniciativa Breakthrough Watch / NEAR, que significa Novas Terras na Região Alpha Centauri. O Breakthrough Watch é um programa astronômico global que procura planetas semelhantes à Terra ao redor de estrelas próximas.

"Estamos muito gratos às Iniciativas Revolucionárias e ao ESO por seu apoio na obtenção de mais um trampolim para a geração de imagens de planetas semelhantes à Terra em torno de nossas estrelas vizinhas, "disse Markus Kasper, cientista líder do projeto NEAR e co-autor do artigo.

A equipe pretende embarcar em outra campanha de imagem em alguns anos, em uma tentativa de capturar este potencial exoplaneta no sistema Alpha Centauri em um local diferente, e para ver se seria consistente com o que seria esperado com base na modelagem de sua órbita esperada. Pistas adicionais podem vir de observações de acompanhamento usando métodos diferentes.

A próxima geração de telescópios extremamente grandes, como o Extremely Large Telescope do European Southern Observatory, e o Telescópio Gigante de Magalhães, para o qual a Universidade do Arizona produz os espelhos primários, devem ser capazes de aumentar as observações diretas de estrelas próximas que podem abrigar planetas em suas zonas habitáveis ​​por um fator de 10, Wagner explicou. Os candidatos a serem examinados incluem Sirius, a estrela mais brilhante no céu noturno, e Tau Ceti, que hospeda um sistema planetário indiretamente observado que Wagner e seus colegas tentarão imaginar diretamente.

"Tornar a capacidade demonstrada aqui um modo de observação de rotina - ser capaz de coletar assinaturas de calor de planetas orbitando nas zonas habitáveis ​​de estrelas próximas - será uma virada de jogo para a exploração de novos mundos e para a busca de vida no universo , "disse o co-autor do estudo Daniel Apai, um professor associado de astronomia e ciências planetárias do UArizona que lidera o programa Earths in Other Solar Systems, financiado pela NASA, que parcialmente apoiou o estudo.