Pesquisadores do Departamento de Física e Astronomia da Penn desenvolveram um novo método para entender melhor a relação entre a composição química de uma estrela e a formação do planeta. O estudo foi conduzido pelo recém-formado Jacob Nibauer para sua tese sênior com Bhuvnesh Jain e foi co-supervisionado pelo ex-pós-doutorado em Penn, Eric Baxter. Os pesquisadores descobriram que a maioria das estrelas em seu conjunto de dados são semelhantes em composição ao sol, um tanto em desacordo com trabalhos anteriores e sugerindo que muitas estrelas na Via Láctea poderiam hospedar seus próprios planetas semelhantes à Terra. Esses resultados foram apresentados na 238ª conferência da American Astronomical Society e também publicados na Astrophysical Journal .

A técnica mais comum para encontrar exoplanetas, aqueles que existem fora do sistema solar, envolve o método de trânsito, quando um exoplaneta se move entre sua estrela e o observador e causa uma queda no brilho da estrela. Embora a maioria dos exoplanetas conhecidos tenha sido descoberta usando este método, esta abordagem é limitada porque os exoplanetas só podem ser detectados quando sua órbita e o observador estão perfeitamente alinhados e têm períodos orbitais curtos o suficiente. A segunda técnica mais poderosa, a velocidade radial ou método Doppler, tem outras limitações em sua capacidade de encontrar planetas.

Isso levanta a questão, Se os planetas não podem ser detectados em torno de uma estrela, sua existência pode ser inferida pelo estudo da estrela hospedeira? Os pesquisadores descobriram que a resposta a esta pergunta é um sim qualificado, com novos métodos ajudando os astrônomos a entender melhor como a formação de exoplanetas está relacionada à composição da estrela que orbitam.

"A ideia é que planetas e estrelas nascem da mesma nuvem natal, então você pode imaginar um cenário onde um planeta rochoso se fixa em material suficiente para deixar a superfície estelar tardia esgotada nesses elementos, "diz Nibauer." O objetivo é responder se as estrelas que hospedam planetas são diferentes de estrelas sem planetas, e uma maneira de fazer isso é buscar assinaturas da formação de planetas na composição da superfície estelar. Felizmente, a composição de uma estrela, pelo menos de suas camadas externas, pode ser inferido de seu espectro, a distribuição da intensidade da luz em diferentes frequências. "

Para fazer isso, os pesquisadores usaram dados do Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment (APOGEE-2), focando em 1, 500 estrelas de galáxias da Via Láctea com dados de composição química de cinco elementos diferentes. A nova contribuição de Nibauer foi aplicar estatísticas Bayesianas para medir a abundância de cinco rochas formadoras, ou "refratário, "elementos e objetivamente separar populações de estrelas com base em suas composições químicas.

O método de Nibauer permite que os pesquisadores vejam estrelas com baixas relações sinal-ruído, ou onde o fundo da medição pode ser maior do que o sinal da própria estrela. "Esta estrutura, em vez de focar estrela por estrela, combina medições em toda a população, permitindo-nos caracterizar a distribuição global de abundâncias químicas, "diz Nibauer." Por causa disso, somos capazes de incluir populações muito maiores de estrelas em comparação com estudos anteriores. "

Os pesquisadores descobriram que seu conjunto de dados separava nitidamente as estrelas em duas populações. Estrelas esgotadas, que constituem a maior parte da amostra, estão faltando elementos refratários em comparação com a população não esgotada. Isso pode indicar que o material refratário ausente na população esgotada está preso em planetas rochosos. Esses resultados são consistentes com outros menores, estudos direcionados de estrelas que usam medições de composição química mais precisas. Contudo, a interpretação desses resultados difere de estudos anteriores no sentido de que o sol parece pertencer a uma população que constitui a maioria da amostra.

"Estudos anteriores foram centrados no sol, então as estrelas são como o sol ou não, mas Jake desenvolveu uma metodologia para agrupar estrelas semelhantes sem fazer referência ao sol, "diz Jain." Esta é a primeira vez que um método que 'deixa os dados falarem' encontrou duas populações, e poderíamos então colocar o sol em um desses grupos, que acabou por ser o grupo esgotado. "

Este estudo também fornece um caminho promissor para identificar estrelas individuais que podem ter uma maior probabilidade de hospedar seus próprios planetas, diz Nibauer. "O objetivo de longo prazo é identificar grandes populações de exoplanetas, e qualquer técnica que possa colocar uma restrição probabilística sobre a probabilidade de uma estrela ser um hospedeiro de planeta sem ter que contar com o método de trânsito usual é muito valiosa, " ele diz.

E se o esgotamento das estrelas da Via Láctea for a norma, isso pode significar que a maioria dessas estrelas pode ser orbitada por planetas semelhantes à Terra, abrindo a possibilidade de que estrelas que estão "faltando" elementos mais pesados ​​simplesmente os tenham encerrado em exoplanetas rochosos em órbita, embora outras conexões possíveis com exoplanetas também estejam sendo exploradas. "Isso seria emocionante se confirmado por análises futuras de conjuntos de dados maiores, "diz Jain.