A NASA indicou que 5.030 planetas extra-solares foram confirmados em 3.772 sistemas, com outros 8.974 candidatos aguardando confirmação. Com instrumentos de próxima geração, como o Telescópio Espacial James Webb (JWST), entrando em operação, espera-se que o número e a diversidade de exoplanetas confirmados cresçam exponencialmente. Em particular, os astrônomos antecipam que o número de planetas terrestres e super-Terras conhecidos aumentará drasticamente.
Nos próximos anos, as oportunidades para estudos de exoplanetas aumentarão consideravelmente à medida que outros milhares forem descobertos. Em um estudo recente, uma equipe liderada pela Academia Chinesa de Ciências (CAS) descreveu um novo conceito de telescópio espacial conhecido como Closeby Habitable Exoplanet Survey (CHES). Este observatório proposto procurará planetas semelhantes à Terra nas zonas habitáveis ​​(HZs) de estrelas semelhantes ao Sol dentro de aproximadamente 33 anos-luz (10 parsecs) usando um método conhecido como astrometria relativa de micro-segundo de arco.

O ramo da astronomia conhecido como astrometria consiste em fazer medições precisas das posições e movimentos próprios dos corpos celestes, comparando-os com estrelas de referência de fundo. Exemplos deste método incluem o Observatório Gaia da ESA, que mede o movimento de 1 bilhão de estrelas na Via Láctea (assim como 500.000 quasares distantes) desde 2013. Esses dados serão usados ​​para criar o mapa tridimensional mais preciso de nossa galáxia já fez.

Nesse caso, pesquisadores da Academia Chinesa de Ciências (CAS) e vários observatórios e universidades chinesas propõem um telescópio espacial que poderia fazer medições astrométricas de alta precisão de estrelas semelhantes ao Sol para detectar exoplanetas que as orbitam. A missão proposta do CHES operará no ponto Sol-Terra L2 Lagrange - onde atualmente reside o Telescópio Espacial James Webb (JWST) da NASA - e observará estrelas-alvo por cinco anos. Esses alvos incluirão 100 estrelas dentro de 33 anos-luz do sistema solar que se enquadram nos tipos F, G e K.

Enquanto as estrelas do tipo F (anãs amarelo-brancas) são mais quentes, mais brilhantes e mais massivas que o nosso sol, as estrelas do tipo G (anãs amarelas) são consistentes com o nosso sol – uma estrela G2V da sequência principal. Enquanto isso, as estrelas do tipo K (anãs laranja) são um pouco mais escuras, mais frias e menos massivas que o nosso sol. Para cada estrela observada, o CHES medirá as pequenas e dinâmicas perturbações induzidas por exoplanetas em órbita, o que fornecerá estimativas precisas de suas massas e períodos orbitais.

Como um observatório baseado no espaço, o CHES não estará sujeito a interferências devido à precessão e atmosfera da Terra e será capaz de fazer medições de astrometria com precisão suficiente para cair no domínio de micro-segundos de arco. Dr. Jianghui Ji é professor do CAS Key Laboratory of Planetary Sciences em Nanjing, da Universidade de Ciência e Tecnologia, e principal autor do estudo. Como ele disse ao Universe Today por e-mail:

"Para um planeta com a massa da Terra a 1 UA em torno de uma estrela do tipo solar a 10 pc, a oscilação astrométrica da estrela causada pela Terra Gêmea é de 0,3 micro-segundo de arco. Assim, a medição do nível de micro-segundo de arco é necessária. A astrometria relativa pois o CHES pode medir com precisão a separação angular no nível de micro-segundo de arco entre uma estrela alvo e 6-8 estrelas de referência. Com base nas medições dessas pequenas mudanças, podemos detectar se existem planetas terrestres ao seu redor."

Especificamente, o CHES fará as primeiras medições diretas das verdadeiras massas e inclinações de análogos da Terra e super-Terras que orbitam dentro do HZ de suas estrelas e são considerados “potencialmente habitáveis”. A carga principal para esta missão, disse o Dr. Ji, é um espelho de alta qualidade com um diâmetro de 1,2 metros (pés) e um campo de visão (FOV) de 0,44° x 0,44°. Este espelho faz parte de um sistema coaxial de anastigmatismo de três espelhos (TMA), onde três espelhos curvos são usados ​​para minimizar as aberrações ópticas.

O CHES também conta com dispositivos Mosaic Charge-Coupled Devices (CCDs) e a técnica de metrologia a laser para realizar medições astrométricas na faixa de 500nm ~ 900nm - abrangendo a luz visível e o espectro do infravermelho próximo. Esses recursos oferecerão vantagens significativas em comparação com o método de trânsito, que continua sendo o meio mais usado e eficaz para detectar exoplanetas. Nesse método, as estrelas são monitoradas quanto a quedas periódicas na luminosidade, que são possíveis indicações de planetas passando na frente da estrela (também conhecido como trânsito) em relação ao observador.

Além disso, o CHES ajudará na transição que está ocorrendo atualmente nos estudos de exoplanetas, onde o foco está mudando do processo de descoberta para a caracterização. Como Dr. Ji explicou:

"Primeiro, o CHES realizará um extenso levantamento das estrelas próximas do tipo solar a 10 PC de distância de nós e detectará todos os planetas semelhantes à Terra na zona habitável via astrometria, no caso em que o método de trânsito não pode fazer (como TESS ou PLATO). [Isso] requer as órbitas de borda para os planetas em relação à linha de visão dos observadores.

"Segundo, o CHES oferecerá as primeiras medições diretas de massas verdadeiras para 'Gêmeos da Terra' e super-Terras orbitando nossas estrelas vizinhas, nas quais a massa planetária realmente importa para caracterizar um planeta. Em comparação, o [método de trânsito] geralmente pode fornecer o raio do planeta e deve ser confirmado por outros métodos baseados em terra, como a velocidade radial.

“Finalmente, o CHES fornecerá órbitas tridimensionais (por exemplo, inclinações) de planetas terrestres, que também atuam como outro índice crucial envolvido na formação e caracterização planetária”.

Essas capacidades ajudarão os astrônomos a expandir amplamente o censo atual de exoplanetas, que consiste predominantemente em gigantes gasosos (Júpiter ou Saturno), mini-Netunos e super-Terras. Mas com a resolução e a sensibilidade aprimoradas dos instrumentos de próxima geração, os astrônomos antecipam que o número de análogos da Terra crescerá exponencialmente. Também melhorará nossa compreensão da natureza diversa dos planetas que orbitam estrelas semelhantes ao Sol e lançará luz sobre a formação e evolução do sistema solar.

Mas os benefícios de uma missão de astrometria espacial de próxima geração não param por aí. Como o Dr. Ji indicou, ele poderá ajudar com pesquisas que dependem do segundo método de detecção de exoplanetas mais popular e eficaz, conhecido como método de velocidade radial (também conhecido como espectroscopia Doppler). Para este método, os astrônomos observam as estrelas em busca de sinais de movimento aparente para frente e para trás ("oscilação") resultantes da influência gravitacional dos planetas em órbita. Dr. Ji disse:"Além disso, o CHES pode realizar medições conjuntas com instrumentos de velocidade radial de alta precisão, como o Extremely Large Telescope (ELT) e o Thirty Meter Telescope (TMT). [Ele também pode] verificar candidatos a planetas habitáveis ​​descobertos por [este método] e caracterizar com precisão as massas planetárias e os parâmetros orbitais."

Além disso, o CHES ajudará a avançar as fronteiras da astronomia e cosmologia, auxiliando na busca de matéria escura, no estudo de buracos negros e em outros campos de pesquisa. Esta pesquisa fornecerá novos insights sobre a física que governa nosso universo, a formação e evolução dos sistemas planetários e as origens da própria vida. Outros observatórios, como o Telescópio Espacial Romano Nancy Grace (e o ELT e TMT), poderão realizar estudos de imagem direta de exoplanetas menores que orbitam mais perto de suas estrelas – precisamente onde se espera encontrar planetas rochosos de HZ.

Combinado com medições de astrometria que podem revelar centenas de exoplanetas rochosos em sistemas vizinhos, os astrônomos podem estar prestes a encontrar vida além da Terra. + Explorar mais

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