Por inúmeras gerações, os seres humanos têm olhado para o céu à noite e se perguntado se estão sozinhos no universo. Com a descoberta de outros planetas no nosso sistema solar, na extensão da Via Láctea e em outras galáxias além da nossa, esta pergunta apenas tem se aprofundado.
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E considerando que os astrônomos e cientistas há muito tempo suspeitavam que outros sistemas estelares em nossa galáxia e no Universo tem planetas orbitando planetas outras estrelas, e só puderam serem observados nas últimas décadas. Ao longo do tempo, os métodos para detectar esses “planetas extra-solares” melhoraram, e a lista daqueles cuja existência foi confirmada tem crescido em conformidade (e já estão em quase 2000!)
Definição
Um planeta extra-solar, também chamado de um exoplaneta, é um planeta que orbita uma estrela (ou seja, é parte de um sistema solar) além da nossa. Nosso sistema solar é apenas um entre bilhões e muitos deles provavelmente têm seu próprio sistema de planetas. No século XVI, já existia astrônomos que hipotetizaram a existência de planetas extra-solares.
A primeira menção registrada foi feita pelo filósofo italiano Giordano Bruno, um dos primeiros incentivadores da teoria copernicana. Além de apoiar a ideia de que a Terra e outros planetas orbitam o Sol (heliocentrismo), apresentou a visão que o as estrelas fixas são similares ao Sol e da mesma forma são acompanhadas de planetas.
No século XVIII, Isaac Newton fez uma sugestão semelhante na seção do “General Scholium” onde conclui seu Principia. Fazendo uma comparação com os planetas do Sol, ele escreveu “e se as estrelas fixas são os centros de sistemas semelhantes, elas serão todas construídas de acordo com um projeto semelhante e sujeitas ao domínio Daquele…”
Desde o tempo de Newton, várias reivindicações foram feitas, mas rejeitadas pela comunidade científica como falsos positivos. Na década de 1980, alguns astrônomos alegaram que eles tinham identificado alguns planetas extra-solares em sistemas estelares próximos, mas não foram capazes de confirmar a sua existência até anos mais tarde.
Primeiras descobertas
Uma das razões por que planetas extrasolares serem tão difíceis de detectar é porque eles ainda são mais fracos do que as estrelas que orbitam. Além disso, essas estrelas desprendem a luz que “lava” os planetas – ou seja, obscurece-os da observação direta. Como resultado, a primeira descoberta não foi feita até 1992, quando astrônomos Aleksander Wolszczan e Dale Frail – usando o Observatório de Arecibo, em Porto Rico – observaram vários planetas de massa terrestre orbitando o pulsar PSR B1257 + 12.
Não foi até 1995, que a primeira confirmação de um exoplaneta orbitando uma estrela da sequência principal foi feita. Neste caso, o planeta observado foi 51 Pegasi b, um planeta gigante encontrado em uma órbita de quatro dias em torno da estrela 51 Pegasi (distante cerca de 51 anos-luz do nosso Sol).
Inicialmente, a maioria dos planetas detectados foram gigantes de gás semelhantes a, ou maiores que Júpiter – o que levou a invenção do termo “Super Júpiter”. Longe de sugerir que gigantes de gás eram mais comuns do que planetas rochosos (ou seja, “Parecidos com a Terra”), estas conclusões foram simplesmente devido ao fato de que planetas do tamanho de Júpiter são simplesmente mais fáceis de detectar devido ao seu tamanho.
A missão Kepler
Em homenagem o astrônomo da Renascença Johannes Kepler, o observatório espacial Kepler foi lançado pela NASA em 7 de março de 2009, com a finalidade de descobrir planetas como a Terra orbitando outras estrelas. Como parte do programa de descoberta da NASA e uma série projetos de custo relativamente baixo focado em pesquisa científica, a missão Kepler faz um levantamento de parte da nossa região da Via Láctea para encontrar evidências de planetas extra-solares e estimar quantas estrelas em nossa galáxia têm sistemas planetários.
Baseando-se no método de detecção de trânsito (veja abaixo), o único instrumento de Kepler é um fotômetro que monitora continuamente o brilho das estrelas de mais de 145.000 estrelas de sequência principal no campo de vista fixa. Este dados são transmitidos para a Terra onde serão analisado pelos cientistas para procurar sinais de escurecimento periódico causado por exoplanetas em trânsito, passando na frente de sua estrela hospedeira.
A partir de janeiro de 2015, Kepler e suas observações tinham encontrado 1.013 exoplanetas confirmados em cerca de 440 sistemas estelares, junto com um mais 3.199 candidatos a planetas não confirmados. Em novembro de 2013, os astrônomos relataram, com base em dados de missão espacial Kepler, que poderia haver até 40 bilhões de planetas do tamanho da Terra orbitando na zona habitável de estrelas como o Sol e em anãs vermelhas dentro da Via Láctea. Estima-se que 11 bilhões desses planetas podem estar orbitando estrelas como o Sol.
O tempo de vida inicial da missão Kepler foi de 3,5 anos, bem maior que o esperado, o que levou à missão ser estendida. Em 2012, a missão estava esperada para durar até 2016, mas isso mudou devido uma falha das rodas de reação da nave – que são usadas para apontar a nave espacial. Em 11 de maio de 2013, uma segunda roda falhou, desativando a coleta de dados de ciência e ameaçando a continuidade da missão.
Em 15 de agosto de 2013, a NASA anunciou que tinha desistido de tentar corrigir as duas rodas de reação e modificado a missão. Ao invés de sucatear Kepler, a NASA propôs mudar a missão para utilizar Kepler para detectar planetas habitáveis em torno de menores, mais não em ofuscante estrelas anãs vermelhas. Esta proposta, que se tornou conhecida como K2 “Segunda Luz”, foi aprovada em 16 de maio de 2014.
Planetas habitáveis
A descoberta de exoplanetas também intensificou o interesse na busca de vida extraterrestre, especialmente para aqueles que orbitam em zona habitável da estrela hospedeira. Também conhecida como a “zona de cachinhos dourados”, esta é a região do sistema solar, onde as condições são quentes o suficiente (mas não muito quentes) para que seja possível água líquida (e, portanto, vida) existir na superfície do planeta.
O primeiro planeta confirmado por Kepler que tem uma distância media orbital que colocou-o dentro da zona habitável de sua estrela foi Kepler-22b. Este planeta está localizado a cerca de 600 anos-luz da Terra na constelação de Cygnus e foi observado pela primeira vez em 12 de maio de 2009 e depois confirmado em 5 de dezembro de 2011. Com base em todos os dados obtidos, os cientistas acreditam que este mundo tem aproximadamente 2,4 vezes o raio da Terra e provavelmente está coberto por oceanos ou tem um escudo exterior líquido ou gasoso.
Antes da implantação do Kepler, a grande maioria dos exoplanetas confirmados caiu na categoria “tamanho de Júpiter” ou maior. No entanto, a partir de março de 2014, Kepler identificou mais de 2.900 candidatos planetários, muitos deles caindo nas categorias “tamanho da Terra” ou “Super-Terras”. Muitos destes estão localizados na zona habitável de suas estrelas mãe e alguns até mesmo ao redor de estrelas como o Sol.
Métodos de deteção
Enquanto alguns exoplanetas foram observadas diretamente com telescópios (um processo conhecido como “Direct Imaging”), a grande maioria foram detectados através de métodos indiretos, tais como o método de trânsito e o método da velocidade radial.
No caso do método de trânsito, um planeta é observado quando cruza o caminho (ou seja, em trânsito) na frente do disco da estrela mãe. Quando isso ocorre, o observado brilho da estrela cai em uma pequena quantidade, que pode ser medido e utilizado para determinar o tamanho do planeta.
O método de trânsito revela o raio de um planeta, e tem uma vantagem na qual às vezes permite que a atmosfera de um planeta seja investigada através de espectroscopia. No entanto, ele também sofre de uma elevada taxa de falsos positivos, e, geralmente, exige que parte da órbita do planeta cruze uma linha de visão entre a estrela hospedeira e a Terra.
Como resultado, a confirmação de um outro método é geralmente considerada necessária. Não obstante, ele permanece o método mais utilizado de detecção e é responsável por descobertas de exoplaneta mais do que todos os outros métodos combinados. O Telescópio Kepler usa esse método.
O método da velocidade radial (ou método Doppler) envolve medir a velocidade radial da estrela – ou seja, a velocidade com que se move em direção ou para longe da terra. O é um meio de detectar planetas, porque, como uma estrela em órbita do planeta, eles exercem uma influência gravitacional que faz com que a estrela se mova em sua própria órbita em torno centro de massa do sistema.
Este método tem a vantagem de ser aplicável às estrelas com uma ampla gama de características. No entanto, uma das desvantagens é que não é possível determinar a verdadeira massa do planeta, mas pode-se definir um limite inferior dessa massa. Continua a ser segunda técnica mais eficaz empregada por caçadores de exoplanetas.
| O exoplaneta Beta Pictoris b, que foi observado por detecção direta em 2009. Crédito: ESO |
Outros métodos incluem a variação de sincronismo de trânsito (TTV) e microlente gravitacional. O primeiro se baseia na medição das variações nos tempos de trânsito de um planeta e determinando a existência de outros. Esse método é eficaz na determinação da existência de vários planetas em trânsito em um sistema, mas exige que a existência de pelo menos um já seja confirmada.
Em uma outra forma do método, eclipses em uma estrela binária eclipsante é cronometrado, o que pode revelar um planeta exterior que orbita duas estrelas. A partir de agosto de 2013, alguns planetas foram encontradas com este método enquanto confirmaram-se mais outros.
A microlente gravitacional refere-se ao que o efeito de um campo gravitacional de uma estrela pode ocasionar, agindo como uma lente para ampliar a luz de uma estrela de fundo ao longe. Planetas orbitando esta estrela podem causar anomalias detectáveis ao longo do tempo, indicando assim a sua presença. Esta técnica é eficaz na detecção de estrelas que têm órbitas mais amplas (1-10 UA’s) de estrelas como o Sol.
Outros métodos existem – sozinhos ou em combinação – e tem permitido a detecção e confirmação de milhares de planetas. Em maio de 2015, um total de 1921 planetas em 1214 sistemas planetários foram confirmados, bem como 482 múltiplos sistemas planetários.
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Missões futuras
Com o encerramento da missão de Kepler, e tantas descobertas feitas dentro de um curto período de tempo, a NASA e outras agências espaciais federais planejam continuar na busca por planetas extra-solares. Propostas missões da NASA que vão pegar carona no que Kepler deixou, incluem o Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) – que está agendado para lançamento algum dia em 2017 – e o James Webb Space Telescope, que deve ser implantado em outubro de 2018.
Além disso, a Agência Espacial Europeia (ESA) pretende continuar a varrer uma parcela significativa da galáxia Via Láctea (incluindo exoplanetas) usando a sua nave espacial Gaia – que iniciou suas operações em 2013. O Herschel Space Observatory e a missão da ESA com participação da NASA, está em operação desde 2009 e também é esperado para fazer muitas descobertas interessantes nos próximos anos.
Traduzido de Phys