1389: Combinação de telescópios revela mais de 100 exoplanetas

Tamanhos relativos, temperaturas e órbitas dos exoplanetas.
Crédito: John H. Livingston

Uma equipa internacional, incluindo investigadores da Universidade de Tóquio e do Centro de Astrobiologia dos Instituto Nacionais de Ciências Naturais, anunciou a descoberta de 60 planetas usando dados da missão K2 da NASA e da missão Gaia da ESA.

Em combinação com o seu anterior tesouro exoplanetário, anunciado no passado mês de Agosto, descobriram um total de 104 planetas, um recorde para o Japão. Entre os achados estão duas dúzias de planetas em sistemas multi-planetários, 18 planetas com menos de 2 vezes o tamanho da Terra e vários planetas de período ultra-curto, que orbitam as suas estrelas em menos de 24 horas.

A equipa realizou uma análise detalhada de 155 candidatos a planeta encontrados em dados do segundo ano de operações da missão K2, levando a um conjunto uniforme de disposições candidatas e parâmetros de sistema. Devido ao brilho das suas estrelas hospedeiras, muitos destes planetas apresentam oportunidades para caracterização detalhada a fim de sondar as suas composições e atmosferas.

Este novo trabalho combina o grande poder da fotometria de séries temporais com a astrometria precisa do Gaia, que é a medição das posições das estrelas no céu. Esta combinação de dados restringe fortemente as propriedades das estrelas hospedeiras e dos seus planetas, e só se tornou possível este ano com a segunda versão de dados da missão Gaia.

O anúncio deste novo lote de planetas segue as pisadas de outro estudo pelo mesmo autor principal, John Livingston, estudante da Universidade de Tóquio. O estudo anterior incluiu 44 planetas descobertos pelo K2, à época o maior tesouro exoplanetário já encontrado por investigadores no Japão.

“Nós quebrámos o nosso antigo recorde com este novo artigo científico,” afirma Livingston, “de modo que perfaz um total de 104 planetas com estes dois estudos.” A missão original do Kepler terminou em 2013, quando a segunda roda de reacção sofreu uma falha mecânica. Isto levou ao início de uma missão estendida, conhecida como K2, na qual o mesmo telescópio espacial podia continuar a encontrar planetas executando uma estratégia de observação diferente. A missão K2 chegou recentemente ao fim depois de ficar sem combustível, mas não sem antes de descobrir mais de 360 planetas.

“Ao extrapolar a nossa análise destes 155 candidatos, estimamos que, nos dados da missão K2, fiquem por confirmar centenas de planetas,” realça Livingston. No entanto, a maioria destes exigirá mais observações para determinar a sua verdadeira natureza.

O conjunto recém-anunciado de planetas contém duas dúzias de planetas em sistemas multi-planetários, bem como vários planetas de período ultra-curto, que estão muito próximos das suas estrelas; um ano nesses planetas é equivalente a menos de um dia aqui na Terra. Os planetas de período ultra-curto têm atraído atenção porque a sua formação é actualmente um mistério, já que a teoria prevê que os planetas deveriam formar-se longe das suas estrelas hospedeiras.

Um destes sistemas, conhecido como K2-187, contém um total de quatro planetas, um dos quais tem período ultra-curto. “Este sistema junta-se a uma lista crescente de planetas de período ultra-curto em sistemas multi-planetários, o que pode fornecer pistas importantes sobre a formação deste tipo de exoplaneta,” explica Livingston. Os interessados na busca por planetas pequenos não ficarão desapontados: “18 dos 60 planetas têm menos de 2 vezes o tamanho da Terra e têm provavelmente composições rochosas com pouca ou nenhuma atmosfera,” acrescenta Livingston.

A equipa também descobriu que 18 dos 155 candidatos a planeta são na realidade falsos positivos, onde estrelas binárias eclipsantes produzem sinais parecidos aos produzidos por planetas em trânsito.

Além dos dados do K2 e do Gaia, a equipa caracterizou as estrelas hospedeiras recolhendo imagens através de ópticas adaptativas de alta resolução e interferometria, bem como espectros de alta resolução. A óptica adaptativa é uma técnica usada para corrigir distorções provocadas pela atmosfera, usando um espelho deformável que ajusta rapidamente a sua forma para produzir uma imagem muito nítida. A interferometria é uma técnica usada para superar as mesmas distorções, mas sem a utilização de um espelho deformável; ao invés, é captada uma sequência de imagens de exposição muito curta, efectivamente congelando o padrão de distorção atmosférica. Posteriormente, sofisticados algoritmos de processamento de imagem transformam a sequência numa única imagem com uma resolução tão alta como se não existisse atmosfera. “Com as nossas imagens de alta resolução podemos procurar outras estrelas muito próximas das estrelas hospedeiras e, com os nossos espectros, podemos até olhar para mais longe,” realça Livingston. Tais métodos observacionais desempenham um papel importante na validação de novos planetas, e os esforços contínuos vão levar ao anúncio de mais planetas no futuro.

Embora a NASA já tenha retirado oficialmente a nave Kepler, terminando assim a missão K2, a tarefa passou para uma nova missão chamada TESS, que já produziu as suas primeiras descobertas planetárias. “O futuro parece promissor para os planetas em trânsito,” diz Livingston. “Com o TESS já em funcionamento e o Telescópio Espacial James Webb ao virar da esquina, podemos esperar muitas novas e emocionantes descobertas nos próximos anos.”

O novo estudo foi publicado na revista The Astronomical Journal no dia 26 de Novembro de 2018.

Astronomia On-line
7 de Dezembro de 2018

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52: Hubble observa o cometa activo mais distante a dirigir-se para o Sol

O Telescópio Espacial Hubble da NASA fotografou o cometa activo, dirigindo-se na direcção do Sol, mais distante alguma vez visto, a uma enorme distância de 2,41 mil milhões de quilómetros da estrela (para lá da órbita de Saturno).

Ligeiramente aquecido pelo longínquo Sol, já começou a desenvolver uma nuvem de poeira difusa com quase 129 mil quilómetros de comprimento, a que chamamos coma ou cabeleira, envolvendo um núcleo sólido e minúsculo de gás e poeira congelados. Estas observações representam os sinais mais precoces de actividade, alguma vez vistos, num cometa que entra na zona planetária do Sistema Solar pela primeira vez.

O cometa, chamado C/2017 K2 (PANSTARRS) ou “K2”, tem vindo a viajar durante milhões de anos desde a sua casa nos confins distantes e frios do Sistema Solar, onde a temperatura ronda os -262º C.

A órbita do cometa indica que é oriundo da Nuvem de Oort, uma região esférica com quase um ano-luz em diâmetro e que se pensa conter centenas de milhares de milhões de cometas. Os cometas são remanescentes gelados da formação do Sistema Solar há 4,6 mil milhões de anos e, portanto, têm uma composição gelada pristina.

“K2 está tão longe do Sol e é tão frio, que sabemos com certeza que a actividade – todas aquelas coisas difusas que o fazem parecer-se com um cometa – não é produzida, como nos outros cometas, pela evaporação de água gelada,” comenta David Jewitt, investigador principal da Universidade da Califórnia em Los Angeles, EUA.

“Em vez disso, pensamos que a actividade se deve à sublimação – passagem do estado sólido directamente para o estado gasoso – de super-voláteis à medida que o K2 faz a sua primeira entrada na zona planetária do Sistema Solar. É por isso que é especial. Este cometa está tão distante e é tão incrivelmente frio que a água gelada é como se fosse rocha”.

Com base nas observações do Hubble da cabeleira de K2, Jewitt sugere que a luz solar está a aquecer os gases voláteis congelados – como oxigénio, azoto, dióxido de carbono e monóxido de carbono – que cobrem a superfície gelada do cometa.

Estes gelos voláteis saem do cometa e libertam poeira, formando a cabeleira. Estudos anteriores da composição de cometas, perto do Sol, revelaram a mesma mistura de gelos voláteis.

“Eu penso que estes voláteis estão espalhados pelo cometa K2 e, no início, há milhares de milhões de anos, provavelmente em cada cometa da Nuvem de Oort,” acrescenta Jewitt.

“Mas estes voláteis à superfície são os que absorvem calor do Sol, então, em certo sentido, o cometa está a expelir a sua pele externa. A maioria dos cometas são descobertos muito mais perto do Sol, perto da órbita de Júpiter, de modo que quando os encontramos, estes voláteis superficiais já foram sublimados. Por isso, acho que o K2 é o cometa mais primitivo que já vimos.”

O K2 foi descoberto em maio de 2017 pelo Pan-STARRS (Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System) no Hawai, um projeto de pesquisa do Programa de Observações Próximas da Terra da NASA. Jewitt usou o instrumento WFC3 (Wide Field Camera 3) do Hubble no final de Junho para obter um olhar mais detalhado sobre o visitante gelado.

O “olho” afiado do Hubble revelou a extensão da cabeleira e também ajudou Jewitt a estimar o tamanho do núcleo – menos de 19 km de comprimento – embora a ténue cabeleira tenha um tamanho equivalente a 10 diâmetros terrestres.

Esta vasta cabeleira deve ter-se formado quando o cometa ainda estava mais longe do Sol. Através de imagens de arquivo, a equipa de Jewitt encontrou imagens do K2 e da sua cabeleira ténue obtidas em 2013 pelo CFHT (Canada-France-Hawaii Telescope) no Hawai. Mas o objecto era tão fraco que ninguém notou.

“Nós pensamos que o cometa está activo, continuamente, há pelo menos quatro anos,” afirma Jewitt. “Nos dados do CFHT, K2 tinha uma cabeleira já a 3,2 mil milhões de quilómetros do Sol, quando se encontrava entre as órbitas de Úrano e Neptuno. Já estava activo e eu penso que assim tem permanecido continuamente. À medida que se aproxima do Sol, está a ficar cada vez mais quente e a actividade cresce“.

Mas, curiosamente, as imagens do Hubble não mostram a existência de uma cauda no K2, também característica dos cometas. A sua ausência indica que as partículas libertadas do cometa são demasiado grandes para a pressão de radiação do Sol as “varrer” e formar uma cauda.

NASA, ESA e D. Jewitt (UCLA)
imagem do Telescópio Espacial Hubble mostra uma nuvem difusa de poeira, a que chamamos coma ou cabeleira, em redor do cometa C/2017 K2 PANSTARRS (K2)

Os astrónomos terão muito tempo para realizar estudos detalhados do cometa K2. Durante os próximos cinco anos, continuará a sua viagem até ao Sistema Solar interior antes de atingir a sua maior aproximação ao Sol em 2022, logo além da órbita de Marte.

“Vamos monitorizar, pela primeira vez, o desenvolvimento de actividade de um cometa que viaja desde a Nuvem de Oort ao longo de uma extraordinária gama de distâncias. Com o aproximar do Sol, deverá tornar-se cada vez mais activo e, presumivelmente, formará uma cauda”, comenta Jewitt.

Jewitt disse que o Telescópio Espacial James Webb da NASA, um observatório infravermelho com lançamento previsto para 2019, pode medir o calor do núcleo, o que daria aos astrónomos uma estimativa mais precisa do seu tamanho.

Os resultados da equipa foram publicados na edição de 28 de Setembro da revista The Astrophysical Journal Letters.

// Centro Ciência Viva do Algarve

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