2041: Descobertos 18 exoplanetas do tamanho da Terra

Se a órbita de um exoplaneta estiver alinhada de tal como que passa em frente da sua estrela quando visto da Terra, o planeta bloqueia uma pequena fracção da luz estelar de uma maneira muito característica. Este processo, que tipicamente dura apenas algumas horas, tem o nome de trânsito. A partir da frequência deste evento periódico de diminuição de brilho, os astrónomos podem medir directamente a duração do ano no planeta, e a partir da profundidade do trânsito estimar a relação de tamanho entre o planeta e a estrela. O novo algoritmo de Heller, Rodenbeck e Hippke não procura quedas súbitas no brilho como os algoritmos comuns anteriores, mas a diminuição e recuperação gradual e característica. Isto torna o novo algoritmo de pesquisa de trânsito muito mais sensível a planetas pequenos do tamanho da Terra.
Crédito: ASA/SDO (Sol), MPS/René Heller

Cientistas do Instituto Max Planck para Pesquisa do Sistema Solar, da Universidade Georg August de Gotinga e do Observatório de Sonneberg descobriram 18 planetas do tamanho da Terra para lá do Sistema Solar. Os mundos são tão pequenos que as investigações anteriores os ignoraram. Um deles é um dos mais pequenos conhecidos até agora; outro pode albergar condições favoráveis à vida. Os investigadores reanalisaram uma parte dos dados do Telescópio Espacial Kepler da NASA com um método novo e mais sensível que desenvolveram. A equipa estima que o seu novo método tem o potencial de encontrar mais de 100 exoplanetas adicionais no conjunto de dados da missão Kepler. Os cientistas descrevem os seus resultados na revista Astronomy & Astrophysics.

Actualmente conhecemos pouco mais de 4000 planetas em órbita de estrelas para lá do nosso Sistema Solar. Destes chamados exoplanetas, cerca de 96% são significativamente maiores do que a nossa Terra, a maioria deles mais comparável com as dimensões dos gigantes gasosos Neptuno ou Júpiter. Esta percentagem provavelmente não reflecte as condições reais no espaço, dado que planetas pequenos são muito mais difíceis de rastrear do que grandes. Além disso, os mundos pequenos são alvos fascinantes na busca por planetas potencialmente habitáveis, semelhantes à Terra, fora do Sistema Solar.

Os 18 mundos recém-descobertos enquadram-se na categoria de planetas do tamanho da Terra. O mais pequeno tem apenas 69% do tamanho da Terra; o maior tem pouco mais que o dobro do raio do nosso planeta. E têm ainda outra coisa em comum: todos os 18 exoplanetas não puderam ser detectados, até agora, nos dados do Telescópio Espacial Kepler. Os algoritmos de pesquisa comuns não eram suficientemente sensíveis.

Na sua busca por mundos distantes, os cientistas frequentemente usam o chamado método de trânsito para procurar estrelas com quedas periodicamente recorrentes de brilho. Se uma estrela tiver um planeta cujo plano orbital esteja alinhado com a linha de visão da Terra, o planeta oculta uma pequena fracção da luz estelar quando passa em frente da estrela uma vez por órbita.

“Os algoritmos de busca tentam identificar quedas repentinas no brilho,” explica o Dr. René Heller, do Instituto Max Planck, autor principal da publicação actual. “No entanto, na realidade, um disco estelar parece um pouco mais escuro na orla do que no centro. Quando um planeta passa em frente de uma estrela, bloqueia inicialmente menos luz estelar do que no meio do trânsito. A diminuição máxima ocorre no centro do trânsito, antes da estrela se tornar gradualmente mais brilhante outra vez,” explica.

Os planetas grandes tendem a produzir variações de brilho profundas e claras nas suas estrelas hospedeiras, de modo que a variação subtil de brilho do centro ao limbo na estrela dificilmente desempenha um papel na sua descoberta. Os planetas pequenos, no entanto, fornecem aos cientistas imensos desafios. O seu efeito sobre o brilho estelar é tão pequeno que é extremamente difícil de distinguir das flutuações naturais do brilho da estrela e do ruído que necessariamente surge com qualquer tipo de observação. A equipa de René Heller conseguiu agora mostrar que a sensibilidade do método de trânsito pode ser significativamente melhorada, se uma curva de luz mais realista for assumida no algoritmo de busca.

“O nosso novo algoritmo ajuda a traçar um quadro mais realista da população de exoplanetas no espaço,” resume Michael Hippke, do Observatório de Sonneberg. “Este método constitui um avanço significativo, especialmente na busca por planetas parecidos com a Terra.”

Os investigadores usaram dados do Telescópio Espacial Kepler da NASA como uma plataforma de testes para o novo algoritmo. Na primeira fase da missão, de 2009 a 2013, o Kepler registou as curvas de luz de mais de 100.000 estrelas, resultando na descoberta de mais de 2300 planetas. Após um defeito técnico, o telescópio teve que ser usado num modo de observação alternativo, chamado missão K2, mas ainda assim monitorizou mais de 100.000 estrelas até ao final da missão em 2018. Como uma primeira amostra para o seu novo algoritmo, os investigadores decidiram reanalisar todas as 517 estrelas do K2 que já eram conhecidas por abrigarem pelo menos um planeta em trânsito.

Além dos planetas anteriormente conhecidos, os investigadores descobriram 18 novos objectos que haviam sido negligenciados anteriormente. “Na maioria dos sistemas planetários que estudámos, os novos planetas são os mais pequenos,” disse Kai Rodenbeck da Universidade de Gotinga e do Instituto Max Planck, descrevendo os resultados. Além disso, a maioria dos novos planetas orbita a sua estrela mais perto do que os seus companheiros planetários conhecidos. As superfícies destes novos planetas, portanto, provavelmente têm temperaturas bem superiores a 100 graus Celsius. Apenas um dos corpos é uma excepção: provavelmente orbita a sua estrela anã vermelha dentro da chamada zona habitável. A essa distância favorável da sua estrela, este planeta pode fornecer condições sob as quais pode existir água líquida à superfície – um dos pré-requisitos básicos para a vida como a conhecemos na Terra.

Claro, os cientistas não podem descartar que o seu método é também cego a outros planetas nos sistemas que investigaram. Em particular, planetas pequenos a grandes distâncias das suas estrelas hospedeiras são conhecidos por serem problemáticos. Estes exigem mais tempo para completar uma órbita do que os planetas que orbitam as suas estrelas a distâncias menores. Como consequência, os trânsitos exoplanetários em órbitas largas ocorrem com menos frequência, o que torna os seus sinais ainda mais difíceis de detectar.

O novo método desenvolvido por Heller e colegas abre novas possibilidades fascinantes. Além das 517 estrelas que agora estão a ser investigadas, a missão Kepler também fornece conjuntos de dados para centenas de milhares de outras estrelas. Os investigadores assumem que o seu método lhes permitirá encontrar mais de 100 outros mundos do tamanho da Terra nos dados da missão principal do Kepler. “Este novo método também é particularmente útil para preparar a próxima missão PLATO da ESA, com lançamento previsto para 2026,” diz o professor Dr. Laurent Gizon, Director Administrativo do Instituto Max Planck. O PLATO vai descobrir e caracterizar muitos outros sistemas multi-planetários em torno de estrelas parecidas com o Sol, alguns dos quais serão capazes de abrigar vida.

Astronomia On-line
24 de Maio de 2019

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1778: Dois novos planetas descobertos usando Inteligência Artificial

Impressão de artista do Telescópio Espacial Kepler.
Crédito: NASA/JPL-Caltech/Wendy Stenzel

Astrónomos da Universidade do Texas em Austin, EUA, numa parceria com a Google, usaram Inteligência Artificial (IA) para descobrir mais dois planetas escondidos no arquivo do Telescópio Espacial Kepler. A técnica é promissora no que toca a identificar muitos planetas adicionais que os métodos tradicionais não conseguiram detectar.

Os planetas descobertos desta vez pertencem à missão estendida do Kepler, chamada K2.

Para os encontrar, a equipa, liderada pela estudante Anne Dattilo, criou um algoritmo que examina os dados do Kepler para descobrir sinais que foram perdidos pelos métodos tradicionais de caça exoplanetária. A longo prazo, o processo deverá ajudar os astrónomos a encontrar muitos outros planetas escondidos nos dados do Kepler. As descobertas foram aceites para publicação numa edição futura da revista The Astronomical Journal.

Outros membros da equipa incluem Andrew Vanderburg, também da mesma universidade, e o engenheiro da Google Christopher Shallue. Em 2017, Vanderburg e Shallue usaram pela primeira vez IA para encontrar um planeta em torno de uma estrela do catálogo Kepler – uma já conhecida por abrigar sete planetas. A descoberta tornou esse sistema o único conhecido por ter tantos exoplanetas quanto o nosso.

Datillo explicou que este projecto necessitava de um novo algoritmo, já que os dados obtidos durante a missão prolongada do Kepler, K2, diferem significativamente daqueles recolhidos durante a missão original do telescópio.

“Os dados da missão K2 são mais difíceis de trabalhar porque o telescópio move-se o tempo todo,” explicou Vanderburg. Esta mudança surgiu após uma falha mecânica. Embora os planeadores da missão tenham encontrado uma solução alternativa, o telescópio ficou com uma oscilação que a IA teve que levar em conta.

As missões Kepler e K2 já descobriram milhares de planetas em torno de outras estrelas, com um número igual de candidatos aguardando confirmação. Porque, então, é que os astrónomos precisam de usar Inteligência Artificial para procurar ainda mais nos arquivos do Kepler?

“A IA vai ajudar-nos a examinar o conjunto de dados de maneira uniforme,” disse Vanderburg. “Mesmo que todas as estrelas tivessem um planeta do tamanho da Terra, não os encontraríamos todos. Isto porque alguns dos dados têm muito ruído, ou às vezes os planetas não estão alinhados correctamente. De modo que temos que corrigir os que perdemos. Sabemos que existem muitos planetas por aí que não vemos por esses motivos.

“Se quisermos saber quantos planetas existem no total, precisamos de saber quantos planetas encontrámos, mas também precisamos de saber quantos planetas falhámos em encontrar. É aqui que entra a IA,” explicou.

Os dois planetas que a equipa de Dattilo encontrou “são ambos muito típicos dos planetas encontrados durante a missão k2,” realçou. “Estão muito perto da sua estrela-mãe, têm períodos orbitais curtos e são quentes. São ligeiramente maiores do que a Terra.”

Dos dois planetas, um é chamado K2-293b e orbita uma estrela a 1300 anos-luz de distância na direcção da constelação de Aquário. O outro, K2-294b, orbita uma estrela a 1230 anos-luz de distância, também localizada em Aquário.

Assim que a equipa usou o seu algoritmo para encontrar estes planetas, fizeram observações de acompanhamento com telescópios terrestres para confirmar que os planetas eram reais. Estas observações foram feitas com o telescópio de 1,5 metros no Observatório Whipple do Instituto Smithsonian, no estado norte-americano do Arizona, e com o Telescópio Gillett do Observatório Gemini, no Hawaii.

O futuro do conceito de Inteligência Artificial para encontrar planetas escondidos em conjuntos de dados parece brilhante. O algoritmo actual pode ser usado para examinar todo o conjunto de dados da missão K2, disse Dattilo – aproximadamente 300.000 estrelas. Ela também acredita que o método é aplicável à missão de caça exoplanetária do sucessor do Kepler, o TESS, lançado em Abril de 2018. A missão do Kepler terminou no final desse ano.

Dattilo planeia continuar, no outono, o seu trabalho de usar IA para caçar exoplanetas.

Astronomia On-line
29 de Março de 2019

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