2567: Os exoplanetas não conseguem esconder os seus segredos de novo e inovador instrumento

CIÊNCIA

Impressão de artista do sistema binário Kepler-13AB como revelado por observações que incluem novos dados do Observatório Gemini. As duas estrelas (A e B) são estrelas azuis, grandes e massivas (centro) enquanto o planeta em trânsito (Kepler-13b) pode ser visto no plano da frente (canto esquerdo). A estrela B e a sua companheira, uma anã vermelha de baixa massa, podem ser vistas no fundo à direita.
Crédito: Observatório Gemini/NSF/AURA/arte por Joy Pollard

Numa façanha sem precedentes, uma equipa norte-americana de investigação desvendou segredos ocultos de um exoplaneta elusivo graças a um novo e poderoso instrumento no Telescópio Gemini Norte, de 8 metros, em Mauna Kea, Hawaii. As descobertas não apenas classificam um exoplaneta do tamanho de Júpiter num sistema binário próximo, mas também demonstram conclusivamente, e pela primeira vez, qual das estrelas o planeta orbita.

A descoberta ocorreu quando Steve B. Howell do Centro de Pesquisa Ames da NASA e a sua equipa usaram um instrumento de imagem de alta resolução da sua própria autoria – de nome ‘Alopeke (palavra havaiana contemporânea para “raposa”). A equipa observou o exoplaneta Kepler-13b enquanto passava em frente (transitava) uma das estrelas do sistema binário Kepler-13AB a cerca de 2000 anos-luz de distância. Antes desta tentativa, a verdadeira natureza do exoplaneta era um mistério.

“Havia confusão em relação a Kepler-13b: seria uma estrela de baixa massa ou um mundo quente como Júpiter? De modo que criámos uma experiência usando o ‘Alopeke, disse Howell. A investigação foi recentemente publicada na revista The Astronomical Journal. “Nós monitorizámos as duas estrelas, Kepler A e Kepler B, simultaneamente, enquanto procurávamos mudanças de brilho durante o trânsito exoplanetário,” explicou Howell. “Para nosso benefício, não só resolvemos o mistério, como também abrimos uma janela para uma nova era da investigação exoplanetária.”

“Esta vitória a dobrar elevou a importância de instrumentos como ‘Alopeke na pesquisa por exoplanetas,” disse Chris David da NSF (National Science Foundation), uma das agências patrocinadoras do Gemini. “As excelentes capacidades de observação do Observatório Gemini, bem como o inovador ‘Alopeke, tornaram esta descoberta possível em apenas quatro horas de observação.”

‘Alopeke recolhe mil exposições de 60 milissegundos a cada minuto. Depois de processar esta grande quantidade de dados, as imagens finais ficam livres dos efeitos adversos da turbulência atmosférica – que pode desfocar e distorcer as imagens das estrelas.

“Cerca de metade de todos os exoplanetas orbitam uma estrela que reside num sistema binário mas, até agora, não conseguíamos determinar com precisão qual a estrela que hospeda o planeta,” disse Howell.

A análise da equipa revelou uma clara queda na luz de Kepler A, provando que o planeta orbita a mais brilhante das duas estrelas. Além disso, ‘Alopeke fornece simultaneamente dados nos comprimentos de onda vermelho e azul, uma capacidade invulgar para câmaras deste tipo. Ao compararem os dados vermelhos e azuis, os cientistas ficaram surpresos ao descobrir que a queda na luz estelar azul era cerca de duas vezes mais profunda do que a queda vista na luz vermelha. Isto pode ser explicado por um exoplaneta quente com uma atmosfera muito extensa, que bloqueia com mais eficácia a luz em comprimentos de onda azuis. Assim, estas observações fornecem um vislumbre tentador do aspecto deste mundo distante.

Observações iniciais haviam apontado que o objecto em trânsito podia ser uma estrela de baixa massa ou uma anã castanha (um objecto algures entre os planetas mais pesados e as estrelas mais leves). Mas a investigação de Howell e da sua equipa mostram, quase certamente, que o objecto é um exoplaneta gigante gasoso, parecido com Júpiter, com uma atmosfera “inchada” devido à exposição à tremenda radiação da sua estrela hospedeira.

‘Alopeke tem um gémeo idêntico acoplado ao telescópio Gemini Sul no Chile, de nome Zorro, palavra espanhola para raposa. Tal como ‘Alopeke, Zorro é capaz de gerar imagens em comprimentos de onda azuis e vermelhos. A presença destes instrumentos nos dois hemisférios permite que o Observatório Gemini resolva milhares de exoplanetas que se sabem existirem em sistemas estelares múltiplos.

“Esta tecnologia de captação de imagens está a induzir um renascimento com detectores rápidos e de baixo ruído tornando-se mais facilmente disponíveis,” disse o cientista do instrumento ‘Alopeke Andrew Stephen, membro da equipa do telescópio Gemini Norte. “Combinado com o grande espelho principal do Gemini, ‘Alopeke tem o potencial para fazer descobertas exoplanetárias ainda mais significativas, acrescentando outra dimensão à investigação.”

Proposto pela primeira vez em 1970 pelo astrónomo francês Antoine Labeyrie, este método usado pelo ‘Alopeke tem por base a ideia de que a turbulência atmosférica pode ser “congelada” ao obter exposições muito curtas. Nestas exposições muito curtas, as estrelas parecem colecções de pontos pequenos, onde cada um destes pontos tem o tamanho do limite ideal de resolução do telescópio. Ao obter muitas exposições e ao usar uma abordagem matemática inteligente, estes pontos podem ser reconstruidos para formar a verdadeira imagem da fonte, removendo o efeito da turbulência atmosférica. O resultado é a imagem com a mais alta qualidade que um telescópio pode produzir, obtendo efectivamente resolução espacial a partir do solo – tornando estes instrumentos excelentes sondas dos ambientes exosolares que podem abrigar planetas.

A descoberta de planetas que orbitam outras estrelas mudou a visão do nosso lugar no Universo. Missões espaciais como a do Telescópio Espacial Kepler/K2 e do TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) da NASA revelaram que há duas vezes mais planetas em órbita de estrelas do que estrelas visíveis a olho nu; até ao momento, a contagem total de descobertas ronda os 4000. Embora estes telescópios detectem exoplanetas procurando quedas minúsculas no brilho de uma estrela quando um planeta passa à sua frente, eles têm os seus limites.

“Estas missões observam grandes campos de visão contendo centenas de milhares de estrelas, de modo que não têm a resolução espacial necessária para investigar mais profundamente,” explicou Howell. “Uma das principais descobertas da investigação exoplanetária é que cerca de metade de todos os exoplanetas orbitam estrelas que residem em sistemas binários. A compreensão destes sistemas complexos requer tecnologias que possam realizar observações sensíveis ao longo do tempo e a investigação dos detalhes mais precisos com excepcional nitidez.”

“O nosso trabalho com Kepler-13b permanece como um modelo para as pesquisas exoplanetárias futuras em sistemas múltiplos,” continuou Howell. “As observações destacam a capacidade de criação de imagens de alta resolução com telescópios poderosos como o Gemini, não apenas para determinar quais as estrelas com planetas que estão em binários, mas também para determinar com precisão quais das estrelas o exoplaneta orbita.”

Astronomia On-line
3 de Setembro de 2019