Astronomia e Física 14 de dezembro de 2022, 11:08 14/12/2022

Como descobrir um planeta que está em órbita de uma estrela distante

Autores

Jovens revisores

Resumo

Recentemente, foram descobertos milhares de planetas em órbita ao redor de estrelas distantes. A esses planetas que estão tão distantes chamamos exoplanetas. Muitos foram encontrados graças a pequenas mudanças no brilho das estrelas. Quando os exoplanetas passam entre sua estrela e a Terra, bloqueiam parte da luz da estrela, provocando um pequeno desvio em seu brilho. O trânsito dos exoplanetas revelou que a maior parte deles que orbita ao redor de estrelas parecidas com o Sol é um pouco maior do que a Terra e menor que Netuno – ao contrário de todos os planetas que existem em nosso Sistema Solar.

Por que é tão difícil encontrar planetas em órbita ao redor de estrelas distantes?

Há milhares de anos conhecemos os planetas que giram em torno do Sol em nosso sistema solar, mas só em 1995 descobrimos um na órbita de uma estrela distante, semelhante ao Sol. Identificar planetas que estão em órbita ao redor de estrelas distantes é difícil porque eles são muito menos luminosos, e tanto planetas quanto estrelas estão bem longe da Terra. É mais ou menos como tentar enxergar um mosquito de noite, à luz do farol do carro, a mais de 100 km de distância! Mas então como descobrimos outros mundos?

Um pequeno eclipse é um grande avanço

Um avanço ocorreu no ano 2000, quando os astrônomos apontaram seu telescópio para uma estrela chamada HD 209458. A HD 209458, que é um pouco maior e mais quente do que o Sol, está localizada a cerca de 150 anos-luz da Terra, na constelação de Pégaso. Os astrônomos mediram com cuidado o brilho da estrela – com precisão suficiente para detectar variações de luminosidade de 1%. Mediram o brilho da estrela em duas noites e descobriram que ele diminuía em cerca de 1,5% por 3 horas, antes de, nas duas vezes, voltar à intensidade normal [1]. 

Essa pequena alteração no brilho, mostrada na Figura 1, foi uma tremenda descoberta porque era causada por um planeta que passava entre a Terra e a HD 209458. Quando o planeta bloqueava a luz da HD 209458, os astrônomos na Terra constatavam uma leve diminuição da luminosidade normal da estrela. A quantidade de luz perdida revelou-lhes o tamanho do planeta. Se o planeta é grande, bloqueia uma boa quantidade de luz; se é pequeno, como a Terra, bloqueia apenas uma fração dessa luz. Quando um planeta passa diante de uma estrela e bloqueia sua luz, o nome que damos a esse evento é trânsito. 

Figura 1. A figura mostra a medição da luminosidade, durante certo período, da estrela HD 209458. Pode-se ver que a luminosidade diminui por algum tempo antes de voltar ao normal – essa diminuição se deve ao trânsito que ocorre quando o exoplaneta que orbita a HD 209458, do tamanho de Júpiter, bloqueia parte da luz da estrela [1].

A quantidade de luz perdida pela HD 209458 (1,5%) deve ter sido causada por um planeta maior que Júpiter – o gigante de nosso sistema solar. Os astrônomos deram a esse exoplaneta o nome de HD209458 b, para significar que era o primeiro planeta descoberto naquele sistema (se outros fossem achados em volta da mesma estrela, receberiam as letras c, d, etc.).

Embora seu tamanho seja semelhante ao de Júpiter, o HD 209458 b é bem diferente deste. Júpiter orbita o Sol a uma distância cinco vezes maior que a da Terra ao Sol, ao passo que o HD 209458 b orbita sua estrela a uma distância 21 vezes menor que a da Terra ao Sol. Como o HD 209458 b está muito próximo de sua estrela, é extremamente quente – cerca de 1.200ºC! Da mesma forma que Júpiter, ele é um “gigante gasoso”, ou seja, não tem superfície sólida. Sem uma superfície sólida e com uma temperatura tão elevada, o HD 209458 b é um péssimo lugar para se viver.

Milhares de planetas já foram descobertos

Agora sabemos como achar um planeta: medimos acuradamente o brilho de uma estrela durante algum tempo e, se esse brilho diminuir por algumas horas no curso de um trânsito, lá está ele! Mas desde o ano 2000, milhares de planetas foram descobertos. Como os astrônomos conseguiram encontrar tantos?

Muitos dos planetas descobertos até agora foram detectados pelo telescópio espacial Kepler, que observou 150.000 estrelas por quatro anos, tomando medidas precisas de luminosidade a cada meia hora. Mais de duas mil mostraram trânsitos nas medidas, denunciando a presença de um verdadeiro zoológico de planetas, alguns pequenos como Mercúrio, outros maiores que Júpiter e outros ainda de tamanho intermediário [2].

A surpresa dos planetas de tamanho médio

Uma das maiores surpresas reveladas pelo telescópio Kepler foi que o tamanho mais comum de um planeta está entre o da Terra e o de Netuno. No sistema solar, a Terra é o maior planeta rochoso e Netuno, o menor planeta gasoso. Não há, em nosso próprio sistema, nenhum cujo tamanho esteja entre o tamanho da Terra e o de Netuno, mas a maioria dos encontrados pelo Kepler se enquadra nessa faixa. Os astrônomos agora trabalham duro para descobrir como são esses mundos de tamanho médio [3]. Serão planetas gasosos pequenos, como um Netuno em miniatura, ou planetas rochosos grandes, como uma Terra de grandes proporções?

Nem muito quentes nem muito frios – na medida certa!

Você talvez se pergunte: “seria possível morar num desses planetas?” Os astrônomos estão tentando responder a essa pergunta. Mais especificamente, querem saber se há ou não água líquida em cada um deles. Na Terra, onde quer que se encontre água líquida, encontra-se também a vida; por isso, começaremos nossa pesquisa por vida nos exoplanetas procurando aqueles que possam ter água líquida em sua superfície. Alguns planetas, como o HD 209458 b, são quentes demais para ter água líquida, enquanto outros são frios demais. Estamos procurando planetas que se situem na “zona Cachinhos Dourados”, bem no meio, que chamamos de zona habitável.

Dois planetas que orbitam a zona habitável de sua estrela hospedeira são o Kepler-62 e f [4, 5]. Essa estrela é 30% menos maciça que o Sol, localizada a 1.200 anos-luz de nós. Os dois planetas são bem maiores que a Terra. Os astrônomos esperam utilizar o telescópio espacial James Webb, prestes a ser lançado, para medir as massas desses mundos quase do tamanho do nosso, descobrir se são rochosos ou gasosos (se possuem ou não superfícies e possivelmente água), pois então talvez sejam propícios à vida tal qual a conhecemos.

Novos caçadores de planetas

Atualmente, estão sendo preparadas, pela NASA e a ESA, novas e excitantes missões para descobrir ou estudar o trânsito de exoplanetas, inclusive as denominadas TESS, PLATO e CHEOPS. À medida que formos encontrando outros planetas, sem dúvida precisaremos de novos astrônomos como você para a tarefa de determinar quais são os mais promissores para abrigar vida. 

Glossário

Ano-luz: Distância que a luz percorre em 1 ano. 

Trânsito: Evento em que um planeta parece bloquear a luz de sua estrela.

Telescópio espacial Kepler: Telescópio espacial posto na órbita do Sol que procura exoplanetas usando o método do trânsito. 

Zona habitável: Região em volta de uma estrela onde não é muito quente nem muito frio, de modo que, num planeta rochoso dessa região, a água seria líquida.

Conflito de interesses

O autor declara que a pesquisa foi conduzida sem nenhuma relação comercial ou financeira que possa gerar conflito de interesses.

Referências

[1] Charbonneau, D., Brown, T. M., Latham, D. W. e Mayor, M. 2000. “Detection of planetary transits across a sun-like star.” Astrophys. J. 529: L45. DOI: 10.1086/312457.

[2] Akeson, R. L., Chen, X., Ciardi, D., Good, J., Harbut, M., Jackson, E. et al. 2013. “The NASA exoplanet archive: data and tools for exoplanet research.” Publ. Astron. Soc. Pac. 125:989. DOI: 10.1086/672273.

[3] Rogers, L. A. 2015. “Most 1.6 earth-radius planets are not rocky.” Astrophys. J. 801:41. DOI: 10.1088/0004-637X/801/1/41.

[4] Borucki, W. J., Agol, E., Fressin, F., Kaltenegger, L., Rowe, J., Isaacson, H. et al. 2013. “Kepler-62: a five-planet system with planets of 1.4 and 1.6 earth radii in the habitable zone.” Science 340:587-90. DOI: 10.1126/science.1234702.

[5] Shields, A. L., Barnes, R., Agol, E., Charnay, B., Bitz, C. e Meadows, V. S. 2016. “The effect of orbital configuration on the possible climates and habitability of Kepler-62f.” Astrobiology 16:443–64. DOI: 10.1089/ast.2015.1353.

Citação

Morris, B. (2019). “How to discover a planet orbiting a distant star.” Front. Young Minds. 7:74. DOI: 10.3389/frym.2018.00074.

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