Uma geração atrás, a ideia de um planeta orbitando uma estrela distante ainda estava no reino da ficção científica. Mas desde a descoberta do primeiro exoplaneta em 1988, encontramos centenas deles, com as descobertas ocorrendo em um ritmo mais rápido ao longo do tempo.
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No mês passado, em um único anúncio, astrônomos da NASA revelaram a descoberta de 715 planetas previamente desconhecidos em dados coletados pelo telescópio espacial Kepler, elevando o número total de exoplanetas conhecidos para 1771. Dentro deste são todos os tipos de exoplanetas: alguns que orbitam duas estrelas., alguns que estão cheios de água, alguns que são aproximadamente do tamanho da Terra e alguns que são mais de duas vezes maiores que Júpiter.
Mas a grande maioria de todos esses planetas distantes tem uma coisa em comum - com poucas exceções, eles estão muito longe para nós, mesmo com nossos telescópios mais poderosos. Se esse é o caso, como os astrônomos sabem que estão lá?
Nas últimas décadas, os pesquisadores desenvolveram uma variedade de técnicas para identificar os muitos planetas fora do nosso sistema solar, freqüentemente usados em combinação para confirmar a descoberta inicial e aprender mais sobre as características do planeta. Aqui está uma explicação dos principais métodos usados até agora.
Transito
Imagine olhar para um pequeno planeta orbitando uma estrela muito distante. Ocasionalmente, o planeta pode passar entre você e sua estrela, bloqueando brevemente a luz das estrelas. Se esse escurecimento ocorrer com frequência suficiente, você poderá inferir a presença do planeta, mesmo se não puder vê-lo.
(Imagem via Wikimedia Commons / Nikola Smolenski) Esta, é a essência, é o método de trânsito para a detecção de exoplanetas, responsável pela maioria das nossas descobertas de exoplanetas até agora. É claro que, para estrelas distantes, não há como o olho humano nu conseguir detectar com segurança um escurecimento na quantidade de luz que vemos, então os cientistas contam com telescópios (notadamente, o telescópio espacial Kepler) e outros instrumentos para coletar e analisar. esses dados.
Assim, para um astrônomo, "ver" um exoplaneta distante através do método de trânsito geralmente acaba parecendo algo assim:
A quantidade de luz de uma estrela distante, representada graficamente, mergulha quando um planeta transita entre ela e nós. (Imagem via Wikimedia Commons / Сам посчитал) Em alguns casos, a quantidade de escurecimento causada pelo planeta passando entre sua estrela e nós também pode dizer aos astrônomos uma estimativa aproximada do tamanho do planeta. Se soubermos o tamanho de uma estrela e a distância do planeta (a última determinada por outro método de detecção, velocidade radial, mais abaixo nesta lista), e observamos que o planeta bloqueia uma certa porcentagem da luz da estrela, podemos calcular o raio do planeta baseado unicamente nesses valores.
Há, no entanto, desvantagens para o método de trânsito. Um planeta tem que ser alinhado corretamente para passar entre nós e sua estrela, e quanto mais longe ele orbita, menor a chance deste alinhamento. Os cálculos indicam que, para um planeta do tamanho da Terra ou a sua estrela na mesma distância que orbitam a nossa (cerca de 93 milhões de milhas), há apenas 0, 47 por cento de chance de que ele esteja alinhado adequadamente para causar qualquer escurecimento.
O método também pode levar a um alto número de falsos positivos - episódios de escurecimento que identificamos como planetas em trânsito, mas que são em última instância causados por algo totalmente diferente. Um estudo descobriu que até 35% dos planetas grandes e próximos à órbita identificados nos dados do Kepler poderiam, de fato, ser inexistentes, e o escurecimento atribuído à poeira ou outras substâncias situadas entre nós e a estrela. Na maioria dos casos, os astrônomos tentam confirmar os planetas encontrados através deste método com outros métodos nesta lista.
Brilho Orbital
Em alguns casos, um planeta orbitando sua estrela faz com que a quantidade de luz que chega à Terra suba, ao invés de diminuir. Geralmente, são casos em que o planeta orbita muito de perto, de modo que é aquecido ao ponto de emitir quantidades detectáveis de radiação térmica.
Apesar de não sermos capazes de distinguir essa radiação da da própria estrela, um planeta que está em órbita no alinhamento correto será exposto a nós em uma sequência regular de fases (semelhantes às fases da lua), tão regulares, periódicos aumenta a quantidade de luz que os telescópios espaciais recebem dessas estrelas pode ser usada para inferir a presença de um planeta.
Semelhante ao método de trânsito, é mais fácil detectar grandes planetas orbitando perto de suas estrelas com esta técnica. Embora apenas um punhado de planetas tenha sido descoberto usando apenas este método até agora, pode acabar sendo o método mais produtivo a longo prazo, porque não requer um exoplaneta para passar diretamente entre nós e a estrela para que possamos detectar isso, abrindo uma gama muito maior de possíveis descobertas.
Velocidade Radial
Na escola primária, somos ensinados que um sistema solar é uma estrela estacionária cercada por planetas em órbita lenta, asteróides e outros detritos. A verdade, no entanto, é um pouco mais complicada: devido à atração gravitacional dos planetas, a estrela também se distancia do centro de gravidade do sistema:
(Imagem via Wikimedia Commons / Zhatt) O fenômeno é mais ou menos assim: um planeta grande, se tiver massa suficiente, pode ser capaz de puxar a estrela em direção a ela, fazendo com que a estrela deixe de ser o centro exato do sistema solar distante. Mudanças tão periódicas, previsíveis, mas ainda assim minúsculas, na posição da estrela podem ser usadas para inferir a presença de um grande planeta próximo daquela estrela.
Os astrônomos se aproveitaram desse fenômeno para detectar centenas de exoplanetas. Até recentemente, quando era superado pelo trânsito, esse método (chamado de velocidade radial) era responsável pela maioria dos exoplanetas descobertos.
Pode parecer difícil medir movimentos leves em estrelas a centenas de anos-luz de distância, mas acontece que os astrônomos podem detectar quando uma estrela acelera em direção a (ou longe da Terra) velocidades tão baixas quanto um metro por segundo devido ao efeito Doppler.
O efeito é o fenômeno das ondas (seja som, luz visível ou outras formas de energia eletromagnética) aparentando ser ligeiramente mais altas em freqüência quando o objeto que as emite está se movendo em direção a um observador e ligeiramente abaixo quando está se afastando. Você já experimentou em primeira mão, se você já ouviu o alto gemido de uma sirene de ambulância se aproximando substituído por um tom ligeiramente mais baixo, enquanto se afasta.
Substitua a ambulância por uma estrela distante e o som de uma sirene com a luz que emite, e você entendeu a ideia. Usando espectrômetros, que medem as freqüências específicas de luz emitida por uma estrela, os astrônomos podem procurar por mudanças aparentes, indicando que a estrela está se movendo um pouco mais perto de nós ou se afastando levemente.
O grau de movimento pode até refletir a massa do planeta. Quando combinado com o raio do planeta (calculado através do método de trânsito), isso pode permitir aos cientistas determinar a densidade do planeta e, portanto, sua composição (se é um gigante de gás ou um planeta rochoso, por exemplo).
Este método também está sujeito a limitações: é muito mais fácil encontrar um planeta maior em órbita de uma estrela menor, porque esse planeta tem um impacto maior no movimento da estrela. Planetas relativamente pequenos, do tamanho da Terra, provavelmente seriam difíceis de detectar, especialmente a longas distâncias.
Imagens Diretas
Em alguns casos raros, os astrônomos conseguiram encontrar exoplanetas da maneira mais simples possível: vendo-os.
Três planetas enormes - provavelmente maiores que Júpiter - foram diretamente fotografados orbitando a estrela HR8799 em 2010. (A estrela em si está bloqueada com um coronógrafo. (Imagem via NASA / JPL-Caltech / Palomar Observatory) Esses casos são tão raros por alguns motivos. Para ser capaz de distinguir um planeta de sua estrela, ele precisa estar relativamente longe dele (é fácil imaginar que Mercúrio, por exemplo, seria indistinguível do Sol de longe). Mas se um planeta está muito longe de sua estrela, ele não refletirá o suficiente da luz da estrela para ser visível.
Exoplanetas que podem ser vistos com maior confiança por telescópios são grandes (como Júpiter) e muito quentes, de modo que emitem sua própria radiação infravermelha, que pode ser detectada por telescópios e usada para distingui-los de suas estrelas. Planetas que orbitam anãs marrons (objetos que não são tecnicamente classificados como estrelas, porque não são quentes ou maciços o bastante para gerar reações de fusão, e assim emitem pouca luz) também podem ser detectados mais facilmente.
A imagem direta também tem sido usada para detectar alguns planetas desonestos particularmente massivos - aqueles que flutuam livremente pelo espaço, em vez de orbitarem uma estrela.
Lente gravitacional
Todos os métodos anteriores desta lista fazem algum sentido para um não-cientista em algum nível intuitivo. A lente gravitacional, usada para descobrir um punhado de exoplanetas, requer um pensamento mais abstrato.
Imagine uma estrela muito distante e outra estrela a meio caminho entre ela e a Terra. Em raros momentos, as duas estrelas quase se alinham, quase sobrepondo-se um ao outro no céu noturno. Quando isso acontece, a força da gravidade da estrela mais próxima age como uma lente, ampliando a luz que chega da estrela distante ao passar perto dela para nos alcançar.
Uma simulação de lentes gravitacionais, mostrando a luz vinda de uma galáxia distante sendo ampliada por um buraco negro no meio do terreno. (Imagem via lenda urbana) Se uma estrela que tem um planeta em órbita próxima serve como lente gravitacional, o campo gravitacional desse planeta pode adicionar uma contribuição leve, mas detectável, ao evento de ampliação. Assim, em alguns casos raros, os astrônomos foram capazes de inferir a presença de planetas distantes pela maneira como ampliam a luz de estrelas ainda mais distantes.
Um gráfico de descobertas de exoplanetas por ano, com método de detecção representado por cores. Verde = trânsito, azul = velocidade radial, vermelho = imagem direta, laranja = lente gravitacional. (Imagem via Wikimedia Commons / Aldaron)
