Nas últimas décadas, o número de planetas extra-solares que foram detectados e confirmados aumentou exponencialmente. Atualmente, a existência de 3.778 exoplanetas foi confirmada em 2.818 sistemas planetários, com 2.737 candidatos adicionais aguardando confirmação. Com esse volume de planetas disponíveis para estudo, o foco da pesquisa com exoplanetas começou a mudar da detecção para a caracterização.
Por exemplo, os cientistas estão cada vez mais interessados em caracterizar as atmosferas dos exoplanetas, para que possam dizer com confiança que têm os ingredientes certos para a vida (ou seja, nitrogênio, dióxido de carbono, etc.). Infelizmente, isso é muito difícil usando os métodos atuais. No entanto, de acordo com um novo estudo realizado por uma equipe internacional de astrônomos, os instrumentos da próxima geração que dependem de imagens diretas mudarão o jogo.
O estudo, “Imagem Direta em Luz Refletida: Caracterização de Exoplanetas Mais Antigos e Temperados com Telescópios de 30 m”, apareceu recentemente online. O estudo foi liderado por Michael Fitzgerald e Ben Mazin - professor associado de astrofísica da Universidade da Califórnia em Los Angeles (UCLA) e presidente da Worster em Física Experimental da Universidade da Califórnia em Santa Barbara (UCSB), respectivamente.
Eles se juntaram a pesquisadores do Instituto de Pesquisa de Exoplanetas da Universidade de Montreal (iREX), do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA, dos Observatórios Carnegie, do Steward Observatory, do Observatório Astronômico Nacional do Japão, do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), da Califórnia Instituto de Tecnologia (Caltech) e várias universidades.
Como eles indicam em seu estudo, atualmente nossa capacidade de caracterizar exoplanetas é limitada. Por exemplo, nossos métodos atuais - os mais usados são o método de trânsito e as medidas de velocidade radial - levaram à descoberta de milhares de planetas de curto período (planetas que orbitam perto de seus sóis com um período de cerca de 10 dias). No entanto, a sensibilidade desses métodos começa a diminuir substancialmente quanto mais o exoplaneta está do seu sol.
Além disso, os planetas de longo período também são praticamente inacessíveis no que diz respeito aos seus espectros. Esse tipo de análise envolve medir a luz que passa através da atmosfera de um planeta enquanto ela transita da estrela. Ao medir seus espectros para determinar sua composição, os cientistas podem caracterizar a atmosfera do exoplaneta e determinar se um planeta pode ser de fato habitável.
Para resolver isso, a equipe sugere que a detecção direta (também conhecida como imagem direta) será um método mais eficaz para caracterizar a atmosfera dos exoplanetas. Como Dr. Etienne Artigau, pesquisador do iREX e co-autor do estudo, explicou à Space Magazine por e-mail (traduzido do francês)
“Nenhum planeta detectado por enquanto foi encontrado na“ luz refletida ”. Quando vemos os planetas do nosso sistema solar, é porque eles são iluminados pelo Sol que podemos vê-los. Da mesma forma, os planetas das outras estrelas refletem a luz e deve ser possível detectá-la com um telescópio suficientemente poderoso. A taxa de fluxo entre os planetas e sua estrela é enorme, da ordem de 1 bilhão, em comparação com os planetas detectados por sua emissão térmica, ou essa razão é mais ou menos da ordem de 1 milhão. ”
Atualmente, a imagem direta é o único meio de obter espectros de exoplanetas não em trânsito, especialmente aqueles que estão a distâncias intermediárias e amplas de seus sóis. Nesse caso, os astrônomos obtêm espectros da luz refletida na atmosfera do exoplaneta para determinar sua composição. Apenas um punhado de exoplanetas foram fotografados diretamente até agora, todos super-Júpiteres auto-luminosos que orbitaram suas estrelas hospedeiras a uma distância de centenas ou milhares de UA.
Esses planetas eram muito jovens e tinham temperaturas acima de 500 ° C (932 ° F), o que os torna uma classe bastante rara de planetas. Como resultado, os astrônomos não têm informações sobre a diversidade de atmosferas de exoplanetas, especialmente quando se trata de planetas menores e rochosos que têm temperaturas mais parecidas com as da Terra - onde as temperaturas da superfície ficam em média em torno de 15 ° C (58,7 ° F).
Isso se deve ao fato de os telescópios existentes simplesmente não terem a sensibilidade de visualizar diretamente planetas menores que orbitam mais perto das estrelas. Como eles determinaram em seu estudo, caracterizar as atmosferas de planetas que estão a menos de 5 UA de suas estrelas (onde as pesquisas de velocidade radial revelaram muitos planetas) exigiria um telescópio com uma abertura de 30 metros combinada com óptica adaptativa avançada, um coronagraph e conjunto de espectrômetros e imagers.
"Em resumo, nenhum telescópio atual pode detectar esses planetas, mesmo em torno das estrelas mais próximas de nós, mas há todas as razões para acreditar que a próxima geração de telescópios com um diâmetro de 30 me mais será capaz de fazer isso", disse Artiqua. "Não é certo que seja possível detectar inicialmente planetas como a Terra, mas pelo menos um deve ser capaz de detectar planetas comparáveis a Urano e Netuno, o que já seria um excelente resultado".
Tais instalações de próxima geração e instrumentos de óptica adaptativa incluem o Planetary Systems Imager (PSI) no Telescópio de Trinta Metros (TMT), proposto para construção em Mauna Kea, Havaí. E há o instrumento GMagAO-X no Telescópio Gigante de Magalhães (GMT), que está atualmente em construção no Observatório Las Campanas e está programado para ser concluído em 2025.
Como Artigau indicou, pesquisas realizadas com esses instrumentos da próxima geração permitirão aos astrônomos detectar e caracterizar uma ampla gama de planetas, além de procurar possíveis sinais de vida (também conhecidos como biosassinaturas), como nunca antes:
“Isso nos permitirá estudar diretamente a luz que vem dos planetas um pouco maiores que a Terra (e talvez como a Terra, se estivermos otimistas). Essa é uma das nossas melhores chances de procurar assinaturas de vida nessas atmosferas. Mesmo que não encontremos uma assinatura vitalícia, será possível entender classes inteiras do planeta que vemos indiretamente (trânsito, velocidade radial), mas das quais nada sabemos… A importância da imagem direta é que ela permite sondar diretamente a atmosfera e até a superfície desses planetas. A adição de um espectrógrafo de alta resolução também fornece uma idéia dos ventos e da circulação global de ventos, além de investigar a presença de diferentes moléculas. ”
Obviamente, ainda haverá limites para o que os cientistas podem aprender usando o método de imagem direta, mesmo com esses instrumentos e telescópios da próxima geração à sua disposição. Mas as possibilidades e as implicações para a pesquisa de exoplanetas são imensas. Para iniciantes, os astrônomos poderiam ter uma idéia melhor da demografia de planetas menores e rochosos que orbitam dentro das respectivas zonas habitáveis de suas estrelas.
"A detecção de planetas 'potencialmente habitáveis' é certamente o caso mais interessante aqui, mas é importante ter em mente que continuará sendo bastante difícil, mesmo com o telescópio de 30m", disse Artigua. "Quando fazemos uma previsão estatística, deve haver apenas alguns (provavelmente menos de 10) planetas terrestres que estarão acessíveis e terão uma temperatura comparável à nossa."
Dentro dessa gama de planetas, Artigau e seus colegas podem imaginar uma série de cenários interessantes. Por exemplo, alguns podem ser do tipo Vênus, onde atmosferas densas e uma órbita relativamente próxima resultam em um efeito estufa descontrolado. Outros podem ser como Marte, onde o vento solar ou erupções arrancaram a atmosfera dos planetas. Além disso, pode haver planetas terrestres que nem sequer podemos começar a imaginar.
"Em resumo, os planetas habitáveis podem muito bem ter mais imaginação do que nós", concluiu Artiqau. "Essa diversidade de exoplanetas também implica que devemos ter cuidado ao prever que será habitável".
“[A] conclusão é que podemos fazer coisas incríveis no estudo de exoplanetas do solo com telescópios de 30 m, mas é necessário um investimento significativo em tecnologia para preparar a construção desses instrumentos para telescópios de 30 m”, acrescentou Mazin.
O estudo foi possível graças à assistência adicional fornecida pelo Conselho Nacional de Pesquisa do Canadá (NRC) e pela Corporação Giant Magellan Telescope Organization (GMTO).
