Nova técnica para medir massa de exoplanetas

(Astronomia On Line - Portugal) Até à data, os cientistas detectaram a existência de mais de 1000 exoplanetas em órbita de outras estrelas que não o nosso Sol. Para determinar se estes mundos distantes são habitáveis, precisamos de saber a sua massa - o que pode ajudar os cientistas a discernir se o planeta é feito de gás ou rocha e outros materiais de apoio à vida.

Mas as técnicas actuais para estimar a massa exoplanetária são limitadas. A velocidade radial é o principal método usado pelos cientistas: pequenas oscilações na órbita da estrela à medida que é puxada pela força gravitacional do planeta, a partir das quais os cientistas podem derivar a relação de massa entre o planeta e a estrela. Para planetas muito grandes, com o tamanho de Neptuno, ou mais pequenos como a Terra orbitando muito próximo de estrelas brilhantes, a velocidade radial funciona relativamente bem. Mas a técnica tem menos sucesso com planetas mais pequenos que orbitam mais longe das suas estrelas, tal como a Terra.

Agora, cientistas do MIT (sigla inglesa para Massachusetts Institute of Technology ou Instituto de Tecnologia do Massachusetts) desenvolveram uma nova técnica para determinar a massa de planetas extra-solares, usando apenas o seu sinal de trânsito - diminuições na luz à medida que um planeta passa em frente da sua estrela. Esta informação tem sido tradicionalmente usada para determinar o tamanho de um planeta e suas propriedades atmosféricas, mas a equipa do MIT descobriu uma maneira de interpretá-la de tal forma que também revela a massa do planeta.

"Com este método, percebemos que a massa planetária - um parâmetro chave que, se ausente, poderia ter-nos impedido de avaliar a habitabilidade do primeiro planeta tipo-Terra potencialmente habitável na próxima década - será realmente acessível, juntamente com as propriedades atmosféricas," afirma Julien de Wit, estudante graduado do Departamento da Terra, Ciências Atmosféricas e Planetárias do MIT.

De Wit é o autor principal de um artigo publicado a semana passada na revista Science, em conjunto com a co-autora Sara Seager.

Estimando a massa a partir da luz
Além da composição de um planeta, a sua massa pode fornecer um vislumbre da superfície do planeta e da sua actividade interna.

"A massa afecta tudo a um nível planetário, tal como placas tectónicas, o seu arrefecimento interno e convecção, o modo como gera campos magnéticos, e se o gás escapa da sua atmosfera," realça de Wit. "Se não a obtivermos, uma grande parte das propriedades do planeta permanece indeterminada."

Usando grandes telescópios como o Spitzer ou o Hubble, os cientistas foram capazes de analisar o espectro de transmissão de exoplanetas recém-descobertos. Um espectro de transmissão é gerado à medida que um planeta passa em frente da sua estrela, deixando escapar um pouco de luz pela sua atmosfera. Ao analisar os comprimentos de onda de luz que passam pela atmosfera, os cientistas conseguem determinar as propriedades atmosféricas de um planeta, tais como a temperatura e a densidade de moléculas atmosféricas. Da quantidade total de luz bloqueada, podem calcular o tamanho de um planeta.

Para determinar a massa de um exoplaneta usando espectroscopia de transmissão, de Wit contou com o efeito que a massa de um planeta tem na sua atmosfera, pois os espectros de transmissão dão informações sobre as propriedades atmosféricas do planeta. Para tal, trabalhou a partir de uma equação padrão que descreve o efeito da temperatura, força gravitacional e densidade atmosférica de um planeta sobre o seu perfil de pressão atmosférica - o modo como a pressão muda ao longo da sua atmosfera.

De acordo com esta equação, sabendo qualquer destes três parâmetros revelaria o quarto parâmetro. Dado que a massa de um planeta pode ser derivada a partir da sua força gravitacional, de Wit fundamenta que a massa de um planeta por ser derivada a partir da sua temperatura atmosférica, perfil de pressão e densidade - parâmetros que, em princípio, podem ser obtidos a partir de um espectro de transmissão.

Mas, para obter uma medição precisa da massa do planeta, de Wit teve que provar que estes três parâmetros podiam ser obtidos independentemente uns dos outros, somente a partir de um espectro de transmissão.

Descobrindo a massa de um planeta
Para provar que a temperatura, perfil de pressão e densidade atmosférica de um planeta podem ser derivadas de forma independente a partir de um espectro de transmissão, de Wit teve que demonstrar que cada parâmetro tem um efeito marcante num espectro de transmissão. De Wit realizou novas derivações analíticas a partir dos primeiros princípios de transferência radiativa, e descobriu uma constante matemática do século XVIII, com o nome de constante Euler-Mascheroni, que ajuda a revelar os efeitos individuais de cada parâmetro. Por outras palavras, esta constante actua como uma "chave de encriptação" para descodificar o processo pelo qual as propriedades da atmosfera de um planeta são incorporadas no seu espectro de transmissão.

"Isto realmente ajuda a desbloquear tudo e revela, de todas estas equações malucas, que propriedades atmosféricas fazem o quê, e como," comenta de Wit. "Encontramos esta constante numa série de problemas físicos, e é divertido vê-la aparecer novamente na ciência planetária."

Para testar o método, de Wit aplicou a técnica a um exoplaneta recém-descoberto, conhecido como HD 189733 b, localizado a 63 anos-luz de distância. Com os seus cálculos, de Wit obteve a mesma medição de massa como a obtida por outros usando a velocidade radial.

Usando as especificações dos futuros telescópios espaciais de alta resolução, como o Telescópio Espacial James Webb - um instrumento concebido para estudar atmosferas exoplanetárias - os autores mostraram que a nova técnica será capaz de caracterizar a massa e propriedades atmosféricas de planetas mais pequenos, do tamanho da Terra.

Mark Swain, cientista do JPL da NASA, diz que a nova técnica do grupo será muito útil na determinação da composição e, finalmente, na habitabilidade, de planetas semelhantes à Terra.

"A massa é uma peça muito importante do puzzle," realça Swain, que não esteve envolvido na investigação. "Se descobrirmos que a composição de um planeta é quase certamente sólida, isso exigiria uma quantidade significativa de água misturada com um núcleo de silicato, e se soubéssemos que tinha temperaturas de zona habitável, teríamos um bom caso para estudos mais aprofundados desse mundo, porque teria o que parecem ser os ingredientes de um planeta habitável."

Cientistas identificam possíveis nuvens em planetas distantes

Estudos caracterizam a atmosfera de planetas fora do Sistema Solar. Resultados foram publicados na revista científica 'Nature'.

(G1) Dois estudos publicados na edição desta semana da revista científica “Nature” indicam a possível existência de nuvens na atmosfera de planetas fora do Sistema Solar. Segundo os autores, a descoberta é um avanço importante na busca por planetas que, assim como a Terra, reúnam as condições necessárias para serem habitáveis.

As pesquisas foram realizadas por duas equipes distintas, com base em dados obtidos pelo Telescópio Espacial Hubble, da Nasa. Os planetas estudados foram GJ 436B, a 36 anos-luz da Terra, e GJ 1214b, a 40 anos-luz do nosso planeta. Nenhuma das duas atmosferas havia sido caracterizada com sucesso até o momento.

Levando em consideração o tamanho e a massa, os dois planetas são consideravelmente maiores que a Terra – classificada como pequena e rochosa –, mas também são menores que os chamados gigantes gasosos, como Júpiter.

Apesar de identificarem algumas características das atmosferas dos planetas – como a possível presença de nuvens –, os pesquisadores ainda não conseguiram detalhar a composição química dessas atmosferas. Segundo os autores, novos estudos nessa linha são necessários, e um dos principais objetivos é entender até que tamanho um planeta pode ter uma estrutura rochosa, como a da Terra.
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Kepler-88c, um planeta extra-solar que deixou de ser invisível

Aplicada uma nova técnica que permite detectar a influência de um planeta noutro planeta.

(Público - Portugal) Uma equipa europeia, da qual faz parte o investigador Alexandre Santerne, do Centro de Astrofísica da Universidade do Porto (CAUP), descobriu um planeta extra-solar a partir das perturbações gravitacionais provocadas por outro planeta. Neste caso, o planeta “invisível” é o Kepler-88c e o seu irmão que lhe provocou as perturbações gravitacionais que o denunciaram é o Kepler-88b.

Segundo um comunicado do CAUP, a equipa usou o espectrógrafo Sophie, no observatório de Haute-Provence, em França, para detectar a presença e calcular a massa do planeta extra-solar, ou exoplaneta, Kepler-88c. Recorreu-se ao espectrógrafo Sophie porque nem todos os planetas estão no campo de “visão” do telescópio espacial Kepler, da NASA e desactivado desde Agosto. Se o plano orbital estivesse ligeiramente desalinhado com a linha de visão para a Terra, os planetas deixavam de ser visíveis por aquele telescópio espacial.

Mas os planetas que orbitam a mesma estrela interagem gravitacionalmente entre si, provocando perturbações nos seus períodos de trânsito, designadas por “variações no tempo de trânsito” (TTV, na sigla em inglês), que permitiram agora detectar a presença do Kepler-88c.

Anteriormente, numa análise realizada por uma equipa liderada por David Nesvorný, da Universidade de Boulder (EUA), tinha-se previsto que o sistema Kepler-88 teria dois planetas: um que passa à frente da sua estrela, ou seja, que a transita (o Kepler-88b). E que o seu período orbital é fortemente perturbado por um outro planeta, que não passa à frente da estrela (o Kepler-88c).

Estes dois planetas são comparados à configuração existente entre a Terra e Marte: o planeta vermelho completa duas órbitas no mesmo período em que o outro completa apenas uma. Marte dá assim uma volta ao Sol em cerca de dois anos.

Esta é a primeira vez que um planeta “invisível” fora do nosso sistema solar é descoberto com a técnica das variações no tempo de trânsito. Até agora, as técnicas de detecção procuravam a influência dos planetas na estrela que orbitavam – ou passando-lhe à frente e diminuindo um pouco a sua luz (técnica dos trânsitos) ou, à medida que andavam à volta da estrela, fazendo-a oscilar ligeiramente (técnica das velocidades radiais). Esta é a primeira vez que um planeta extra-solar é descoberto com base na influência que teve noutro. Espera-se que permita encontrar muitos mais.

“Este resultado confirma que a TTV é uma técnica válida para a detecção destes planetas ‘invisíveis’ em sistemas com múltiplos planetas”, sublinha o comunicado. Os resultados foram publicados na revista Astronomy & Astrophysics.

Neptuno foi o primeiro planeta a ser detectado pela influência gravitacional que exercia sobre outro planeta (Urano). Foi o matemático francês Urbain Le Verrier que calculou que as anomalias na órbita de Urano devido a um planeta que ainda não tinha sido observado. Os seus cálculos permitiram que Johann Gottfried Galle encontrasse Neptuno a 23 de Setembro de 1846.
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Primeira exolua é encontrada por astrônomos

Lua extrassolar
(Inovação Tecnológica) Astrônomos afirmam ter encontrado os primeiros indícios de uma exolua, uma lua orbitando um planeta fora do nosso Sistema Solar.

Assim como Europa (Júpiter) e Encélado (Saturno) apresentam ambientes interessantes para a pesquisa de vida microbiana, acredita-se que as exoluas podem ser mundos habitáveis, sobretudo se seus planetas estiverem mais perto das estrelas.

Contudo, as perspectivas podem não ser tão entusiasmantes para a primeira exolua observadas, identificada por David Bennett e seus colegas Universidade de Notre Dame, nos Estados Unidos.

As primeiras análises indicam que a exolua está em volta de um planeta errante, um planeta que não parece orbitar nenhuma estrela.

Os dois objetos - planeta e lua - foram identificados pela técnica de microlente gravitacional, enquanto a maioria dos mais de 1.000 exoplanetas conhecidos até agora foram descobertos por outro método, que analisa variações na luz da estrela quando o planeta passa à sua frente.

Na microlente gravitacional, quando um objeto passa na frente de uma estrela distante, do ponto de vista da Terra, a gravidade do objeto curva a luz da estrela ao fundo, concentrando-a como uma lente. Isso faz a estrela temporariamente parecer mais brilhante.

Bennett e seus colegas identificaram um evento de microlente em 2011, visto por inúmeros telescópios ao redor do mundo, no qual uma estrela teve seu brilho subitamente aumentado em 70 vezes. Cerca de uma hora depois, houve um segundo aumento no brilho, este menor.

Planeta e lua ou estrela e planeta
Os astrônomos levantam duas possibilidades para explicar o evento.

Na primeira, o par de corpos celestes está relativamente próximo do Sistema Solar - cerca de 1.800 anos-luz - e consiste em um planeta com quatro vezes a massa de Júpiter e uma lua com metade da massa da Terra.

A segunda possibilidade, que não pode ser descartada, é que o par de objetos está muito mais distante e consiste em uma estrela que já apagou, conhecida como anã marrom, orbitada por um planeta do tamanho de Netuno.

O cenário do planeta e sua lua é preferido pelos pesquisadores: "Os dados se encaixam bem no modelo da exolua, mas se encaixam quase tão bem igualmente no modelo alternativo estrela+ planeta," afirmam eles.

Contudo, com as técnicas atuais e os dados disponíveis, será quase impossível confirmar isso de forma inequívoca.

A principal razão para isso é que o efeito da microlente gravitacional é um golpe de sorte orquestrado por um ajuste efêmero na dança de estrelas e planetas em relação à Terra. Assim, provavelmente nunca teremos a chance de observar o mesmo fenômeno novamente.

Assim, os astrônomos continuam em busca de uma exolua que possa ser observada pelo método do trânsito, que passe junto com seu planeta em frente à estrela, o que permitirá sua observação periódica, avaliando seu tamanho, órbita e até atmosfera.
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Gliese 581g: planeta potencialmente habitável - se existir

(Astronomia On Line - Portugal) Gliese 581g é um candidato a planeta extra-solar, dentro de um sistema a apenas 20 anos-luz da Terra. Anunciado pela primeira vez em 2010 como um planeta com uma massa três a quatro vezes a da Terra na zona habitável da sua estrela-mãe, o exoplaneta tem estado sob escrutínio à medida que outras equipas de pesquisa lançam dúvidas sobre a sua existência.

Steven Vogt do Observatório UCO/Lick da Universidade da Califórnia liderou a equipa de astrónomos que viu pela primeira vez o planeta em 2010. No entanto, poucos meses depois, Michel Mayor do Observatório de Genebra na Suíça, dirigiu um outro grupo que não foi capaz de encontrar evidências do planeta. Dois estudos de acompanhamento chegaram a conclusões semelhantes.

Em 2012, o grupo de Vogt publicou outro artigo defendendo os seus resultados e lançando dúvidas sobre os métodos da equipa suíça.

Os resultados da descoberta de 2010 mostravam um planeta em órbita da anã vermelha Gliese 581 a uma distância de 0,15 UA. Embora à primeira vista isto possa não soar como uma distância habitável, uma vez que o planeta está muito mais perto da sua estrela do que a Terra está do Sol, a anã vermelha produz muito menos energia que o Sol. Isto significa que os planetas têm que orbitar muito mais perto a fim de caírem dentro do intervalo de habitabilidade.

É importante realçar que a habitabilidade depende de uma série de factores, que incluem a quantidade de variação da luz da estrela, as condições da atmosfera do planeta e, possivelmente, processos geológicos no planeta propriamente dito (como placas tectónicas). Mesmo assim, a distância do planeta à estrela é um dos passos para reduzir a lista de candidatos a planetas habitáveis.

Gliese 581g é na realidade um entre seis planetas possíveis neste sistema. O planeta irmão 581f foi anunciado na mesma altura. Está a mais ou menos 0,76 UA da estrela, na periferia do sistema planetário da estrela.

Os outros planetas possíveis incluem Gliese 581e (que completa uma órbita a cada 3,15 dias), Gliese 581b, com o tamanho de Neptuno, e as super-Terras Gliese 581c e Gliese 581d. Alguns astrónomos acreditam ser possível que, mesmo que Gliese 581d esteja situado no limite da zona habitável, possa também ser habitável caso um efeito de estufa aqueça a sua superfície.

Gliese 581g e o irmão 581f foram pela primeira revelados ao mundo a 29 de Setembro de 2010. A equipa de Vogt detectou os planetas usando o método de "velocidade radial" que examina mudanças no movimento da estrela, provocadas pelo movimento orbital de um planeta. Os dados foram recolhidos por dois instrumentos: o espectrógrafo HARPS acoplado a um telescópio no Chile, e o espectrógrafo HIRES acoplado no telescópio havaiano Keck.

No entanto, naquele mês de Outubro, uma equipa de Genebra apresentou numa assembleia da União Astronómica Internacional mais dados obtidos pelo HARPS. Foram capazes de detectar quatro dos outros planetas mas, segundo eles, a informação não mostrava Gliese 581g.

"A razão para tal é que, apesar da extrema precisão do instrumento e dos muitos pontos de dados, a amplitude do sinal deste potencial quinto planeta é muito baixa e basicamente ao nível do ruído de medição," afirma Francesco Pepe, astrónomo que trabalha com dados do HARPS no Observatório de Genebra.

Os estudos de acompanhamento também não encontraram 581g. Em 2010, um grupo liderado por Rene Andrae do Instituto Max Planck para Astronomia em Heidelberg, Alemanha, relatou que o grupo de Vogt tinha baseado os seus achados na suposição que os planetas tinham órbitas circulares, uma conclusão que, segundo a equipa alemã, estava incorrecta.

Em 2011, foi publicado um artigo na MNRAS (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society) que usou um diferente método estatístico para interpretar os dados do HARPS e do HIRES. Este grupo, liderado por Philip Gregory da Universidade da Columbia Britânica, também não conseguiu encontrar um sinal que indicasse a existência de Gliese 581g.

Em 2012, no entanto, os descobridores de 581g publicaram um novo estudo com base em dados expandidos da equipa suíça que colocava em questão o seu planeta. Os seus resultados indicavam que 581g existia de facto (581f não aparecia nos dados, mas a equipa disse que usou apenas os do HARPS e que iriam voltar a analisar o assunto mais tarde). Os dados coincidiam desde que os astrónomos assumissem órbitas circulares.

"Eu acredito que a solução de órbitas circulares é a mais defensável e credível" realça Vogt. "Por todas as razões que explicam em detalhe [no artigo], ganha por conta da estabilidade dinâmica, por ajuste, e pelo princípio da Parcimónia (Navalha de Occam)."

Vogt também aponta que o artigo da equipa suíça, até finais de 2012, não tinha sido aceite para publicação (no final de 2013, a listagem no site arXiv diz que foi submetido para publicação na revista Astronomy & Astrophysics). Ele disse que a sua própria equipa foi incapaz de chegar às mesmas conclusões que a equipa suíça a menos que removessem alguns pontos de dados.

"Eu não sei se essa omissão foi intencional ou um erro," afirma. "Só posso dizer que, se é um erro, têm-no feito várias vezes, não só neste trabalho, como também noutros."

Reparo poderá prolongar missão da Nasa para encontrar 'gêmea' da terra

(New York Times / Folha) No outono deste ano, uma importante engrenagem do satélite Kepler da Nasa emperrou, deixando seu telescópio incapaz de apontar com precisão suficiente para continuar a prospecção de planetas semelhantes à Terra em um trecho estrelado da Via Láctea.

Mas os administradores do Kepler dizem que têm um plano que poderá manter o satélite ativo por mais três ou quatro anos.

Nos últimos quatro anos, o Kepler identificou 3.500 possíveis exoplanetas e permitiu a primeira estimativa do número de planetas habitáveis na Via Láctea: cerca de uma em cada cinco estrelas semelhantes ao Sol tem planetas do tamanho da Terra potencialmente habitáveis, o que significa bilhões de chances de existência de vida extraterrestre.

Mas a espaçonave estava apenas começando a localizar planetas com órbitas como a nossa, mundos do tamanho da Terra que levam um ano para orbitar sóis parecidos com o nosso e são candidatos a Terra 2.0, no jargão do setor.

A nova abordagem deixaria de focalizar o Kepler em apenas um conjunto de estrelas. Em vez disso, o satélite giraria pelo céu monitorando as estrelas em um ponto continuamente, por até 80 dias. Ele não detectaria qualquer planeta com períodos orbitais maiores que algumas semanas. Mas detectaria planetas com órbitas habitáveis ao redor de estrelas menores e menos brilhantes, conhecidas como anãs vermelhas.

O problema surgiu quando a perda de um segundo giroscópio -dispositivo de controle da orientação da nave- deixou a espaçonave com a tendência a rolar em torno de sua linha de visão. Em 2009, o Kepler foi lançado com quatro giroscópios.

A solução foi encontrada na ciência de foguetes. Testes demonstraram que a luz do Sol pode ser usada para estabilizar o Kepler. A chave é mantê-lo apontado a direções que deixem seus painéis solares iluminados de maneira uniforme. "Quando está estável é realmente estável", disse Charles Sobeck, vice-gerente de projeto do Kepler. Em consequência, a caça aos planetas do satélite agora será limitada a campos de estrelas situados ao longo de um círculo conhecido como eclíptica -o caminho aparente que o Sol atravessa no zodíaco.

Uma parte desse caminho passa exatamente pelo centro da galáxia, na constelação de Sagitário, e outras partes, distantes da Via Láctea, cruzam galáxias exteriores, onde o Kepler poderá registrar a ascensão e a queda de explosões de supernovas que foram críticas para a compreensão da história cósmica. Outros campos de oportunidade incluem regiões tempestuosas cheias de nuvens de gás e poeira, onde novas estrelas e supostamente novos planetas estão nascendo, de modo que, se o plano for realizado, o Kepler poderá estudar estrelas e planetas em diversos ambientes.

A ideia ainda está sendo testada. Uma decisão virá na próximo ano. Independentemente disso, a equipe do Kepler tem mais três anos para analisar os dados já obtidos. Sobeck está esperançoso por mais tempo. "Ninguém quer desligar um satélite em órbita", disse.

Descoberto planeta que não deveria existir

(UOL) Astrônomos dos EUA descobriram um planeta que não deveria existir pela teoria atual de formação de planetas. O planeta HD106906b é um gigante (11 vezes a massa de Júpiter) que orbita sua estrela a uma distância 650 vezes a distância média entre o Sol e a Terra. Esta impressão artística mostra um jovem planeta orbitando uma estrela distante. A estrela ainda abriga um disco de detritos, materiais remanescentes da formação de estrelas e do planeta, interior à órbita do planeta.
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