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Medindo a massa de um exoplaneta com o tamanho de Marte

Impressão artística que mostra o sistema planetário que alberga Kepler-138b, o primeiro exoplaneta mais pequeno que a Terra com a massa e tamanho medidos. Os tamanhos dos planetas, relativamente à estrela, foram exagerados.
Crédito: Instituto SETI/Danielle Futselaar


A determinação da dimensão de um exoplaneta de tamanho semelhante à Terra, pela quantidade de luz estelar que bloqueia a centenas de anos-luz de distância, já esteve no reino da ficção científica. A medição da massa de um planeta assim tão pequeno com base na sua gravidade estava completamente noutro nível, mas os astrônomos fizeram exatamente isso para um exoplaneta com 50% do tamanho da Terra.

Investigadores, usando dados da missão Kepler da NASA, mediram a massa de um exoplaneta do tamanho de Marte que tem aproximadamente um-décimo da massa da Terra. Chamado Kepler-138b, é o primeiro exoplaneta mais pequeno que a Terra a ter tanto a sua massa como o seu tamanho medidos. Isto amplia significativamente a gama de planetas com densidades medidas.

Para determinar a massa de um planeta, os astrônomos geralmente medem o movimento minúsculo da estrela provocado pela força gravitacional de um planeta em órbita. Para planetas da massa da Terra, a detecção de uma influência assim tão pequena torna-se extraordinariamente difícil com a tecnologia atual. Felizmente, para uma estrela que hospeda vários planetas que orbitam uns perto dos outros, os cientistas desenvolveram outra forma de chegar à massa dos planetas.

Daniel Jontof-Hutter, associado de pesquisa do Centro para Exoplanetas e Mundos Habitáveis da Universidade Estatal de Pensilvânia, EUA, liderou uma equipa de astrônomos num estudo para medir a massa de todos os três planetas ao observar com precisão os tempos de cada passagem em frente da estrela Kepler-138.

"Cada planeta diminui periodicamente de velocidade e acelera ligeiramente devido à gravidade dos seus planetas vizinhos. A ligeira mudança no tempo entre os trânsitos permite-nos medir a massa dos planetas," afirma Jontof-Hutter.

De cada vez que um planeta transita uma estrela, bloqueia uma pequena fração da luz estelar, permitindo que os astrônomos possam medir o tamanho do planeta. Este é o método que o Kepler utilizou para detetar milhares de planetas em torno de outras estrelas.

Ao medir tanto a massa como o tamanho de um exoplaneta, os cientistas podem calcular a densidade e inferir a composição para determinar se um planeta é feito predominantemente de rocha, água ou gás. A densidade do minúsculo Kepler-138b é consistente com uma composição rochosa como a Terra ou Marte, mas são necessárias mais observações até que os astrônomos possam afirmar definitivamente que é um mundo rochoso.

Kepler-138b é o mais interior dos três planetas que orbitam Kepler-138, uma estrela com menos de metade do tamanho do nosso Sol e cerca de 30% mais fria. O sistema de Kepler-138 está localizado a mais ou menos 200 anos-luz da Terra na direção da constelação de Lira.


Este gráfico mostra as massas e tamanhos do exoplanetas mais pequenos onde estes dois parâmetros já foram determinados. Os planetas do Sistema Solar (vermelho) estão aqui para efeitos de comparação. Os três planetas do sistema Kepler-138 (laranja) estão entre os quatro exoplanetas mais pequenos com tanto o tamanho como a massa já medidos. Kepler-138b é o primeiro exoplaneta, mais pequeno que a Terra, com a massa e tamanho já determinados. Isto amplia significativamente a gama de planetas com densidades medidas.
Crédito: Centro de Pesquisa Ames da NASA/W. Stenzel


Os dois planetas exteriores, Kepler-138c e Kepler-138d, têm aproximadamente o tamanho da Terra. Kepler-138c é provavelmente rochoso, enquanto Kepler-138d é menos denso e não pode ser constituído da mesma mistura de materiais que a Terra. Todos os três planetas orbitam demasiado perto da estrela para a existência de água líquida à superfície e para a existência de vida como a conhecemos.

"A principal diferença entre as densidades dos dois planetas maiores diz-nos que nem todos os planetas parecidos à Terra em tamanho são rochosos," afirma Jack Lissauer, coautor e cientista planetário do Centro de Pesquisa Ames da NASA em Moffett Field, no estado americano da Califórnia. "Estudos adicionais de planetas pequenos ajudarão a fornecer um melhor conhecimento da diversidade que existe na natureza e ajudarão a determinar se planetas rochosos como a Terra são comuns ou raros."

Tal como os astrônomos no início do século XX estudavam uma grande variedade de estrelas a fim de caracterizar e classificar diferentes tipos, os astrônomos no século XXI estão a fazer o mesmo para compreender a diversidade da demografia das populações exoplanetárias na nossa Galáxia, a Via Láctea.

Os cientistas estão trabalhando para usar estas novas medições de planetas pequenos do Kepler e do futuro TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) com o objetivo de identificar padrões na relação entre a massa e o tamanho. Estas informações irão fornecer um contexto para a compreensão da história da Terra e de outros planetas no nosso próprio Sistema Solar e informar os caçadores de exoplanetas da próxima geração à medida que procuram vida fora do nosso Sistema Solar.

Um estudo anterior mediu as massas dos dois planetas exteriores. Este novo estudo realizou uma análise mais detalhada do sistema de Kepler-138 usando dados adicionais do Kepler. Isto permitiu a medição da massa do planeta interior com o tamanho de Marte e melhorou a precisão do tamanho e da massa dos planetas exteriores. Os resultados foram publicados na edição de ontem da revista Nature.

FONTE: ASTRONOMIA ONLINE

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