Cronometragem da sombra de um planeta potencialmente habitável ajuda à procura por vida extraterrestre

Esta imagem sumariza a pesquisa. Usando o Telescópio Refletor Okayama de 188-cm e o instrumento observacional MuSCAT (em baixo, à esquerda), os cientistas conseguiram observar o exoplaneta K2-3d, que tem mais ou menos o mesmo tamanho e temperatura que a Terra, a passar em frente da sua estrela-mãe e a bloquear alguma da luz estelar (topo), fazendo com que o seu brilho diminuísse um pouco (ver dados reais em baixo à direita).
Crédito: NAOJ

Um grupo de investigadores do Observatório Astronômico Nacional do Japão, da Universidade de Tóquio, do Centro de Astrobiologia, entre outros, observou o trânsito de um exoplaneta potencialmente parecido com a Terra conhecido como K2-3d usando o instrumento MuSCAT acoplado ao telescópio de 188 centímetros do Observatório Astrofísico de Okayama. Um trânsito é um fenômeno no qual um planeta passa em frente da sua estrela-mãe, bloqueando uma pequena quantidade de luz da estrela, como uma sombra do planeta. Apesar de já terem sido observados milhares de trânsitos para outros planetas extrassolares, K2-3d é importante porque existe a possibilidade de que seja capaz de abrigar vida extraterrestre.

Através da observação detalhada do trânsito, usando a próxima geração de telescópios, como o TMT (Thirty Meter Telescope), os cientistas esperam poder estudar a atmosfera do planeta em busca de moléculas relacionadas com a vida, como por exemplo o oxigênio.

No entanto, com apenas as observações anteriores de telescópios espaciais, os cientistas não podem calcular com precisão o período orbital do planeta, o que torna mais difícil prever tempos exatos de trânsitos futuros. Este grupo de investigação conseguiu medir o período orbital do planeta com uma grande precisão de aproximadamente 18 segundos. Isto melhorou muito a precisão da previsão para os futuros tempos do trânsito. Portanto, agora os astrônomos saberão exatamente quando observar estes trânsitos com a próxima geração de telescópios. Este resultado é um passo importante na busca por vida extraterrestre no futuro.

K2-3d é um exoplaneta localizado a cerca de 15 anos-luz de distância, descoberto pela missão K2 da NASA (a "segunda luz" do telescópio Kepler). K2-3d tem 1,5 vezes o tamanho da Terra. Orbita a sua estrela-mãe, com metade do tamanho do Sol, a cada 45 dias, aproximadamente. Em comparação com a Terra, o planeta orbita muito perto da estrela (cerca de um-quinto da distância Terra-Sol). Mas, como a temperatura da estrela hospedeira é menor que a do Sol, os cálculos mostram que esta é a distância ideal para o planeta ter um clima relativamente quente como o da Terra. Há a possibilidade de que a água líquida possa existir à superfície do planeta, aumentando as hipóteses de vida extraterrestre.


Gráfico de planetas em trânsito localizados na zona habitável (a região orbital onde um planeta pode suster água líquida à superfície), desenhado em função do raio do planeta vs. magnitude (brilho) da estrela. Os círculos pretos representam planetas confirmados descobertos pela missão Kepler e os círculos brancos representam candidatos a planeta por confirmar. Os triângulos laranja representam os planetas do tamanho da Terra TRAPPIST-1c e TRAPPIST-1d, observados a 40 anos-luz de distância por um telescópio terrestre. Pensa-se que TRAPPIST-1c e TRAPPIST-1d estejam mesmo para lá da zona habitável, mas estão aqui representados para referência. A estrela hospedeira de K2-3d (estrela vermelha) é a figura mais brilhante na figura.
Crédito: NAOJ

A órbita de K2-3d está alinhada, de modo que a partir da Terra, transita (passa em frente) a sua estrela. Isto provoca diminuições curtas e periódicas no brilho estelar, pois o planeta bloqueia parte da luz. Este alinhamento permite com que os investigadores "estudem" a composição atmosférica desses planetas, medindo com precisão a quantidade de luz bloqueada em diferentes comprimentos de onda.

A missão Kepler da NASA descobriu cerca de 30 planetas potencialmente habitáveis que também têm órbitas em trânsito, mas a maioria destes planetas orbitam estrelas mais ténues e distantes. Dada a sua proximidade com a Terra e o brilho da estrela, K2-3d é um candidato mais interessante para estudos de acompanhamento detalhados. A diminuição de brilho da estrela hospedeira, provocado pelo trânsito de K2-3d, é pequena, apenas 0,07%. No entanto, espera-se que a próxima geração de grandes telescópios seja capaz de medir como esta diminuição de brilho varia com o comprimento de onda, permitindo investigações da composição atmosférica do planeta. Caso exista vida extraterrestre em K2-3d, os cientistas esperam ser capazes de detetar moléculas relacionadas, como por exemplo o oxigênio, na atmosfera.

O período orbital de K2-3d é de aproximadamente 45 dias. Uma vez que o período de pesquisa da missão K2 é de apenas 80 dias para cada área do céu, os investigadores só conseguiram medir dois trânsitos nos dados do K2. Isto não é suficiente para medir com precisão o período orbital do planeta, assim que quando os investigadores tentarem prever os tempos dos trânsitos futuros, criando algo a que chamamos "efemérides de trânsito", haverá incertezas nos tempos previstos. Estas incertezas crescem à medida que tentam prever mais para o futuro. Portanto, foram necessárias observações adicionais do trânsito e ajustes das efemérides antes que os astrônomos perdessem os tempos do trânsito. Dada a importância de K2-3d, o Telescópio Espacial Spitzer observou dois trânsitos logo após a descoberta do planeta, elevando o total para quatro medições de trânsito. No entanto, a adição de uma única medição de trânsito, mais distante no futuro, pode ajudar a produzir uma efeméride significativamente melhorada.


Desvios previstos dos tempos dos trânsitos para as efemérides melhoradas de K2-3d com base nesta investigação. A linha vermelha sólida indica os tempos previstos com base nesta pesquisa, a área sombreada mostra a gama de incertezas. Os quadrados, triângulos e círculos são, respetivamente, os dados dos tempos de trânsito do Telescópio Espacial Kepler, do Telescópio Espacial Spitzer e do instrumento MuSCAT do Telescópio Refletor Okayama de 188-cm. O cinzento representa os valores calculados na investigação anterior e os símbolos pretos representam os valores recalculados nesta pesquisa. As linhas pontilhadas roxa e laranja são as efemérides de trânsito calculadas na pesquisa anterior usando os dados do K2 e do K2+Spitzer, respetivamente. Esta investigação conseguiu corrigir os tempos das previsões para os trânsitos de 2018, em mais de uma hora.
Crédito: NAOJ

Usando o Telescópio Refletor Okayama de 188-cm e o mais recente instrumento de observação, MuSCAT, a equipa observou um trânsito de K2-3d pela primeira vez com um telescópio terrestre. Embora uma diminuição de 0,07% no brilho esteja perto do limite do que pode ser observado com telescópios terrestres, a capacidade do MuSCAT em observar três bandas de comprimento de onda simultaneamente aumentou a sua capacidade para detetar o trânsito. Ao reanalisarem os dados do K2 e do Spitzer, em combinação com esta nova observação, os cientistas melhoraram consideravelmente a precisão das efemérides, determinando o período orbital do planeta até cerca de 18 segundos (1/30 da incerteza original). Estas efemérides melhoradas garantem que, quando a próxima geração de grandes telescópios entrarem em operação, saberemos exatamente quando observar os trânsitos. Assim, estes resultados ajudam a pavimentar o caminho para futuras pesquisas de vida extraterrestre.

A missão K2 da NASA continuará até pelo menos fevereiro de 2018 e espera-se que descubra mais planetas potencialmente habitáveis como K2-3d. Além disso, o sucessor do K2, o TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite), será lançado em dezembro de 2017. O TESS irá pesquisar o céu inteiro durante dois anos e deverá detetar centenas de planetas pequenos como K2-3d perto do nosso Sistema Solar. Para caracterizar uma "segunda Terra" usando a próxima geração de grandes telescópios, será importante medir as efemérides e características dos planetas com observações adicionais de trânsitos usando telescópios terrestres de tamanho médio. A equipa continuará a usar o MuSCAT para pesquisas relacionadas com a futura procura por vida extraterrestre.

FONTE: http://www.ccvalg.pt/