Nova técnica para medir massa de exoplanetas

Até o momento, os cientistas detectaram a existência de mais de 1.000 exoplanetas em órbita de outras estrelas que não o nosso Sol.

© Christine Daniloff e Julien de Wit (ilustração do espectro de transmissão de um planeta)

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 atuais 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 Netuno, 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 Massachusetts Institute of Technology (MIT) desenvolveram uma nova técnica para determinar a massa de exoplanetas, 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 equipe do MIT descobriu uma maneira de interpretá-la de tal forma que também revela a massa do planeta.

Além da composição de um planeta, a sua massa pode fornecer um vislumbre da superfície do planeta e da sua atividade interna. A massa afeta tudo a um nível planetário, tal como placas tectônicas, o seu arrefecimento interno e convecção, o modo como gera campos magnéticos, e se o gás escapa da sua atmosfera.

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. Da quantidade total de luz bloqueada, podem calcular o tamanho de um planeta.

Para determinar a massa de um exoplaneta usando espectroscopia de transmissão foi utilizado 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, 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.

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, foi demonstrado que cada parâmetro tem um efeito marcante num espectro de transmissão. Os pesquisadores realizaram 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. Esta constante atua 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.

Para testar o método foi aplicada a técnica a um exoplaneta recém-descoberto, conhecido como HD 189733 b, localizado a 63 anos-luz de distância. Com os cálculos foi obtida a mesma medição de massa como a realizada 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 pesquisadores mostraram que a nova técnica será capaz de caracterizar a massa e propriedades atmosféricas de planetas mais pequenos, do tamanho da Terra.

Fonte: Science

Detectado um exoplaneta com base numa previsão teórica

Uma equipe europeia usou o espectrógrafo SOPHIE para detetar a presença do Kepler-88 c. A existência deste exoplaneta, que até agora não tinha sido detectado, foi prevista pela perturbação gravitacional, provocada no seu irmão que transita a estrela, Kepler-88 b.

© CAUP/Alexandre Santerne (ilustração do sistema Kepler-88)

O SOPHIE, um espectrógrafo de alta resolução para a observação de fenômenos no interior de estrelas e de exoplanetas, com precisão para medir velocidades radiais da ordem de 2 metros por segundo. Está instalado no telescópio de 1,93 metros do observatório de Haute-Provence na França. Com o SOPHIE também foi medida a massa do Kepler-88 c. O método das velocidades radiais detecta exoplanetas medindo pequenas variações na velocidade (radial) da estrela, devidas ao movimento que a órbita desses planetas imprime na estrela. A título de exemplo, a variação de velocidade que o movimento da Terra imprime ao Sol é de apenas 10 cm/s (cerca de 0,36 km/h). Com este método é possível determinar o valor mínimo da massa do planeta.

O principal objetivo do telescópio espacial Kepler da NASA era a procura de trânsitos periódicos em centenas de milhares de estrelas, e durante os 4 anos que durou a missão, detectou mais de 3.500. O método dos trânsitos consiste na medição da diminuição da luz de uma estrela, provocada pela passagem de um exoplaneta à frente dessa estrela. No entanto, nem todos os planetas no campo do Kepler são detectáveis por este telescópio, pois se o plano orbital estiver ligeiramente desalinhado com a linha de visão para a Terra, os planetas já não transitam e por isso são “invisíveis” para o Kepler.

Mas os planetas que orbitam a mesma estrela interagem gravitacionalmente uns com os outros. Esta interação provoca perturbações nos períodos de trânsitos previstos dos planetas, denominado Variações no Tempo de Trânsito (Time Transit Variations – TTV).

Uma análise dinâmica detalhada à interação entre planetas, efetuada anteriormente pela equipe liderada por David Nesvorný, previu que o sistema Kepler-88 tivesse dois planetas, um que transita (Kepler-88 b), e cujo período orbital é fortemente perturbado por um planeta que não transita (Kepler-88 c). Estes estarão numa ressonância 2 para 1, isto é, um planeta completa duas órbitas no mesmo período que o outro completa apenas uma. Esta configuração é semelhante à da Terra e de Marte, com o planeta vermelho orbitando o Sol em cerca de 2 anos.

A técnica TTV é sensível a planetas até à massa da Terra, em sistemas múltiplos, e pode por isso ser usada para detectar a existência de planetas que não transitam, mas que provocam perturbações na órbita dos planetas que transitam. Esta é a primeira vez que a massa de um exoplaneta “invisível”, calculada com base em Variações no Tempo de Trânsito, é confirmada de forma independente por outra técnica.

Este resultado confirma que a TTV é uma técnica válida para a detecção destes planetas “invisíveis” em sistemas com múltiplos planetas. Neste momento a técnica foi já usada para determinar a massa de mais de 120 exoplanetas, até à massa da Terra, em 47 sistemas estelares.

Netuno foi o primeiro planeta a ser detectado pela influência gravitacional que exercia sobre outro planeta (Urano). O matemático francês Urbain Le Verrier calculou que as anomalias na órbita de Urano eram devidas a uma ressonância 2 para 1 de um planeta que ainda não tinha sido observado. Os seus cálculos levaram Johann Gottfried Galle a encontrar Netuno a 23 de setembro de 1846.

Esta confirmação independente da técnica TTV permite antecipar o futuro da exploração de sistemas de exoplanetas a partir do espaço com a missão PLATO, candidata ao programa “Cosmic Vision” da ESA.

Fonte: Centro de Astrofísica da Universidade do Porto

Os cálculos batem: nosso universo pode ser um holograma

Tudo o que você vê, ouve, toca ou cheira pode ser fruto das vibrações de cordas infinitamente finas que existem em um mundo de dez dimensões. Uma espécie de holograma – enquanto o mundo “real” seria um cosmo de uma dimensão e sem gravidade, ditado pelas leis da física quântica.
Soa como loucura? Não para o físico teórico Juan Maldacena, que propôs o modelo em 1997.

 

Complexo (especialmente para quem não é da área), esse modelo pode ajudar a resolver incoerências entre a física quântica e a teoria da relatividade de Einstein, facilitando o diálogo entre físicos e matemáticos.
Apesar de sua importância, ao longo de mais de quinze anos a proposta de Maldacena permaneceu sem comprovações consistentes. Pensando nisso, o físico Yoshifumi Hyakutake, da Universidade de Ibaraki (Japão), reuniu uma equipe para colocar o modelo a prova.

Por meio de simulações computacionais de alta precisão, os pesquisadores calcularam a energia interna de um buraco negro e a energia interna de um cosmo sem gravidade (que é parte fundamental do modelo de Maldacena). Os dois cálculos batem.
Isso traz evidências de que há coerência entre o modelo teórico e o nosso universo percebido, apesar das diferenças, e dá base para expandir teorias da física quântica. [Scientific American]

Nave Chinesa consegui primeiro pouso controlado na Lua em 37 anos

País se torna o terceiro no mundo a conseguir uma alunissagem controlada.

A sonda não tripulada chinesa Chang E3 posou neste sábado na cratera lunar Sinus Iridum, o que transforma o pais asiático no terceiro, após Estados Unidos e União Soviética, a conseguir uma alunissagem controlada, 37 anos e quatro meses depois da anterior.
O ultimo pouso controlado de uma nave na Lua foi a sonda soviética Luna 24, da extinta União soviética, no dia 18 de agosto de 1976.
A Chang E3, lançado da base de Xichang no último dia 2 de dezembro, e que orbitava a uma velocidade de 1,7 quilômetros por segundo, começou a desacelerar quando se encontrava a 15 quilômetros da superfície lunas e pousou com sucesso às 11h12 ( de Brasília).
A manobra, que foi retransmitida ao vivo por vários canais da televisão estatal chinesa, durou 12 minutos, nos quais o aparelho desceu descrevendo uma parábola até que se situou a cerca de 100 metros da superfície do satélite, momento no qual planou suavemente até pousar, quase sem levantar poeira lunar.
Durante sua aproximação à Lua, a Chang E3 (batizada em honra a uma deusa que segundo lendas chinesas vive na Lua) ofereceu imagens muito nítidas da superfície lunar, ajudada pela ausência de atmosfera e por encontrar-se na face iluminada do satélite.
Os encarregados do programa espacial chinês escolheram a Sinus Iridum devido a sua superfície plana, que facilitará o desenvolvimento das comunicações e que o robô espacial receba luz solar suficiente para suas baterias, e também por se tratar de uma área da Lua ainda não explorada.
Poucos minutos após pousar na Lua, a Chang E3 posicionou painéis solares a fim de acumular a energia necessária para, em algumas horas, poder liberar na superfície o robô móvel Yutu.
Se esta segunda manobra tiver êxito, a China alcançará outro marco, já que o único país que até agora posicionou robôs móveis na Lua foi também a União Soviética, e a última vez que conseguiu isso foi há 40 anos.
A China, que por outra parte alcança hoje o primeiro pouso extraterrestre de sua história, lançou sua primeira sonda lunar, a Chang E1, em 2007, e a segunda, a Chang E2, em 2010.
O país asiático tenta a longo prazo levar astronautas ao satélite terrestre,e, embora ainda não haja uma data fixada para isso, espera-se que seja por volta de 2020, época na qual a China também espera ter uma base espacial permanente orbitando a Terra.

Fonte: Terra

Planeta que não deveria existir está deixando astrônomos perplexos

Astrônomos descobriram um planeta que desafia tudo o que sabemos sobre planetas.

De acordo com as teorias de formação planetária que conhecemos atualmente, ele sequer deveria existir. Ele tem 11 vezes a massa de Júpiter e orbita sua estrela mais de 20 vezes a distância entre o Sol e Netuno.

  Nomeado de HD 106906 b, o planeta é diferente de tudo que existe no nosso sistema solar e não se encaixa em nenhuma teoria de formação de planetas, o que deixa os cientistas sem saber como encarar essa nova realidade.

Pensa-se que planetas próximos de suas estrelas, como a Terra, são criados a partir de pequenos corpos de asteroides nascidos em um disco primordial de gás e poeira que circunda uma estrela em formação. No entanto, este processo atua de modo muito lento com planetas gigantes que ficam afastados da estrela.

Outro mecanismo proposto é que planetas gigantescos podem se formar a partir de um colapso rápido, direto do material do disco. O problema é que discos primordiais raramente contêm massa suficiente em seus limites externos para permitir que um planeta como o HD 106906 b possa ser criado.

Dezenas de teorias alternativas já foram apresentadas, incluindo a formação de um mini sistema estelar binário, mas nada se encaixa ao planeta encontrado.

  A Terra é 350 vezes mais velha do que HD 106906 b. Os astrônomos conseguiram confirmar que o planeta está se movendo junto com sua estrela-mãe, examinando os dados do Telescópio Espacial Hubble. Segundo os cálculos, novos dados só poderão ser colhidos daqui 8 anos.

“Informações detalhadas são raramente disponível para exoplanetas observados diretamente, tornando HD 106906 b alvo valioso para futuros estudos”, disse Megan Reiter, uma das responsáveis pela descoberta.

Ele só tem 13 milhões de anos e ainda brilha a partir do calor residual de sua formação: “Esse sistema é especialmente fascinante porque não existe um modelo de qualquer planeta ou formação estelar que explique totalmente o que estamos vendo”, disse Vanessa Bailey da Universidade do Arizona.