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
Nenhum comentário:
Postar um comentário