Detectando exoplanetas

Fomalhaut, uma estrela na constelação do Peixe Austral, abriga um exoplaneta envolto por uma nuvem de poeira

Exoplanetas são, como o nome sugere, planetas! Mas eles recebem o prefixo “exo” por não estarem no Sistema Solar. Aliás, dificilmente será descoberto um novo planeta por essas bandas. Por isso exoplanetas estão na moda em pesquisas astronômicas. Esse assunto chama bastante a atenção pela famosa possibilidade de encontrarmos uma nova “Terra”, que pode abrigar uma forma de vida. Mas afinal, se já dá um certo trabalho para observar planetas aqui perto (principalmente depois de Saturno), como que é possível detectar objetos como esses em outros sistemas estelares?

Alguém poderia argumentar que a possibilidade da existência de planetas orbitando outras estrelas é bastante alta, por isso todo esse burburinho nos noticiários científicos por aí são apenas os astrônomos fazendo chutes ou blefando. Mas não é bem assim que o universo funciona. De fato, é provável que a maioria das estrelas (pelo menos na nossa galáxia) não possuam planetas vizinhos.

Aproximadamente a metade das estrelas na Via Láctea constituem sistemas binários e múltiplos. E essas configurações podem causar um fênomeno chamado de “problema de três corpos”. O que acontece é que em sistemas onde há três ou mais objetos muito massivos, a gravidade do conjunto tende a expulsar o(s) objeto(s) excedente(s), efeito esse conhecido como “estilingamento”, permanecendo apenas dois objetos massivos, um orbitando o outro.

Outro problema é que em sistemas binários ou múltiplos, as perturbações gravitacionais poderiam fazer um planeta colapsar, mais ou menos como quando você aperta uma porção de terra seca na mão e ela se esfarela toda.

Então, não pense você que encontrar planetas é algo fácil e comum. É um trabalho bastante árduo, e custa bastante tempo de computação e observação. Entenda como os exoplanetas são detectados nas estrelas da Via Láctea:

Observação direta

Bom, esse é provavelmente o método mais óbvio de todos: conseguir detectar a luz de um exoplaneta em um (ou mais) telescópio(s). Mas é claro que só vai funcionar para estrelas bastante próximas do Sol, como a Fomalhaut (aquela da imagem lá em cima). Em 2008, astrofísicos haviam conseguido observar pela primeira vez um exoplaneta diretamente, e ele recebeu o originalíssimo nome Fomalhaut b (sério mesmo, alguém tem que rever essa política de nomes em astronomia!).

O Olho de Sauron. Crédito: HST/NASA/JPL-Caltech

Se já era legal a nuvem de poeira em volta de Fomalhaut, que formava esse belo efeito de “olho de Sauron”, ter observado um planeta ali no meio foi uma descoberta para marcar uma vida. Para conseguir obter essa imagem, foi necessário usar uma pequena placa para bloquear a luz ofuscante da estrela, de modo a podermos perceber a tênue luminosidade do planeta. Mas… peraí, Fomalhaut b é mesmo um planeta? Bom, nos últimos meses esse objeto tem sido alvo de muitas dúvidas, e depois de ter seu status de planeta negado (já que ele havia simplesmente sumido do mapa!), o objeto ficou conhecido como “planeta zumbi” após reaparecer em uma imagem obtida pelo telescópio espacial Hubble. Vai entender!

Método astrométrico

Esse método é muito legal! Ele faz a detecção indireta de um planeta através da movimento de uma estrela em torno de um ponto. Isso ocorre porque um planeta muito massivo, junto com a estrela, forma uma espécie de sistema binário, e por isso ele orbitam em volta de um centro de massa. Como o movimento da estrela é tão mais evidente quanto maior for a massa do planeta, esse método serve apenas para detectar objetos bastante massivos, como planetas gigantes gasosos (parecidos com Júpiter ou Saturno).

Nesta página da Universidade de Nebraska-Lincoln tem uma animação muito interessante sobre o efeito gravitacional de planetas muito massivos em estrelas: no caso, eles usam o nosso Sistema Solar como exemplo, basta você clicar no nome de um dos planetas para ver como fica a movimentação do Sol. Se você selecionar todos os planetas, vai ver como a trajetória do Sol em torno do centro de massa fica bem mais complicada.

Apesar de esse ser o método mais antigo usado para a pesquisa de exoplanetas, até hoje, infelizmente, não rendeu nenhum resultado. Que triste não?

Velocidade Radial

Esse método é parecido com o anterior, pois se baseia no mesmo princípio de uma estrela se mover em torno de um centro de massa. Mas neste caso, os astrofísicos estudam o comportamento da luz emitida pela estrela através do Efeito Doppler. Sabe quando passa uma ambulância perto de você e o som muda de agudo para grave? O mesmo acontece com a luz: quando uma estrela se dirige para você, ocorre o blueshift (sua luz fica um pouco mais “azulada”), e quando se afasta acontece o redshift (fica “avermelhada”); essas mudanças na frequência da luz emitida por uma estrela é detectável em equipamentos sofisticados.

O método da velocidade radial é o mais produtivo até hoje, com centenas de exoplanetas descobertos. Um deles orbita a estrela Pollux, na constelação de Gêmeos (facilmente visível a olho nu – a estrela, não o planeta!): este também recebeu um nome super-original: Pollux b. O legal é que como a estrela é uma gigante vermelha, é algo bastante distante da nossa realidade, sem contar que o planeta em si tem 2,3 a massa de Júpiter. Eu não consigo nem imaginar como ele é!

Pulsações de uma estrela de nêutrons

Esse é o método que mais me surpreendeu quando eu soube dele. Caso você tenha lido meus posts anteriores sobre evolução estelar, já deve saber o que é uma estrela de nêutrons. Caso contrário, saiba que este objeto é o resto de uma estrela muito massiva que explodiu em supernova. No caso deste método, o alvo são os pulsares, um tipo específico de estrela de nêutrons que possui um campo magnético muito intenso e emite pulsações de luz em intervalos de tempo absurdamente precisos (tanto quanto as vibrações de um átomo).

O ponto chave deste método é detectar variações na pulsação da estrela, o que significa que definitivamente tem um cachorro no meio desse mato. Normalmente isso ocorre quando um planeta forma uma sistema binário com pulsar, fazendo-o orbitar em volta de um centro de massa. O primeiro exoplaneta a ter sua descoberta reconhecida foi detectado por esse método, em 1992, na estrela de nêutrons PSR 1257+12.

Impressão artística de planetas orbitando o pulsar PSR 1257+12. Crédito: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (SSC)

O que tem de tão surpreendente em planetas em volta de um pulsar é que a estrela é o resto de uma explosão cataclísmica! Como o planeta sobreviveu a isso? Aliás, planetaS. Já são ao todo 4 descobertos nesse pulsar! Como seria “viver” em um sistema estelar como esse? É algo, literalmente, de outro mundo!

Trânsito

Esse é um dos métodos mais usados. Ele consiste em analisar a variação na luz emitida por uma estrela. Dependendo do padrão de variação, pode-se concluir se ele foi ou não causado pelo trânsito de um planeta, que ocorre quando este passa na frente da estrela, em relação à Terra.

Uma maneira interessante de se imaginar como funciona esse método é fazer o seguinte: quando estiver de noite, observe as luzes de um carro bem distante (mais ou menos 1 km) e de preferência parado em uma esquina. Se você notar uma variação na luminosidade das suas lanternas, é porque provavelmente algo passou na frente da luz, podendo ser uma pessoa ou outro objeto. O mesmo ocorre em detecção de exoplanetas: você nota a variação na luminosidade de uma estrela e pode inferir se o trânsito foi causado por um planeta ou não.

Existem mais de 1000 candidatos a exoplanetas que foram detectados por esse método. A missão Kepler, da NASA, tem seus olhos apontados para a constelação de Cisne, em busca de possíveis alvos.

Impressão artística do planeta Kepler-20e, orbitando a estrela Kepler-20, a 950 anos-luz daqui. Crédito: NASA/Ames/JPL-Caltech

Outros métodos

Existem vários, mas eles não são tão produtivos ou legais quanto esses que eu escrevi sobre. Entre eles, posso citar a microlente gravitacional (que usa distorções visuais causadas pela gravidade de estrelas massivas), polarimetria (a luz de estrelas não é naturalmente polarizada, e quando isso ocorre é porque provavelmente passou pela atmosfera de um planeta) e a contaminação de atmosferas estelares (causada pela colisão de asteróides ou outros corpos).

Se você quiser ajudar na descoberta de novos exoplanetas, eu recomendo que participe do Planet Hunters (em inglês).

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