Os humanos há muito especulam sobre a existência de outros mundos, com a ideia levantada pela primeira vez pelos filósofos da Grécia Antiga e recorrente durante a Idade Média e o Renascimento.

As impressões do artista representadas nesta montagem imaginam alguns dos diferentes tipos de exoplanetas e suas estrelas hospedeiras que podem ser estudados por Quéops. Crédito da imagem: ESA

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As pesquisas por exoplanetas começaram para valer em meados do século XX. A primeira descoberta inequívoca de um exoplaneta orbitando uma estrela como o nosso Sol, em 1995, mudou completamente nossa perspectiva sobre o Sistema Solar. Um planeta gigante com uma massa de cerca de metade da de Júpiter, posteriormente denominado 51 Pegasi b, foi encontrado orbitando sua estrela hospedeira em pouco mais de quatro dias. A presença de um planeta tão massivo em uma órbita tão curta, muito mais perto de sua estrela do que Mercúrio está do nosso Sol, foi completamente inesperada e não se encaixava em nossa compreensão da formação de planetas.

Os exoplanetas podem ser detectados medindo-se a 'oscilação' no movimento de sua estrela causada pela atração gravitacional de um planeta enquanto o planeta e a estrela orbitam em torno de um centro de massa comum. Quando vista de longe, a estrela parece mover-se para perto e para longe do observador. Este movimento faz com que a luz da estrela pareça ligeiramente mais azul quando se move em direção ao observador e ligeiramente mais vermelha quando se afasta. Essa mudança na frequência é conhecida como efeito Doppler, o mesmo efeito que a mudança no tom de uma sirene de ambulância quando ela passa por você. A maioria das primeiras descobertas de exoplanetas foi feita usando o chamado método da velocidade radial. Crédito da imagem: ESA

Velocidade radial

51 Pegasi b foi encontrado usando um observatório baseado em terra, identificando 'oscilações' no movimento de sua estrela. Essas oscilações são causadas pela atração gravitacional de um planeta enquanto o planeta e a estrela orbitam em torno de um centro de massa comum. Quando vista de longe, a estrela parece mover-se para perto e para longe do observador. Este movimento faz com que a luz da estrela pareça ligeiramente mais azul quando se move em direção ao observador e ligeiramente mais vermelha quando se afasta. Essa mudança na frequência é conhecida como efeito Doppler, o mesmo efeito que a mudança no tom de uma sirene de ambulância quando ela passa por você. A maioria das primeiras descobertas de exoplanetas foi feita usando o chamado método da velocidade radial.

Os exoplanetas em trânsito são detectados quando passam na frente - em trânsito - de sua estrela hospedeira, causando um mergulho na luz das estrelas, visto do ponto de vista do observador. O trânsito se repete, com o intervalo de tempo dependendo do tempo que o exoplaneta leva para orbitar sua estrela. Por exemplo, um observador de nosso próprio Sistema Solar teria que esperar um ano para ver uma repetição da Terra transitando no Sol. Crédito da imagem: ESA

Trânsitos

As primeiras detecções usando fotometria de trânsito foram feitas em 1999. Exoplanetas 'em trânsito' são detectados quando passam na frente de (trânsito) sua estrela hospedeira, causando um mergulho na luz das estrelas visto do ponto de vista do observador. O trânsito se repete, com o intervalo de tempo dependendo do tempo que o exoplaneta leva para orbitar sua estrela. Por exemplo, um observador de nosso próprio Sistema Solar teria que esperar um ano para ver uma repetição da Terra transitando no Sol.

A imagem direta depende da medição da luz do próprio exoplaneta. Isso é particularmente desafiador em comprimentos de onda ópticos, porque o planeta relativamente escuro pode ser perdido no brilho da estrela hospedeira muito mais brilhante. Crédito da imagem: ESA

Imagem direta

A grande maioria dos exoplanetas confirmados foi descoberta usando os dois métodos acima. Um método menos comum é a imagem direta, que se baseia na medição da luz do próprio exoplaneta. Isso é particularmente desafiador em comprimentos de onda ópticos, porque o planeta relativamente escuro pode ser perdido no brilho da estrela hospedeira muito mais brilhante. No entanto, foram desenvolvidos instrumentos que bloqueiam a luz da estrela, e mais de 40 planetas foram detectados dessa forma.

A microlente depende do alinhamento casual de duas estrelas com um observador. Conforme uma estrela se cruza atrás da outra, a estrela mais próxima age como uma lente, dobrando a luz para que o brilho aumente e diminua suavemente. Se um planeta estiver presente ao redor da estrela mais próxima, sua gravidade também dobrará o fluxo de luz, causando um pico. Crédito da imagem: ESA

Microlente

A microlente depende do alinhamento casual de duas estrelas com um observador. Conforme uma estrela se cruza atrás da outra, a estrela mais próxima age como uma lente, dobrando a luz para que o brilho aumente e diminua suavemente. Se um planeta estiver presente ao redor da estrela mais próxima, sua gravidade também dobrará o fluxo de luz, causando um pico. Mais de 70 planetas foram detectados por este método, mas as detecções não podem ser repetidas.

Alguns planetas também foram encontrados usando outras técnicas, incluindo a cronometragem do pulsar. Combinando os resultados de observações e levantamentos usando diferentes técnicas, somos capazes de construir uma imagem representativa da diversidade de exoplanetas e sistemas planetários.

Movendo-se para o espaço

O que realmente abriu as comportas para a descoberta de exoplanetas foi o uso de telescópios baseados no espaço. Além de estarem livres dos distúrbios causados pela visão através da atmosfera da Terra, os satélites oferecem uma visibilidade mais contínua na linha de visão da estrela-alvo e observações ininterruptas.

Um dos primeiros telescópios espaciais sensíveis a exoplanetas foi a missão de Convecção, Rotação e Trânsitos planetários liderada pelo CNES, CoRoT (2006–13). Os dois objetivos da missão eram pesquisar planetas extrasolares com períodos orbitais curtos (de dias ou mesmo horas) e medir as oscilações das estrelas. Usando o método de trânsito, o CoRoT descobriu 37 exoplanetas até agora, incluindo o primeiro planeta rochoso confirmado (embora orbitasse muito perto de sua estrela para ser habitável!). Mais pode ser descoberto durante a análise de dados pós-missão.

Astrometria é o método que detecta o movimento de uma estrela fazendo medições precisas de sua posição no céu. Essa técnica também pode ser usada para identificar planetas ao redor de uma estrela medindo pequenas mudanças na posição da estrela conforme ela oscila em torno do centro de massa do sistema planetário. Crédito da imagem: ESA

NASA ‘s 2009 missão Kepler foi uma máquina de descoberta de exoplanetas, respondendo por quase três quartos de todas as descobertas de exoplanetas até à data. Ele olhou para um pedaço fixo do espaço por mais de quatro anos, monitorando mais de 150.000 estrelas fracas e descobrindo milhares de exoplanetas. Embora olhasse apenas para uma pequena área do espaço, a grande quantidade de descobertas deu uma indicação do vasto número de exoplanetas que devem existir em nossa Galáxia.

A mais recente adição à frota de caça de exoplanetas é o Transiting Exoplanet Survey Satellite, da NASA, Tess, lançado em abril de 2018. É uma missão para todo o espaço com o objetivo principal de detectar pequenos planetas com brilhantes estrelas hospedeiras.

Embora não sejam caçadores de planetas dedicados, os observatórios espaciais com objetivos de missões completamente diferentes também contribuíram para estudos de exoplanetas. Por exemplo, o telescópio espacial Hubble da NASA/ESA, que foi projetado e lançado bem antes dos exoplanetas serem conhecidos por serem comuns, pode ser usado para fazer medições de trânsito e pode até discernir alguns detalhes da atmosfera dos planetas. Da mesma forma, o telescópio espacial infravermelho da NASA, Spitzer, contribuiu, estudando as mudanças na luz infravermelha durante o trânsito de um exoplaneta.

A missão Gaia da ESA, através do seu levantamento sem precedentes de toda região da posição, brilho e movimento de mais de um bilhão de estrelas, está gerando um grande banco de dados astrométrico a partir do qual exoplanetas serão encontrados, seja através de mudanças observadas na posição de uma estrela no espaço devido há planetas orbitando ao seu redor, ou por uma queda em seu brilho quando um planeta passa por sua face.

Descobrir um exoplaneta é apenas o começo. Telescópios espaciais dedicados são necessários para acompanhar o catálogo cada vez maior e começar a caracterizar esses mundos intrigantes a fim de compreender seu lugar no Universo. Para este fim, a ESA planeja lançar três satélites exoplaneta dedicados na próxima década, cada um abordando um aspecto único da ciência dos exoplanetas: Cheops, Platão e Ariel.

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Referência:

Astronomy & Astrophysics: How To Find an Exoplanet. SciTechDaily, 16, nov. 2021. EUROPEAN SPACE AGENCY (ESA). Disponível em: <https://scitechdaily.com/astronomy-astrophysics-how-to-find-an-exoplanet/>. Acesso em: 18, nov. 2021.