Nas últimas três décadas, o campo de estudos de planetas extra-solares avançou aos trancos e barrancos.

Até o momento, 4.903 planetas extra-solares foram confirmados em 3.677 sistemas planetários, com outros 8.414 candidatos aguardando confirmação. A natureza diversa desses planetas, variando de Super-Júpiter e Super-Terra a Mini-Netunos e Mundos de Água, levantou muitas questões sobre a natureza da formação e evolução dos planetas. Uma questão bastante importante é o papel e a semelhança dos satélites naturais, também conhecidos como. “exoluas”.

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Dado o número de luas no Sistema Solar, é inteiramente razoável supor que as luas são onipresentes em nossa galáxia. Infelizmente, apesar de milhares de exoplanetas conhecidos, ainda não há exoluas confirmadas disponíveis para estudo. Mas graças ao professor David Kipping da Universidade de Columbia e a uma equipe internacional de astrônomos, isso pode ter mudado. Em um estudo recente apoiado pela NASA, Kipping e seus colegas relatam a possível descoberta de uma exolua que encontraram enquanto examinavam dados do Telescópio Espacial Kepler.

A equipe de pesquisa incluiu membros do NASA Exoplanet Science Institute (NExScI) no Caltech, o NASA Ames Research Center, o Kavli Institute for Astrophysics and Space Research no MIT, o Mani Bhaumik Institute for Theoretical Physics da UCLA, o Institute for Particle Physics & Astrofísica no Instituto Federal Suíço de Tecnologia (ETH) Zurique e no Instituto de Astronomia e Astrofísica da Academia Sinica em Taipei. O artigo que descreve suas pesquisas e descobertas apareceu recentemente na revista Nature Astronomy.

Ilustração de um artista da espaçonave Kepler da NASA. Crédito da imagem: NASA/Kepler

O professor Kipping é conhecido por seu trabalho pioneiro em estudos de exoplanetas. Como líder do Cool Worlds Laboratory da Columbia University, ele e seus colegas passaram anos desenvolvendo métodos para o estudo e caracterização de exoplanetas. Kipping também é o principal investigador da Hunt for Exoloons with Kepler (HEK), uma campanha afiliada ao Harvard-Smithsonian Center of Astrophysics (CfA) que se dedica a encontrar evidências de exoluas nos dados da missão Kepler. Segundo Kipping:

“Os astrônomos tendem a ter dois sabores, aqueles que querem entender como o universo funciona e aqueles que querem saber se estamos sozinhos ou não. Em ambos os temas, as exoluas são muito promissoras. Quanto ao primeiro, eles fornecerão outros exemplos de como as luas se manifestam no Universo além de nossa costa cósmica. Quando olhamos para a Lua, por exemplo, nos perguntamos, sua formação foi (provavelmente através de um impacto gigante) um acaso de 1 em um trilhão, ou estamos olhando para o resultado inevitável da formação do planeta?"

“E neste último, as luas podem ser moradas frequentes para a vida, um tropo comum na ficção científica, é claro. Como um objetivo abrangente da NASA é entender o quão comuns são os mundos semelhantes à Terra, procurar luas é uma parte necessária disso, pelo que sabemos, eles podem, de fato, dominar as propriedades habitáveis no cosmos”.

A formação e evolução do único satélite natural da Terra, a Lua, está intimamente ligada à da própria Terra. De acordo com a Hipótese do Impacto Gigante, ambos se formaram após um objeto do tamanho de Marte (Theia) colidir com uma Terra primordial há cerca de 4,5 bilhões de anos. Além disso, alguns cientistas especulam que esse impacto gigante pode ser a razão pela qual a Terra é habitável hoje. Outra teoria diz que a Lua ajuda a manter o dínamo no interior da Terra, que gera o campo magnético que nos protege da radiação.

Por essas razões, Kipping e seus colegas estudaram sistemas de exoplanetas e trabalharam para criar meios para detectar exoluas. Um dos métodos que Kipping e seus colegas criaram para procurá-los é o Transit Timing Variations (TTV), onde as oscilações gravitacionais de um exoplaneta são interpretadas como a influência de exoluas (semelhante ao Método da Velocidade Radial). Outro método é procurar os trânsitos das próprias exoluas, o que está de acordo com a Fotometria de Trânsito (também conhecido como Método de Trânsito).

Em 2017, Kipping e a campanha HEK identificaram o candidato a exolua mais forte até hoje: Kepler-1625b-i. Usando Fotometria de Trânsito (também conhecido como Método de Trânsito) do Kepler, a equipe encontrou evidências de uma possível exolua do tamanho de Netuno (ou planeta duplo) orbitando uma estrela parecida com o Sol a 8.000 anos-luz da Terra. Um ano depois, eles apresentaram novas evidências obtidas pelo Telescópio Espacial Hubble que reforçaram suas descobertas anteriores. Em Kepler-1625b-i permaneceu a única exolua candidata, uma vez que são muito difíceis de detectar. Disse Kipping:

“As exoluas são difíceis de detectar porque se espera que sejam menores do que o seu planeta típico, tornando-as difíceis de encontrar e, além disso, seus sinais se misturam com o trânsito planetário, dificultando a separação. Existem muitos, muitos métodos para procurar exoluas. Mas, por uma questão de brevidade, acreditamos que os trânsitos são a abordagem mais eficaz, por isso são claramente muito bem-sucedidos para a descoberta de planetas e oferecem eventos repetíveis, permitindo que uma hipótese falsificável seja construída”.

Como observado, os satélites naturais são extremamente comuns em torno de gigantes de gás/gelo no Sistema Solar, todos os quais orbitam além da Linha Frost e são “moderados” (em oposição a Júpiteres quentes e Netunos). Portanto, parece lógico que o mesmo seja verdade para exoplanetas gigantes de gás/gelo. Isso levou Kipping e seus associados da HEK a examinar os dados do Kepler em busca de possíveis indicações de exoluas fazendo trânsitos junto com seus exoplanetas pais.

A concepção de um artista de uma exolua habitável. Crédito da imagem: NASA

“Nós especulamos que Júpiteres quentes são improváveis, por exemplo, uma vez que se acredita que eles migrem para o interior, o que seria perigoso para a sobrevivência da lua”, disse Kipping. “Em nosso trabalho, apostamos [teorizamos] que gigantes moderados eram o melhor lugar para procurar, mas isso era uma aposta. Foi motivado pelos planetas gigantes externos que têm uma abundância de luas e os tamanhos reduzidos das esferas de Hill que ocorrem para planetas próximos”.

Para testar ainda mais essa hipótese, Kipping e sua equipe examinaram dados de arquivo obtidos pelo Kepler para trânsitos de gigantes gasosos frios com cerca de duas vezes o tamanho de Júpiter e períodos orbitais de mais de 400 dias. Depois de eliminar qualquer objeto com menos de dois trânsitos (e provavelmente falsos positivos), isso gerou uma amostra de 73 exoplanetas. Eles então analisaram a amostra com base em um modelo de planeta + lua para um modelo apenas de planeta para ver onde um sinal de planeta + lua era fortemente favorecido. No final, Kepler-1708b foi o candidato mais forte.

“Foi o único objeto que passou em todos os testes que pudemos imaginar”, disse Kipping. “A melhor maneira de descrevê-lo é que é um sinal de trânsito para o qual o modelo astrofísico mais adequado é um modelo planeta + lua, e não podemos encontrar razões para descartar essa hipótese após uma bateria de testes de verificação”.

Claro, esta pesquisa ainda está em seu início, e Kipping e seus colegas reconhecem que é necessário tempo para desenvolver seus métodos e refinar suas técnicas. “Estou otimista de que podemos aproveitar esses sucessos para eventualmente encontrar luas ainda menores para as quais provavelmente teremos menos desconforto com sua natureza à medida que convergem cada vez mais para as luas que encontramos em nosso Sistema Solar”, resume Kipping.

Impressão artística da visão de uma lua hipotética em torno de um exoplaneta orbitando um sistema estelar triplo. Crédito da imagem: NASA

Além disso, a pesquisa de exoplanetas e exoluas se beneficiará consideravelmente no futuro próximo, à medida que observatórios de próxima geração, como os telescópios espaciais James Webb e Nancy Grace Roman, se tornarem disponíveis. Agora que o James Webb finalmente foi lançado e implantou seus espelhos e escudo térmico, os astrônomos antecipam que ele fará suas primeiras imagens em apenas seis meses. Enquanto isso, telescópios terrestres como o Extremely Large Telescope (ELT) e o Giant Magellan Telescope (GMT) também restringirão a busca por exoluas.

Usando seus conjuntos avançados de espelhos primários gigantes, espectrômetros, coronógrafos e óptica adaptativa, esses observatórios realizarão estudos de imagem direta de exoplanetas. Planetas rochosos particularmente menores que orbitam mais perto de suas estrelas, onde se espera que planetas semelhantes à Terra sejam encontrados. Esses recursos avançados também podem detectar as fracas assinaturas de luz causadas por exoluas em órbita.

Mais informações:

• Leitura adicional: Nature Astronomy

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Referência:

WILLIAMS, Matt. A Moon Might Have Been Found Orbiting an Exoplanet. Universe Today, 17, jan. 2022. Disponível em: <https://www.universetoday.com/154027/a-moon-might-have-been-found-orbiting-an-exoplanet/>. Acesso em: 17, jan. 2022.