Atualmente, 5.788 exoplanetas foram confirmados em 4.326 sistemas estelares, enquanto outros milhares de candidatos aguardam confirmação. Até agora, a grande maioria destes planetas foram gigantes gasosos (3.826) ou Super-Terras (1.735), enquanto apenas 210 foram “semelhantes à Terra” – ou seja, planetas rochosos semelhantes em tamanho e massa à Terra. Além do mais, a maioria destes planetas foram descobertos orbitando dentro de sistemas estelares do tipo M (anãs vermelhas), enquanto apenas alguns foram encontrados orbitando estrelas semelhantes ao Sol. No entanto, nenhum planeta semelhante à Terra orbitando dentro da zona habitável (HZ) de uma estrela semelhante ao Sol foi descoberto até agora.
Isto deve-se em grande parte às limitações dos observatórios existentes, que não foram capazes de resolver planetas do tamanho da Terra com períodos orbitais mais longos (200 a 500 dias). É aqui que entram em jogo os instrumentos da próxima geração, como a missão PLAnetary Transits and Oscillations of stars (PLATO). Esta missão, com lançamento previsto para 2026, passará quatro anos pesquisando até um milhão de estrelas em busca de sinais de trânsitos planetários causados por exoplanetas rochosos. Em um estudo recenteuma equipe internacional de cientistas considerou o que o PLATÃO provavelmente veria com base no que veria se observasse o próprio Sistema Solar.
O estudo foi liderado por Andreas F. Krennestudante de doutorado na Instituto de Pesquisa Espacial da Academia Austríaca de Ciências. Ele foi acompanhado por pesquisadores do Observatório Astronômico da Universidade de Genebra, Universidade Aix de Marselhao Laboratório de Astrofísica de Columbiao Instituto Leibniz de Astrofísica Potsdam (AIP), o Instituto de Astronomia da KU Leuveno Centro Nacional de Pesquisa Atmosféricae o Observatório Kanzelhöhe para Pesquisa Solar e Ambiental na Universidade de Graz. O artigo que descreve sua pesquisa apareceu recentemente na revista Astronomia e Astrofísica.
Como observam no seu estudo, um planeta semelhante à Terra orbitando dentro do HZ de uma estrela do tipo G seria um alvo principal para a procura de bioassinaturas. Estes incluem gás oxigénio, dióxido de carbono, metano, amónia e vapor de água na atmosfera, bem como indicações de fotossíntese que ocorre na superfície – ou seja, a borda vermelha da vegetação (VRE). Isto tem sido muito difícil para os telescópios, uma vez que os planetas semelhantes à Terra têm maior probabilidade de orbitar mais perto de estrelas semelhantes ao Sol, tornando difícil a obtenção de dados sobre as suas atmosferas utilizando imagens diretas ou espectros de transmissão.
Esta última técnica envolve a Fotometria de Trânsito (ou Método de Trânsito), onde os astrônomos medem a curva de luz de estrelas distantes para quedas periódicas no brilho. Muitas vezes, estes são o resultado de exoplanetas passando na frente da estrela (ou seja, transitando) em relação ao observador. Até à data, a grande maioria dos exoplanetas – mais de 4.300, ou 74,5% – foram confirmados através deste método. Quando as condições são adequadas, os astrónomos por vezes observam a luz à medida que atravessa a atmosfera do exoplaneta, que é então estudada utilizando espectrómetros para determinar a sua composição química.
Mas, como Krenn disse ao Universe Today por e-mail, este tem sido um desafio significativo para os astrônomos:
“A principal dificuldade são os pequenos sinais que tais planetas geram. Por exemplo, a amplitude da velocidade radial da Terra é de aproximadamente 0,1 m/s. Trata-se da velocidade de uma tartaruga gigante de Galápagos. Isso significa que se um observador distante quisesse ver o movimento do Sol em torno do centro de massa comum do sistema Terra-Sol, ele precisaria ver o Sol se mover à velocidade de uma tartaruga gigante de Galápagos, a anos-luz de distância.
“Da mesma forma, a quantidade relativa emitida pelo Sol que é bloqueada pela Terra quando um observador distante observa a Terra transitando pelo disco solar é de 84 partes por milhão, o que é 0,0084%. Portanto, um observador distante precisaria ver a luz daquela estrela sendo reduzida em 0,0084% para detectar a Terra.”
Além disso, Krenn acrescentou que os espectrógrafos existentes não são suficientemente precisos para medir sinais tão pequenos. Considerando que as missões de caça a exoplanetas, como a da ESA caracterizando o satélite ExOPlanets (CHEOPS) conseguiram obter espectros de exoplanetas em trânsito, foram necessários vários eventos de trânsito para alcançar esta precisão. Isto não é fácil quando se trata de planetas como a Terra, com períodos orbitais mais longos que se enquadram na faixa de 200 a 500 dias. Por último, os efeitos instrumentais e a variabilidade estelar podem ser ordens de magnitude maiores do que um sinal planetário.
Espera-se que isto mude consideravelmente com a próxima geração da ESA Trânsitos PLAnetários e oscilações de estrelas (PLATO) telescópio espacial. Esta missão contará com uma abordagem multitelescópica envolvendo 26 câmeras, incluindo 24 câmeras “normais” organizadas em 4 grupos e 2 câmeras “rápidas” para estrelas brilhantes. Estes instrumentos observarão continuamente a mesma área do céu durante pelo menos dois anos para detectar sinais de trânsito de planetas semelhantes à Terra em torno de análogos solares. Disse Krenn:
“O instrumento fotométrico do PLATO será preciso o suficiente para detectar o trânsito de um planeta semelhante à Terra orbitando uma estrela semelhante ao Sol usando um único evento de trânsito. Apoiados pelo seu programa de variabilidade estelar e pela campanha de acompanhamento terrestre, esperamos ser capazes de contabilizar corretamente as influências das fontes de ruído. Em suma, o PLATO utilizará a interdisciplinaridade da ciência dos exoplanetas num nível totalmente novo. Combinará fotometria de alta precisão, ferramentas atualizadas de análise de dados, um programa dedicado à variabilidade estelar e a sua própria campanha de acompanhamento terrestre.
“Especialistas de todas essas áreas trabalharão juntos para tentar tornar possível a detecção desses minúsculos sinais planetários. Além disso, o PLATO também utilizará uma estratégia de observação especial que lhe permitirá observar milhares de estrelas ao mesmo tempo e produzir 2 anos de dados fotométricos quase contínuos para cada uma delas.”
Para avaliar o que o PLATO poderá ver ao observar milhares de estrelas semelhantes ao Sol em busca de análogos da Terra, a equipe modelou o impacto da variabilidade solar de curto prazo usando o Sol como proxy. Isto consistiu em utilizar dados obtidos pelo Imageador heliossísmico e magnético (HMI) a bordo do NASA Observatório de Dinâmica Solarque observa o Sol continuamente desde 2010. Usando 88 dias consecutivos de observações HMI, eles injetaram sinais de trânsito e modelos de ruído semelhantes aos da Terra nos dados e simularam observações PLATO para cinco cenários e cinco magnitudes estelares.
Seus resultados mostraram que os sinais de trânsito podem ser detectados com confiabilidade com uma alta relação sinal-ruído para alvos brilhantes, mas ainda muito provável para alvos fracos. Eles descobriram ainda que a missão PLATO tem boas chances de medir com precisão e exatidão o tamanho de planetas semelhantes à Terra, um dos seus principais objetivos. Como Krenn explicou, estas descobertas podem ajudar a informar a missão PLATO e ajudar a encontrar os sinais dos análogos da Terra em meio a todo o ruído, embora seja necessário fazer muito trabalho para garantir que todas as fontes de ruído sejam contabilizadas:
“Na nossa análise, focamos apenas nos efeitos da variabilidade de curto prazo, que sabemos ser apenas uma das muitas fontes de ruído que afetarão as observações do PLATO. Vimos que mesmo contabilizar corretamente esse único tipo de ruído pode ser um desafio. A análise final dos dados PLATO precisará combinar simultaneamente uma variedade de modelos de ruído complexos para contabilizar corretamente todas as diferentes fontes de ruído. Acredito que nossa pesquisa mostrou que precisamos ter uma compreensão profunda das fontes de ruído individuais, mas, ao mesmo tempo, também precisamos aprender como combinar melhor todos os modelos individuais.”
Outros instrumentos da próxima geração, como o Telescópio Espacial James Webb (JWST), o Grande pesquisa de exoplanetas infravermelhos com sensoriamento remoto atmosférico (ARIEL) telescópio, e o Telescópio Espacial Romano Nancy Grace também permitirá a descoberta e caracterização de inúmeros exoplanetas usando o Método de Imagem Direta. Juntamente com os próximos observatórios terrestres, estas missões contarão com óptica avançada, coronógrafos e espectrómetros para localizar mais análogos da Terra e analisar as suas atmosferas e superfícies em busca de evidências de vida. Em breve, os astrónomos eliminarão termos como “potencialmente habitável” e serão capazes de dizer com confiança que um exoplaneta é “habitável” (e talvez até “habitado”!)
Leitura adicional: Astronomia e Astrofísica
