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Astrônomos brasileiros descobriram indícios de super-Netuno e super-Terra em estrela gêmea do Sol

O que se encontrou ao redor de estrela gêmea do Sol, identificada por HIP 68468, foi um sistema planetário bem diferente deste que nos abriga. Apesar de as massas dos exoplanetas recém-descobertos serem maior que a de seus similares no Sistema Solar, os exoplanetas orbitam sua estrela a distâncias muito menores.

A equipe liderada pelo astrônomo Jorge Melendez, professor do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas da Universidade de São Paulo (IAG-USP), também encontra evidências de planeta devorado por sua estrela. A estrela muito parecida com o Sol está localizada a 300 anos-luz de distância da Terra na direção da constelação de Centaurus. Ela faz parte das 63 gêmeas solares que estão sendo observadas pela equipe para a detecção de exoplanetas.

Uma equipe internacional de cientistas liderada pela USP descobriu dois novos exoplanetas – uma super-Terra e um super-Netuno – em órbitas muito próximas à sua estrela mãe, uma gêmea do Sol. No passado, essa estrela deve ter abrigado mais planetas, pois apresenta evidências de ter engolido material rochoso.

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O grupo de pesquisadores, liderado pelo astrônomo Jorge Melendez, observou a HIP 68468, uma estrela muito parecida ao Sol, durante 43 noites entre 2012 e 2016. As observações utilizaram o HARPS, um sofisticado instrumento para a detecção de exoplanetas que está acoplado ao telescópio de 3,6m do Observatório Europeu do Sul (ESO) no Observatório La Silla, na periferia do deserto do Atacama.

O super-Netuno e a super-Terra

Uma análise detalhada das observações levou à detecção de HIP 68468c, um planeta com 26 vezes a massa da Terra. Isso equivale a um planeta com massa 50% maior à de Netuno, ou seja, um super-Netuno. No entanto, enquanto Netuno orbita o Sol a 30 vezes a distância Terra-Sol, o HIP 68468c orbita a sua estrela a apenas 0,7 vezes a distância Terra-Sol, ou seja, a 70% da distância entre Terra e Sol. O super-Netuno não poderia ter se formado tão perto da sua estrela, e deve ter migrado de uma região externa para a zona interna do sistema planetário.

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Além da descoberta do super-Netuno, a equipe encontrou fortes indícios de uma super-Terra orbitando a apenas 0,03 vezes a distância Terra-Sol, ou seja, com órbita 10 vezes menor que a de Mercúrio, o planeta mais interno do Sistema Solar. A super-Terra, identificada por HIP 68468b, deve ter 3 vezes a massa da Terra, mas a equipe de astrônomos continuará as observações para confirmar sua detecção porque existe 2% de probabilidade de alarme falso.

HIP 68468 pode ter devorado um planeta

Os pesquisadores também descobriram que a gêmea solar HIP 68468 apresenta um excesso do elemento lítio. Esse elemento é destruído em estrelas como o Sol, mas a HIP 68468 apresenta um conteúdo de lítio 4 vezes maior ao esperado para a sua idade (6 bilhões de anos). Planetas preservam o lítio pois suas temperaturas não são altas o suficiente para destruir esse elemento. Por isso, se um planeta é engolido por sua estrela, pode causar um aumento significativo do lítio na atmosfera da estrela.

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Outra evidência de que a HIP 68468 devorou um planeta é que a estrela apresenta um excesso de elementos refratários, que são abundantes em planetas rochosos do sistema solar ou no núcleo de planetas gigantes gasosos. A modelagem do excesso de lítio e de elementos refratários indica que a gêmea solar deve ter engolido uma super-Terra com 6 vezes a massa da Terra.

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O excesso de lítio observado em HIP 68468 sugere que essa estrela deve ter engolido uma super-Terra seis vezes mais massiva que a Terra – Crédito: Jorge Melendez, IAG/USP

De acordo com o professor Jorge Melendez, cerca de 15% de estrelas gêmeas do Sol estudadas apresentam excesso de lítio. “Isso sugere que cerca de 15% das estrelas como o Sol devem ter devorado planetas”, explica.

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A gêmea solar HIP 68468 no centro da imagem. Crédito: The STScI Digitized Sky Survey.

Mesmo os exoplanetas recém-descobertos, não estão a salvo do apetite devorador da estrela HIP 68468. Por estarem muito perto dela, a super-Terra e o super-Netuno podem ter sua órbita desestabilizada caso a estrela gêmea do Sol aumente um pouco seu tamanho – e isso fatalmente vai acontecer, já que as estrelas aumentam seu tamanho conforme vão ficando mais velhas.

Melendez acredita que estudar sistemas planetários como este, nos quais existe a migração de planetas para áreas mais internas do sistema, ajuda a entender como se deu a dinâmica do nosso próprio sistema solar. Uma das apostas dos astrônomos para que migrações como essas verificadas no sistema planetário de HIP 68468 não aconteceram aqui no Sistema Solar é que Júpiter atuaria com uma barreira gravitacional, não permitindo que planetas gigantes exteriores migrassem para órbitas mais internas. Já no sistema planetário recém-descoberto, não existe um planeta com o porte de Júpiter que atuasse como limite.

“Isso reforça o papel importante que Júpiter desempenha para manter a arquitetura planetária do Sistema Solar, com planetas rochosos na parte interna e gigantes na externa”, informou Melendez, segundo o portal de notícias G1.

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O espectrógrafo HARPS

Um espectrógrafo é o equipamento que realiza um registro fotográfico de um espectro luminoso. O equipamento HARPS do ESO, instalado no telescópio do Observatório de La Silla, no Chile, é um equipamento desse tipo. Como estamos tão longe das estrelas, não podemos ver seus exoplanetas diretamente. Em vez disso o HARPS (High Accuracy Radial Velocity Planet Searcher) detecta oscilações mínimas no movimento das estrelas. As estrelas e seus exoplanetas estão unidos pela gravidade, assim, um exoplaneta orbita sua estrela mãe distante, assim como os planetas do Sistema Solar orbitam o Sol. Mas um planeta em órbita em torno de uma estrela exerce sua própria atração suave sobre a estrela, de modo que o centro orbital do sistema planeta-estrela é um pouco afastado do centro da própria estrela, e a própria estrela orbita sobre este ponto – o que podemos detectar como um pequeno movimento regular da estrela de um lado para outro. Este “puxão” entre qualquer estrela e seus exoplanetas pode ser visto (ou melhor, medido) pelo HARPS, com uma precisão incrível. O es capta pequenas mudanças na velocidade radial da estrela (ou seja, ao longo da linha de visão), que pode ser tão pequena quanto um ritmo de um caminhada suave de 3,5 km/h.

The HARPS spectrograph during laboratory tests. The vacuum tank is open so that some of the high-precision components inside can be seen. The large optical grating by which the incoming stellar light is dispersed is visible on the top of the bench ; it measures 200 x 800 mm.

Foto do equipamento HARPS, um espectrógrafo do ESO instalado no Observatório de La Silla, no Chile, frequentemente referido pelos astrônomos como “O caçador de exoplanetas”. Crédito: ESO

Devido ao efeito Doppler, esta mudança na velocidade radial da estrela induz um deslocamento do espectro de ondas eletromagnéticas da estrela para comprimentos de ondas maiores à medida que o planeta se afasta (o chamado “redshift” ou “desvio para o vermelho”) e uma mudança para comprimentos de onda mais curtos (ou “blueshift” ou “desvio para o azul”) à medida que o planeta se aproxima.

Este pequeno deslocamento nas linhas espectrais da estrela pode ser medido com um espectrógrafo de alta precisão como HARPS e usado para inferir a presença de um planeta nas proximidades da estrela. Por exemplo, em 2011 a equipe do HARPS relatou a descoberta de 50 exoplanetas, incluindo 16 super-Terras novas (com uma massa entre uma e dez vezes a da Terra). O HARPS, naquela época, era responsável por dois terços de todos os exoplanetas conhecidos com massas menores que a de Netuno, tendo sido ele o responsável por encontrar o primeiro planeta em torno de uma estrela muito semelhante ao Sol, em 2014, e, graças às observações com este instrumento, os astrônomos calcularam que existem bilhões de planetas rochosos nas zonas habitáveis de anãs vermelhas na Via Láctea.

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O astrônomo da USP informa que “O projeto a médio e a longo prazo é procurar um planeta gêmeo da Terra. Isso vai ser possível muito em breve porque tem um instrumento no ESO que vai ter tecnologia suficiente para poder detectar esse tipo de planeta. Atualmente nosso limite são planetas com massa de 2 ou 3 vezes a da Terra”, segundo o site G1.

A participação brasileira no ESO

O ESO – European Southern Observatory ou Observatório Europeu do Sul, é um organização intergovernamental de pesquisa de ponta em astronomia, composta e financiado por dezesseis países, cuja ratificação pendente são de Brasil e Polônia. O ESO é responsável pela construção e operação dos maiores e mais tecnologicamente avançados telescópios baseados em terra do mundo.

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O Brasil assinou a adesão ao ESO em dezembro de 2010; em março de 2015 a Câmara aprovou a participação brasileira no ESO, contudo o projeto ainda tramita no Senado e, para ser válida a adesão do Brasil ao consórcio de pesquisa, o acordo ainda necessita ser votado e aprovado nessa casa legislativa. Caso a participação brasileira ESO estivesse sido ratificada, um investimento de cerca de 270 milhões de euros (ou cerca de R$970 milhões) os pesquisadores brasileiros teriam a oportunidade de acesso a telescópios e instrumentos de observação de primeiríssima linha instalados no deserto do Atacama, Chile. Segundo astrônomos, este seria um bom investimento na ciência brasileira.

Além dos quatro observatórios do ESO em operação, que são o APEX, La Silla, VLT e ALMA, está em construção o quinto: o E-ELT (sigla para “European Extremely Large Telescope” ou “Telescópio Europeu Extremamente Grande”), que deverá ser o maior telescópio óptico/infravermelho do mundo. (O FAST, o observatório chinês inaugurado neste ano é um radiotelescópio, uma categoria diferente do E-ELT, portanto.)

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Representação artística do European Extremely Large Telescope (E-ELT), em construção. Com seu espelho de 39m de diâmetro, o E-ELT será o maior telescópio ótico/infravermelho do mundo.

Apesar da não ratificação do governo do Brasil ao acordo de participação no ESO, os astrônomos podem pleitear o uso dos instrumentos de pesquisa. Contudo, com até o momento o país não pagou a conta para essa participação de brasileiros na operação dos equipamentos do ESO para suas pesquisa, requisição desse tipo costumam causar um mal-estar na comunidade científica internacional.

Além de Melendez, a equipe internacional de pesquisadores inclui Sylvio Ferraz-Mello, Jhon Yana-Galarza, Leonardo dos Santos, Lorenzo Spina (IAG), Marcelo Tucci Maia (LNA), Alan Alves-Brito (UFRGS), Megan Bedell, Jacob Bean (University of Chicago), Ivan Ramirez (University of Texas at Austin), Martin Asplund, Luca Casagrande (The Australian National University), Stefan Dreizler (University of Göttingen), Hong-Liang Yan, Jian-Rong Shi (Chinese Academy of Sciences), Karin Lind (Max Planck Institute for Astronomy) e TalaWanda Monroe (Space Telescope Science Institute).

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Paper da pesquisa:

“The Solar Twin Planet Search. V. Close-in, low-mass planet candidates and evidence of planet accretion in the solar twin HIP 68468”. arXiv:1610.09067 (https://arxiv.org/abs/1610.09067)
Fonte: Jornal da USP

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