Opinião

Os exoplanetas ainda estão por aí - um novo modelo diz aos astrônomos onde procurar mais usando 4 variáveis ​​simples
Exoplanetas - mundos ao redor de outras estrelas - há muito tempo são a base da ficção científica, mas permaneceram inacessíveis a investigações científicas.
Por Daniel Apai e Jeremy Dietrich - 10/11/2020


Um mapa estelar de Alexander Jamieson de 1822 mostrando a constelação de Cetus, o monstro marinho. Cetus está localizado na região do céu conhecida como Água, junto com outras constelações aquosas, como Aquário, Peixes e Eridano. Buyenlarge / Getty Images

A apenas 12 anos-luz da Terra, Tau Ceti é a estrela mais próxima semelhante ao Sol e a favorita de todos os tempos nas histórias de ficção científica. Mundos habitáveis ​​orbitando Tau Ceti eram destinos de naves fictícias como Nauvoo de “The Expanse” e a nave de “Barbarella”. O capitão Picard de “Star Trek” também frequentava um bar exótico no sistema. Agora, graças a uma nova abordagem para analisar sistemas planetários próximos, temos uma compreensão mais profunda dos mundos reais que orbitam Tau Ceti e muitas outras estrelas próximas.

Exoplanetas - mundos ao redor de outras estrelas - há muito tempo são a base da ficção científica, mas permaneceram inacessíveis a investigações científicas. Tudo isso mudou na última década, quando os telescópios espaciais de caçadores de exoplanetas Kepler e TESS da NASA adicionaram milhares de novos planetas à pequena contagem de mundos estranhos.

Nós, astrofísicos e pesquisadores de exoplanetas do  Observatório e Laboratório Lunar e Planetário da Universidade do Arizona , e membros da rede de coordenação de pesquisa de exoplanetas NExSS da NASA, há muito que somos fascinados pelos segredos que sistemas planetários inexplorados podem conter.

Agora desenvolvemos uma nova maneira de descobrir se há planetas ainda não descobertos nesses sistemas. Percebemos que, combinando o que se sabe sobre um determinado sistema planetário com regras estatísticas simples, podemos prever onde os planetas ainda não detectados podem residir e quão grandes eles podem ser - assim como adivinhar quais peças estão faltando em um quebra-cabeça parcialmente concluído. A nova análise pode guiar descobertas de novos planetas, ajudar a completar mapas de sistemas planetários na vizinhança solar e informar pesquisas futuras por vida.


A constelação de Cetus. Tau Ceci está circulado. IAU e Sky & Telescope
(imagem alterada para adicionar legenda) , CC BY

Construindo sistemas com Dynamite

Nosso modelo, apelidado de Dynamite , combina quatro ingredientes para prever mundos ocultos. Primeiro, o Dynamite considera as localizações e tamanhos de todos os planetas atualmente conhecidos em um determinado sistema . Em geral, quanto mais planetas forem conhecidos no sistema, mais fácil será prever se algum está faltando. A segunda consideração é saber que os planetas têm maior probabilidade de estar mais próximos da estrela do que mais distantes. O Dynamite usa uma descrição matemática - construída através de estudos estatísticos de milhares de exoplanetas conhecidos - de quão longe de seus planetas estelares hospedeiros provavelmente estarão.

Embora os planetas provavelmente estejam mais próximos de suas estrelas hospedeiras, eles não podem estar todos juntos. Todos os planetas se atraem por meio da gravidade, que é muito mais forte quando os planetas estão mais próximos. Assim, os planetas que estão muito próximos distorcerão as órbitas uns dos outros, muitas vezes levando a interações caóticas e até mesmo a ejeção de um dos planetas de seus sistemas de nascimento. Este critério de estabilidade é o terceiro elemento importante que o Dynamite usa para prever a arquitetura do sistema planetário.

O quarto componente é um padrão matemático no comprimento das órbitas de planetas adjacentes ( algumas configurações são mais prováveis ​​do que outras ). Juntos, o Dynamite tenta construir modelos de sistemas planetários semelhantes aos sistemas planetários reais, com uma coleção compacta e estável de planetas orbitando suas estrelas hospedeiras.

Não tínhamos certeza se uma receita relativamente simples poderia ser usada para prever com sucesso os planetas perdidos. Para testar o Dynamite, demos a ele alguns sistemas multiplanetários conhecidos com uma variação: em cada sistema, escondemos um ou dois dos planetas conhecidos do algoritmo. Nos casos testados, o Dynamite previu com sucesso se um ou dois planetas estão faltando e onde esses planetas poderiam estar, e pode até mesmo adivinhar seus tamanhos corretamente.

Hoje, o Dynamite pode ser testado apenas em sistemas com órbitas planetárias semelhantes à da Terra ou menores. Isso porque não temos dados sobre os sistemas planetários externos, então ainda não podemos detectar planetas distantes - o equivalente a Netuno. Mais dados permitirão que as quatro regras do Dynamite para a construção de um sistema planetário sejam refinadas e suas previsões melhoradas. Ainda assim, nossas previsões para mais de 50 sistemas planetários parcialmente explorados, descobertos pelo telescópio espacial TESS da NASA, já estão guiando a busca por mundos ocultos.

Procurando por vida em sistemas próximos

Os planetas mais emocionantes para prever e caçar serão os mais próximos de nós - os mundos que provavelmente iremos visar em futuras buscas por assinaturas de vida extraterrestre.

Em nosso estudo mais recente , aplicamos Dinamite ao sistema Tau Ceti parcialmente explorado, onde quatro planetas já são conhecidos . Sinais fracos indicando a presença potencial de vários outros candidatos a planetas também foram relatados , mas sua presença não foi verificada .

Com base em nosso modelo, prevemos que três dos candidatos a planetas são planetas reais. Além do mais, prevemos que existe outro mundo, ainda invisível. Este novo planeta, que chamamos de Tau Ceti PxP-4, é particularmente excitante porque está dentro da zona temperada de Tau Ceti - a região ao redor da estrela onde um planeta semelhante à Terra seria habitável. Nossa análise mostra que PxP-4 pode ser um planeta gasoso, semelhante ao nosso Netuno, mas menor e mais quente. Descobrimos, no entanto, que PxP-4 é mais provável que seja um planeta rochoso, embora maior que a Terra.

Esse mundo pode ser detectado nos próximos anos com os mais novos instrumentos de caça a planetas e, se confirmado, seria um alvo principal para futuras buscas por vida. E, talvez - um dia no futuro distante - o PxP-4 de Tau Ceti possa até ser o lar de um bar exótico popular entre os oficiais da Frota Estelar.

As opiniões expressas neste artigo são de responsabilidade exclusiva do(s) autor(es), não refletindo necessariamente a posição institucional do maisconhecer.com


Daniel Apai
Professor Associado de Astronomia e Ciências Planetárias, Universidade do Arizona

Jeremy Dietrich
Estudante de Graduação em Astronomia, Universidade do Arizona

 

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