Tecnologia Científica

Planetas gigantes encontrados nos subúrbios estelares
O censo planetário ilumina onde planetas gigantes tendem a residir em relação a suas estrelas
Por Whitney Clavin - 31/05/2021


Os três telescópios usados ​​no California Legacy Survey, da esquerda para a direita, são: o telescópio Shane, o Automated Planet Finder, ambos no Lick Observatory, e o WM Keck Observatory. Crédito: Laurie Hatch (Observatório Lick) / Rick Peterson (Observatório WM Keck)

Na vizinhança que constitui nosso sistema solar, os planetas gigantes - Júpiter e Saturno - residem nas regiões frias externas, enquanto planetas menores tendem a orbitar mais perto do sol. Nosso planeta Terra vive em uma zona tropical intermediária bem adequada para a vida. Os caçadores de planetas há muito se perguntam: esse mesmo tipo de configuração planetária é comum em torno de outras estrelas em toda a nossa galáxia ou somos únicos?

A melhor maneira de descobrir é fazer um censo dos habitantes planetários da galáxia. Os astrônomos começaram esse censo, chamado California Legacy Survey, há mais de três décadas, e agora estão divulgando um novo lote de resultados. Um padrão que emergiu dos dados é que planetas gigantes tendem a residir cerca de 1 a 10 unidades astronômicas (UA) de suas estrelas hospedeiras, uma região principalmente gelada localizada além da zona temperada de uma estrela. Uma UA é definida como a distância da Terra ao nosso sol, ou cerca de 93 milhões de milhas.

Isso é semelhante ao que vemos em nosso próprio sistema solar: a órbita da Terra a 1 UA, Júpiter está situado a cerca de 5 UA e Saturno a 9 UA.

"Estamos começando a ver padrões em outros sistemas planetários que fazem nosso sistema solar parecer um pouco mais familiar", disse o professor de astronomia da Caltech, Andrew Howard .

Em nosso sistema solar, também temos planetas um pouco menores que Júpiter e Saturno, Urano e Netuno, que estão localizados além de Saturno. O California Legacy Survey não é sensível a planetas nessa faixa de tamanho e a essa distância.

"Embora não possamos detectar planetas menores semelhantes a Netuno e Urano que estão muito distantes de suas estrelas, podemos inferir que os grandes gigantes gasosos como Júpiter e Saturno são extremamente raros nas regiões ultraperiféricas da maioria dos sistemas exoplanetários", explica BJ Fulton , um cientista da equipe do centro de astronomia IPAC da Caltech.

A nova pesquisa é relatada em dois artigos de periódicos aceitos para publicação no The Astrophysical Journal Supplement . Lee Rosenthal (MS '18), um estudante de graduação que trabalha com Howard, é o autor principal de um estudo, e Fulton é o autor principal do segundo artigo.

Nos primeiros dias da caça ao planeta, no final da década de 1990 e início de 2000, não estava claro se os planetas que orbitam outras estrelas, chamados exoplanetas, estavam alinhados de forma semelhante ao nosso sistema solar, com pequenos planetas rochosos no interior e planetas gigantes nas regiões externas, ou se o oposto fosse verdadeiro. Na verdade, começaram a se acumular evidências de que os exoplanetas não compartilhavam nossa mesma arquitetura, pois cada vez mais planetas gigantes e empolados, conhecidos como "Júpiteres quentes", foram descobertos orbitando muito perto de suas estrelas.

"Os Júpiteres quentes eram presas fáceis naquela época", diz Rosenthal, "mas as primeiras pesquisas eram tendenciosas e não obtinham o quadro completo." Como Júpiteres quentes giram em torno de suas estrelas e são massivos, eles podem ser facilmente detectados usando o método de caça a planetas de velocidade radial, no qual a "oscilação" de uma estrela é detectada quando um planeta circula e puxa a estrela , puxando para frente e para trás.

Para obter uma imagem mais completa de outros sistemas estelares, os astrônomos precisaram de mais tempo. Os planetas externos fazem viagens muito mais longas em torno de suas estrelas; apenas um puxão em uma estrela pode durar décadas. Para referência, Júpiter gira nosso Sol a cada 12 anos, enquanto Saturno vagueia em um ritmo ainda mais lento e completa uma órbita a cada 29 anos.

É aí que entra a Pesquisa do Legado da Califórnia. Ela tem observado 719 estrelas semelhantes ao Sol por mais de três décadas e é a pesquisa de exoplanetas de maior duração até hoje. O projeto, que também envolve pesquisadores de outras instituições, incluindo a Universidade da Califórnia e a Universidade do Havaí, usa principalmente três telescópios: o Observatório WM Keck em Maunakea, no Havaí, e os telescópios Shane e Automated Planet Finder, ambos no Observatório Lick, perto de San Jose, Califórnia. Entre as estrelas pesquisadas no projeto, 177 planetas foram encontrados, incluindo 14 que foram descobertos recentemente. Os planetas têm massas entre um centésimo e 20 vezes a massa de Júpiter (ou entre cerca de 3 e 6.000 massas da Terra). A partir de agora, os telescópios terrestres não são sensíveis o suficiente para detectar planetas com a massa da Terra ou menores.

Rosenthal explica que a pesquisa foi projetada para ser imparcial, selecionando cuidadosamente estrelas aleatórias, "como se você pudesse colocar sua mão em um saco de estrelas e puxar um planeta aleatório". Trabalhando neste projeto como parte de sua tese de doutorado, Rosenthal diz que foi "humilhante trabalhar em um projeto de 30 anos em que alguns dos dados são mais antigos do que eu".

Fulton diz que a pesquisa funciona um pouco como um censo demográfico, no qual os pesquisadores estudam uma ampla gama de pessoas. “A ideia é pesquisar planetas de todos os tamanhos e temperaturas e depois procurar padrões nos dados”, diz ele. Fulton e Rosenthal passaram meses desenvolvendo software, que eles chamam de pipeline de dados, para procurar planetas nos dados do telescópio.

Um padrão a surgir é a tendência de planetas gigantes residirem entre 1 e 10 UA de sua estrela. Embora os dados da equipe não cubram totalmente regiões além de 10 UA, porque esses planetas requerem até mais de três décadas para completar uma órbita, eles dizem que podem fazer inferências com base nas órbitas parciais observadas até agora.

A equipe planeja continuar pesquisando os dados do censo em busca de novos padrões e pistas para ajudar a entender as características e a formação de outros sistemas estelares, bem como de nosso próprio sistema solar. Eles também estão ansiosos por pesquisas de próxima geração.

"Esta pesquisa é um grande ponto de partida para futuros instrumentos que são sensíveis a planetas do tamanho da Terra", disse Howard, que está liderando um desses instrumentos, o Keck Planet Finder , que deve ser enviado a Keck em 2022.

O primeiro artigo da série, liderado por Rosenthal, é intitulado " The California Legacy Survey I. Um Catálogo de 177 planetas do monitoramento de velocidade radial de precisão de 719 estrelas próximas ao longo de três décadas ." O segundo artigo da série, liderado por Fulton, é intitulado, " California Legacy Survey II. Occurrence of Giant Planets Beyond the Ice Line ." A California Legacy Survey é financiada e apoiada pela Caltech, University of California, University of Hawaii, Tennessee State University, NASA, National Science Foundation, NASA Exoplanet Science Institute, Google e Ken e Gloria Levy.

 

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