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NOVO MÉTODO DE ESTUDO DE ATMOSFERAS EXOPLANETÁRIAS
29 de Junho de 2012

 

Uma nova técnica permitiu com que os astrónomos estudassem pela primeira vez a atmosfera de um exoplaneta em detalhe - embora este não passe em frente da sua estrela-mãe. Uma equipa internacional utilizou o VLT (Very Large Telescope) do ESO para captar directamente o fraco brilho do planeta tau Boötis b. A equipa estudou a atmosfera do planeta e determinou pela primeira vez a sua órbita e massa de forma precisa - resolvendo assim um problema com já 15 anos. Surpreendentemente, a equipa também descobriu que a atmosfera do planeta parece ser, ao contrário do que se esperava, mais fria a maior altitude. Os resultados foram publicados na edição de 28 de Junho da revista Nature.

Tau Boötis b foi um dos primeiros exoplanetas a ser descoberto em 1996 e continua a ser um dos mais próximos conhecidos. Embora a sua estrela-mãe seja facilmente visível a olho nu, o planeta propriamente dito não o é, e até agora era apenas detectável graças ao efeito gravitacional que exerce sob a estrela. Tau Boötis b é um planeta grande e quente tipo-Júpiter que orbita muito próximo da estrela-mãe.

Tal como a maioria dos exoplanetas, este planeta não transita o disco da sua estrela (como o recente trânsito de Vénus). Até agora, estes trânsitos eram essenciais para o estudo das atmosferas de Júpiteres quentes: quando um planeta passa em frente da sua estrela deixa uma marca das características da atmosfera na radiação estelar. Como nenhuma radiação estelar atravessa a atmosfera de Tau Boötis b em relação à nossa perspectiva terrestre, isso implicava, até agora, que a atmosfera do planeta não podia ser estudada.

No entanto, depois de 15 anos a tentar estudar o fraco brilho emitido por exoplanetas quentes tipo-Júpiter, os astrónomos conseguiram finalmente e pela primeira vez, determinar a estrutura da atmosfera de Tau Boötis b, deduzindo também a sua massa de forma precisa. A equipa utilizou o instrumento CRICES (CRyogenic InfraRed Echelle Spectrometer) montado no VLT, instalado no Observatório do Paranal do ESO, no Chile. Os astrónomos combinaram observações infravermelhas de alta qualidade (com comprimentos de onda da ordem dos 2,3 micrómetros) com uma técnica nova que consegue extrair o fraco sinal emitido pelo planeta, da radiação muito mais forte emitida pela estrela hospedeira. Este método utiliza a velocidade do planeta em órbita da sua estrela hospedeira para separar a emissão planetária da emissão estelar e também da emissão vinda da própria atmosfera terrestre. A mesma equipa de astrónomos testou esta técnica anteriormente num planeta que transita, medindo a velocidade orbital durante a sua passagem em frente ao disco estelar.

O autor principal do estudo, Matteo Brogi (Observatório de Leiden, Holanda), explica: "Graças à elevada qualidade das observações fornecidas pelo VLT e pelo CRICES, conseguimos estudar o espectro do sistema com muito mais detalhe do que era possível até agora. Apenas 0,01% da radiação observada é emitida pelo planeta, enquanto o resto vem da estrela, por isso não foi nada fácil separar esta contribuição".

A maioria dos planetas que orbitam outras estrelas foram descobertos pelo efeito gravitacional que exercem sobre as suas estrelas, o que limita a informação que podemos retirar sobre a sua massa: apenas podemos calcular um limite inferior para a massa do planeta (isto deve-se ao facto da inclinação da órbita ser geralmente desconhecida. Se a órbita do planeta está inclinada relativamente à linha de visão entre a Terra e a estrela, então um planeta com maior massa causa o mesmo efeito de movimento para trás e para a frente da estrela que um planeta mais leve numa órbita menos inclinada, não sendo possível separar os dois efeitos). Esta nova técnica é muito mais poderosa. A observação da radiação que vem directamente do planeta permitiu com que os astrónomos medissem o ângulo da órbita do planeta e consequentemente determinassem a sua massa de forma precisa. Ao traçar as variações do movimento do planeta à medida que este orbita a estrela, a equipa pôde determinar, pela primeira vez, que Tau Boötis b orbita a sua estrela-mãe com um ângulo de 44 graus e tem seis vezes a massa do planeta Júpiter.

"As novas observações do VLT solucionam o problema, já com 15 anos, da massa de Tau Boötis b. E a nova técnica significa também que agora podemos estudar as atmosferas de exoplanetas que não transitam as suas estrelas, e podemos igualmente medir as suas massas de forma precisa, o que era antes impossível," afirma Ignas Snellen (Observatório de Leiden, Holanda), co-autor do artigo científico que descreve os resultados. "Este é um grande passo em frente."

Para além de detectar o brilho da atmosfera e medir a massa de Tau Boötis b, a equipa estudou a atmosfera e mediu a quantidade de monóxido de carbono aí presente, assim como a temperatura a diferentes altitudes por meio da comparação entre as observações e os modelos teóricos. Um resultado surpreendente deste trabalho prende-se com o facto das novas observações indicarem uma atmosfera com uma temperatura que decresce com a altitude. Este resultado é o oposto do esperado da inversão de temperatura - um aumento da temperatura com a altitude - encontrada em outros exoplanetas quentes tipo-Júpiter.

As observações do VLT mostram que a espectroscopia de alta-resolução obtida por telescópios terrestres é uma ferramenta valiosa na análise detalhada das atmosferas de planetas extrasolares que não transitam. A detecção de diferentes moléculas permitirá aos astrónomos futuramente aprender mais sobre as condições atmosféricas do planeta. Ao medir estas condições atmosféricas ao longo da órbita do planeta, os astrónomos poderão mesmo ser capazes de encontrar variações atmosféricas entre as manhãs e as tardes do planeta.

"Este estudo mostra o enorme potencial dos actuais e dos futuros telescópios terrestres, tais como o E-ELT. Talvez um dia possamos desde modo encontrar evidências de actividade biológica em planetas tipo-Terra", conclui Ignas Snellen.

Links:

Notícias relacionadas:
ESO (comunicado de imprensa)
Artigo científico (formato PDF)
SPACE.com
Sky & Telescope
Universe Today
PHYSORG
Discovery News
Wired
Ars Technica

Tau Boötis b:
Wikipedia
Extrasolar Visions

Planetas extrasolares:
Wikipedia
Wikipedia (lista)
Wikipedia (lista de extremos)
PlanetQuest
Enciclopédia dos Planetas Extrasolares
Exosolar.net

VLT:
Página oficial
Wikipedia

ESO:
Página oficial
Wikipedia

 


Impressão de artista do planeta extrasolar Tau Boötis b.
Crédito: ESO/L. Calçada
(clique na imagem para ver versão maior)


Imagem de campo-largo da estrela-mãe de Tau Boötis b.
Crédito: ESO/Digitized Sky Survey 2
(clique na imagem para ver versão maior)

 
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