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Um exoplaneta (ou planeta extra-solar) é um planeta que orbita uma estrela que não seja o Sol e, desta forma, pertence a um sistema planetário distinto do nosso.
Embora a existência de exoplanetas tenha sido de há muito aventada, nenhum exoplaneta ao redor de estrelas da seqüência principal foi descoberto até a década de 1990. Todavia, desde então, algumas dúzias de exoplanetas vêm sendo descobertos a cada ano. A descoberta de exoplanetas levanta a possibilidade de que alguns deles possam abrigar vida extraterrestre. Até 2008, já haviam sido catalogados mais de duzentos planetas extra-solares, mas a maioria indicou sempre condições inóspitas à existência de vida tal como é concebida em nosso planeta. Os planetas detectados até agora são, em sua maioria, do tamanho ou maior do que Júpiter, e giram na maioria das vezes em órbitas muito próximas da estrela mãe. Entretanto, os cientistas acreditam que isso se deve a limitações nas técnicas de detecção de planetas, e não porque essas condições sejam mais comuns.
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Um planeta extra-solar é um planeta fora do sistema planetário do nosso Sol. A descoberta dos primeiros exoplanetas foi anunciada em 1989, [1] [2] quando variações nas velocidades radiais de HD 114762 e Alrai (γ Cephei) foram explicadas como efeitos gravitacionais causados por corpos de massa subestelar, possivelmente gigantes gasosos (11 MJ & 2-3 MJ respectivamente). Alrai foi analisada em um artigo [3] no ano anterior, mas a questão de um companheiro planetário como causa das variações de velocidade foi deixada em aberto. Todavia, uma pesquisa subseqüente em 1992 concluiu que os dados não eram robustos o bastante para confirmar a presença de um planeta [4], mas, dois anos depois, técnicas aperfeiçoadas confirmaram sua existência. O caso de HD 114762 ainda não foi refutado, mas considera-se que seu companheiro possa ser uma estrela de baixa massa em órbita vista de topo.
A primazia da descoberta dos primeiros exoplanetas também é requerida pelo astrônomo polaco Aleksander Wolszczan, que, em 1993, encontrou planetas ao redor do pulsar PSR B1257+12. Acredita-se que eles tenham sido formados dos remanescentes da supernova que produziu o pulsar, numa segunda rodada de formação planetária, ou de caroços rochosos dos restos de gigantes gasosos que sobreviveram à supernova e espiralaram as suas órbitas atuais.
Exoplanetas ao redor de estrelas solares começaram a ser descobertos em grande número no fim da década de 90 como resultado do aperfeiçoamento da tecnologia dos telescópios, tais como o advento dos CCDs e de processamento de imagens por computador. Tais avanços permitiram medições mais precisas do movimento estelar, possibilitando que os astrônomos detectassem planetas, não visualmente (porque a luminosidade de um planeta é geralmente muito baixa para ser detectada desta forma), mas através dos efeitos gravitacionais que exercem sobre as estrelas ao redor das quais orbitam (veja astrometria e velocidade radial). Exoplanetas também podem ser detectados através da variação da luminosidade aparente da estrela à medida que o planeta passa defronte dela (ver eclipse).
O primeiro planeta extra-solar definitivo descoberto ao redor de uma estrela da seqüência principal (51 Pegasi) foi anunciado em 6 de Outubro de 1995 por Michel Mayor e Didier Queloz da Universidade de Genebra. Desde então, dezenas de planetas foram descobertos e algumas suspeitas datadas do fim dos anos 1980 foram confirmadas, muitas pelo time liderado por Geoffrey Marcy, da Universidade da Califórnia, com dados obtidos nos observatórios Lick e Keck. O primeiro sistema a ter mais de um planeta detectado foi υ Andromedae. A maioria dos planetas detectados possuem órbitas muito elípticas. Todos os planetas até hoje descobertos possuem grande massa e a maioria tem massa superior à de Júpiter.
Em Julho de 2004, anunciou-se que o Hubble possibilitou a descoberta de cem exoplanetas adicionais, mas a presença deles ainda não pôde ser confirmada. Ademais, muitas observações apontam para a existência de milhões de cometas nesses sistemas extra-solares.
Até Dezembro de 2006, havia 179 sistemas planetários conhecidos, que continham ao todo pelo menos 209 exoplanetas detectados. [5]
Em 13 de Novembro de 2008 foi anunciado por Paul Kalas, astrónomo da Universidade de Berkeley, que conseguiu pela primeira vez, através de um telescópio óptico, registar imagens dum exoplaneta. Para tal foi utilizada a técnica de eclipsamento artificial[carece de fontes], isto é, obstruindo a luz das estrelas mais próximas e possibilitando a visualização de seus planetas, muito menos luminosos. A referida imagem mostra o exoplaneta Fomalhaut b, provavelmente com uma massa aproximada à de Júpiter[6].
Na mesma ocasião, foi anunciada a descoberta, por astrônomos do Instituto de Astrofísica de Victoria, em British Columbia, de três planetas orbitando a estrela HR 8799[7].
Em Dezembro de 2008, três estudantes da Universidade de Leiden, nos Países Baixos, descobrem o primeiro exoplaneta a orbitar uma estrela quente e de rotação rápida. Meta de Hoon, Remco van der Burg e Francis Vuijsje [8] estavam a testar um método de investigação da flutuação da luz por acção da gravidade, inserido na Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE),quando verificaram que a cada dois dias e meio a luminosidade de uma estrela decrescia na ordem dos 1% a 2%. Ao planeta foi atribuído o nome de OGLE2-TR-L9b possuindo uma massa cinco vezes superior à de Júpiter. A estrela à volta da qual orbita o planeta é 1000 a 7000ºC mais quente que o nosso Sol[9].
Em 2008 havia seis métodos de detecção de planetas extra-solares que são muito débeis, com relação a sua estrelas hospedeiras, para serem detectados por métodos ópticos convencionais.
As futuras missões espaciais Space Interferometry Mission, Terrestrial Planet Finder e Darwin planejam detectar exoplanetas de um modo mais direto.
O primeiro método usado para descobrir exoplanetas consistiu na observação de anomalias na regularidade dos pulsos de um pulsar. Isto levou à "descoberta" do primeiro planeta, que tinha período orbital de exatamente um ano. Essa descoberta foi, posteriormente, desmentida, uma vez que resultou da falha em considerar a Terra ao longo de sua órbita. Entretanto, este método de fato levou à descoberta dos primeiros planetas, bem como do primeiro sistema planetário além do nosso, por Aleksander Wolszczan. Também levou à descoberta do exoplaneta mais antigo que se conhece, pelo time de Steinn Sigurdsson, ao redor do pulsar binário PSR B1620-26. Este planeta é o único planeta conhecido que orbita ao redor de duas estrelas.
O método de cronometria de pulsares envolve medições precisas do sinal do pulsar de modo a determinar se há qualquer anomalia no período dos pulsos. Cálculos subseqüentes são usados para determinar o que poderia causar essas anomalias. O método é comumente usado para detectar companheiros de pulsares, mas não é usado especificamente para encontrar planetas.
A astrometria consiste no método mais antigo para a busca de exoplanetas, usado pela primeira vez em 1943. Uma certa quantidade de estrelas candidatas foram encontradas desde então, mas não houve confirmação em nenhum desses casos, e muitos astrônomos desistiram desse método diante de outros mais bem-sucedidos. O método envolve a medição do movimento próprio da estrela em busca dos efeitos causados por seus planetas; todavia, variações no movimento próprio são tão pequenas que mesmo os melhores instrumentos de 2008 não fornecem medições confiáveis. O método requer que as órbitas dos planetas sejam aproximadamente perpendiculares a nossa linha de visada; desta forma, planetas detectados por esse método não puderam ser confirmados por outros métodos.
O método de velocidade radial mede variações na velocidade com a qual a estrela se afasta ou se aproxima de nós, i.e., mede a componente da velocidade estelar ao longo da linha de visada. A velocidade radial pode ser deduzida do deslocamento nas linhas espectrais da estrela hospedeira, devido ao efeito Doppler. Tais deslocamentos são induzidos pelo planeta que orbita a estrela, uma vez que ambos orbitam em torno do mesmo baricentro (ver problema de dois corpos). A velocidade da estrela ao redor do baricentro é muito menor do que aquela do planeta (os raios das órbitas e, portanto, as velocidades dos corpos são inversamente proporcionais à massa desses). Mesmo assim, variações de velocidades tão baixas quanto poucos m/s podem ser detectadas.
Esta é a principal e, até 2008, mais bem-sucedida técnica usada por caçadores de planetas. Também é conhecida como "método Doppler". Mas ela funciona bem apenas para estrelas relativamente próximas, até 160 anos-luz. Ela encontra com facilidade planetas que estejam próximo à estrela, mas tem dificuldade em encontrar aqueles que orbitam a distâncias maiores. O método Doppler pode ser usado para confirmar as descobertas empreendidas através do método de trânsito.
O efeito de microlente gravitacional acontece quando os campos gravitacionais de um planeta e o da estrela hospedeira agem de modo a magnificar a luz de uma estrela distante que esteja no fundo do céu. Para que o efeito ocorra, o planeta e a estrela devem passar quase diretamente entre a estrela distante e o observador. Uma vez que esses eventos são raros, um número muito grande de estrelas distantes devem ser continuamente monitoradas de modo a permitir a deteção de planetas a uma taxa razoável. Além disso, também não é possível repetir os experimentos que utilizam esse método, devido a raridade com que ocorrem. Este é o método mais promissor para planetas localizados entre a Terra e o centro da Galáxia, já que as partes centrais da Galáxia fornecem um grande número de estrelas distantes de fundo.
Microlentes gravitacionais já tinham sido testadas com outros propósitos. Em 1986, Bohdan Paczyński da Universidade de Princeton propôs, inicialmente, usá-las para buscar a misteriosa matéria escura, o material invisível que, acredita-se, domina o universo. Em 1991, ele sugeriu que as microlentes poderiam ser usadas para buscar planetas. Êxitos com o método de lentes gravitacionais datam desde 2002, quando um grupo de astrônomos poloneses (Andrzej Udalski, Marcin Kubiak e Michał Szymański de Varsóvia, e Bohdan Paczyński) aperfeiçoou um método viável no âmbito do projeto OGLE (do inglês Optical Gravitational Lensing Experiment, experimento com lentes gravitacionais ópticas). Durante um mês de busca, eles anunciaram a descoberta de diversos objetos, muitos dos quais poderiam ser planetas. Desde então, dois planetas extra-solares foram detectados através dessa técnica, a qual é considerada a mais promissora para a descoberta de planetas terrestres ao redor de estrelas solares.
Eventos de microlente são curtos, duram algumas semanas ou dias, já que as duas estrelas e a Terra movem-se uns com relação aos outros. Mais de 1000 estrelas foram observadas em eventos desse tipo ao longo dos últimos dez anos. As observações são geralmente empreendidas através de uma rede de telescópios robóticos.
A grande vantagem das microlentes gravitacionais é que se pode descobrir planetas de baixa massa (i.e. terrestres) mesmo com a tecnologia atualmente disponível. Uma desvantagem notável é que o evento não pode ser repetido pois um alinhamento ao acaso nunca ocorre novamente. Ademais, os planetas detectados tendem a localizar-se a muitos quiloparsecs de nós, tal que observações de monitoramento posterior não são possíveis. Contudo, se um número suficiente de estrelas de fundo forem observadas com boa precisão, o método pode informar-nos quão ordinários são os planetas terrestres em nossa Galáxia.
Além do programa OGLE financiado pela NASA e pela National Science Foundation, o grupo MOA (do inglês, Microlensing Observations in Astrophysics, Observações de Microlentes em Astrofísica) trabalha para aperfeiçoar essa técnica. Astrônomos acreditam que seja possível observar planetas do tamanho da Terra dentro de meia década.
Um método recentemente desenvolvido detecta a sombra do planeta quando este transita diante da estrela hospedeira. Este "método de trânsito" funciona apenas com uma pequena porcentagem de planetas cujos planos orbitais estejam perfeitamente alinhadas com nossa linha de visada, mas pode ser aplicado mesmo a estrelas muito distantes. Espera-se que ele levará à descoberta dos primeiros planetas terrestres ao redor de estrelas solares quando for empregado pelo Telescópio Espacial CoRoT e pelo Observatório Kepler, futura missão especial da NASA.
Discos de poeira estelar circundam muitas estrelas, e estas podem ser detectadas, pois absorvem a luz visível da estrela e reemitem como radiação infravermelha. Condensações em determinados pontos do disco sugerem a presença de planetas.
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