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Como usar o observatório espacial Kepler para descobrir exoluas habitáveis?

Exolua orbitando um exoplaneta joviano por Dan Durda

Exolua orbitando um exoplaneta joviano por Dan Durda

examinamos aqui em Eternos Aprendizes há alguns meses o trabalho de David Kipping sobre exoluas (também chamadas de luas extrasolares). O exame das luas pertencentes aos planetas do Sistema Solar nos indica que encontrar um satélite habitável em outro planeta não está fora de nosso alcance. Afinal, estamos a cada dia coletando informações em possíveis habitats para suportar, pelo menos, a vida microbiana em locais como Europa (Júpiter) e Enceladus (Saturno). Além disso, há especulações sobre biosferas similares presentes em alguns objetos do Cinturão de Kuiper (KBOs) que também fazem parte deste novo contexto.

Assim, que tal uma exolua habitável em volta de um exoplaneta gigante gasoso? David Kipping (University College London) tem trabalhado intensivamente nestas questões com relação ao observatório espacial recém lançado Kepler. Kipping alega notáveis conclusões de seu recente estudo: a existência de um exoplaneta do tamanho de Saturno na zona de habitação de uma pequena estrela anã-vermelha, classe M, já permite a detecção de uma exolua de até 0,2 vezes a massa da Terra!

Uma exolua habitável iria nos oferecer esta visão exótica, uma vista excepcional que pode até ser bem mais comum na galáxia que antes pensávamos. Crédito: Dan Durda

Uma exolua habitável iria nos oferecer esta visão exótica, uma vista excepcional que pode até ser bem mais comum na galáxia que antes pensávamos. Crédito: Dan Durda

Isto agora pode nos soar estranho, tendo em vista que o observatório Kepler não tem a capacidade de encontrar exoplanetas com massa tão pequena (20% da massa da Terra). Como pode então Kipping afirmar que pode encontrar exoluas deste quilate? A resposta é que a detecção de uma exolua depende de duas medidas e nenhuma delas demanda a observação direta da redução da luminosidade da estrela hospedeira pelo trânsito da exolua em si. O que o time do Kipping está procurando é o efeito causado pela exolua em seu exoplaneta e o trânsito de um mundo da classe-Saturno em volta de uma anã-vermelha classe M é algo que Kepler pode tratar facilmente.

O método proposto por Kipping e seu time baseia-se em dois conjuntos de observações:

  1. Medição do tempo de trânsito: a existência de variações na quantidade de tempo que o exoplaneta em trânsito leva para completar sua órbita pode ser um sinal da presença de uma exolua.
  2. Adicione a seguir a variação na segunda medição, a duração do trânsito, e você poderá obter a evidência confirmando a presença da exolua.

A duração do trânsito mede a velocidade na qual o planeta efetivamente passa em frente da sua estrela. O artigo Detecting Life-Friendly Moons, na revista Astrobiology Magazine explica que os dois sinais podem ocorrer separadamente se uma exolua está envolvida, excluindo outras possíveis causas.

Obviamente, os pesquisadores do programa Kepler estão plenamente dedicados apenas na caça de exoplanetas. Por outro lado uma pesquisa de exoluas usando o banco de dados com as informações geradas pelo observatório Kepler será em breve o alvo de investigações futuras pelos cientistas.

Uma exolua gigante similar a Terra orbitando um massivo exoplaneta tipo Júpiter. Crédito: Dan Durda

Uma exolua gigante similar a Terra orbitando um massivo exoplaneta tipo Júpiter. Crédito: Dan Durda

Exoluas gigantes são o alvo

Estima-se que se uma exolua gigante com massa da ordem de 1/3 da massa terrestre (~3 vezes a massa de Marte) consegue sustentar um campo magnético. Com a proteção de tal campo magnético a vida poderá desenvolver-se protegida da presença nociva dos cinturões de radiação do exoplaneta hospedeiro. Uma exolua desta dimensão, segundo Kipping, seria detectável em distâncias de até 500 anos-luz do Sol.

Assim, “devem existir tantas exoluas habitáveis quanto exoplanetas habitáveis em nossa galáxia”, Kipping afirmou para Astrobiology Magazine, um pensamento audacioso com ramificações para o paradoxo de Fermi. O mais intrigante é que combinando as duas medidas previstas pelo time de Kipping poderemos saber tanto o período orbital da exolua quanto a sua massa. Prosseguindo nesta linha de raciocínio teremos o que mais? Sabendo o período orbital teremos a capacidade de prever um até um ‘eclipse exolunar’ cujo estudo espectroscópico poderá revelar a assinatura dos gases da atmosfera da exolua. Sabemos que isto representa o limiar da tecnologia, mas poderá tornar-se factível se os recursos apropriados forem alocados neste projeto inovador.

O artigo assinado por Kipping et al., “On the detectability of habitable exomoons with Kepler-class photometry” [A detectabilidade de exoluas habitáveis através da classe fotométrica do Kepler] foi publidado em Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, em 24 de setembro de 2009. Vejamos a seguir o que eles escreveram no abstract:

Neste artigo nós investigamos a detectabilidade de uma exolua em uma zona habitável em várias configurações de sistemas planetários extrasolares considerando a missão Kepler ou uma capacidade fotométrica de qualidade similar. Nós calculamos tanto a medição do tempo do sinal das amplitudes do trânsito e a incerteza estimada para medições a fim de calcular o grau de certeza na detecção de tais corpos através de um largo espectro de arranjos orbitais. Os efeitos causados pela variabilidade estelar, os ruídos inerentes aos equipamentos e o ruído relativo aos fótons também foram considerados nesta análise. Nós validamos nossa metodologia através da simulação de curvas sintéticas de luminosidade via análise de Monte Carlo para diversos casos de estudo. Nós concluímos que poderemos encontrar exoluas em zonas habitáveis com até 0,2M e que cerca de 25.000 estrelas poderão ser pesquisadas para verificação da existência de exoluas em zonas de habitação dentro do campo de visão do observatório espacial Kepler. Uma pesquisa no plano da galáxia usando equipamento fotométrico da classe-Kepler poderia buscar por exoluas em zonas habitáveis em mais de um milhão de estrelas. Como conclusão nós propomos que se existem exoluas habitáveis, na região próxima da galáxia, elas serão detectadas.

Exolua habitável orbita um exoplaneta similar a Saturno. Crédito: Dan Durda

Exolua habitável orbita um exoplaneta similar a Saturno. Crédito: Dan Durda

Fontes e referências

Centauri Drams: Habitable Moons and Kepler por Paul Gilster

Astrobiology Magazine: Detecting Life-Friendly Moons

ArXiv.org: On the detectability of habitable exomoons with Kepler-class photometry Autores: David M. Kipping, Stephen J. Fossey e Giammarco Campanella

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O 'por-do-sol' em uma exolua oceânica. Crédito: Dan Durda

O 'por-do-sol' em uma exolua oceânica. Crédito: Dan Durda

6 comentários

3 menções

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  1. Herberti

    A possibilidade da existência de exoluas com características terrestres é realmente fascinante, e foi bastante popularizada pelo filme Avatar. Porém, pelas modernas teorias de formação planetária, é infelizmente muito pequena visto que, além da chamada “linha do gelo” a quantidade de materiais de alta densidade como rochas é escassa. E o material que existisse seria inevitávelmente atraído e tornado parte do gigante gasoso central. A única possibilidade seria de a hipotética exolua ser, na verdade, um planeta rochoso, formado em uma orbita mais interior e que, devido à proximidade com o gigante gasoso, atraído para uma orbita altamente elíptica.

  2. Felipe Leonardo

    muito interessante!

  3. Mirian Martin

    Gostei desta idéia das exoluas! 🙂 E as imagens são muito sugestivas.

    1. ROCA

      A idéia da exolua habitável é muito atrativa principalmente em sistemas estelares da classe M (anã-vermelha). Um exoplaneta em zona habitável fica a uma pequena distância de sua estrela e forçosamente mantém uma rotação sincrônica por causa das fortes marés estelares, exibindo sempre a mesma face para o seu sol. Isto é péssimo para o desenvolvimento da vida neste exoplaneta pois este irá ter um lado muito quente e outro lado em frio criogênico. Mas se o exoplaneta é um gigante gasoso com uma mega-exolua, esta exolua gigante irá girar em torno do seu exoplaneta e também vai ter dias e noites, resolvendo este desagradável problema.

    2. Mirian Martin

      Europa como poderia ser classificada? Uma vez que é uma lua que exerce uma certa fascinação, principalmente depois que Arthur Clark, com seu 2010, colocou a semente da possibilidade de vida por lá.

    3. ROCA

      Europa é um mundo ‘tipo 3’ (veja explicações aqui em http://eternosaprendizes.com/2008/12/21/os-exoplanetas-habitaveis-podem-ser-classificados-em-quatro-tipos-quais-sao/ ), oceânico coberto por placa espessa de gelo. Não está no alvo do Kepler e nem vai ser detectado por Kipping e seus colegas pois é muito menos massivo que 20% da massa terrestre. As exoluas a serem detectadas são superluas, com massa maior que 3 vezes a massa do planeta Marte e 6 vezes a massa de Mercúrio, ou seja, metade da massa de Vênus. Não temos luas deste porte no nosso Sistema Solar. Esse tipo de mega-lua talvez se apresentem orbitando super-Júpiteres, planetas com massa de 3 a 12 vezes a massa do planeta-rei ou mesmo orbitando anãs-marrons, objetos estelares com massa de 13 a 80 vezes a massa de Júpiter. Estas anãs-marrons orbitariam outras estrelas com porte do Sol, para mais ou para menos.

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