Nova técnica para detectar exoplanetas tipo Terra a partir de observatórios terrestres

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Concepção artística do exoplaneta HD 189733b, do telescópio que o estudou e sua composição química. Crédito: NASA/JPL-Caltech

Os astrônomos descobriram uma nova técnica que utiliza telescópios terrestres para estudar as atmosferas de planetas extrasolares, acelerando a nossa procura por planetas tipo-Terra que apresentam moléculas relacionadas com a presença da vida. O artigo que descreve a pesquisa, A ground-based near-infrared emission spectrum of the exoplanet HD 189733b, foi publicado em 04 de fevereiro de 2010 na revista Nature.

Os cientistas desenvolveram a nova técnica ao usar um telescópio infravermelho da NASA, no Havaí, para identificar um tipo de molécula orgânica na atmosfera do exoplaneta HD 189733b, do tamanho de Júpiter, situado a cerca de 63 anos-luz de distância.

Exoplaneta rico em CO² orbitando a estrela anã-laranja HD 189733

Exoplaneta rico em CO² orbita a estrela anã-laranja HD 189733

Usando um novo método de calibração para remover erros de observação sistemáticos, os cientistas obtiveram uma medição que revela detalhes da composição atmosférica e das condições do exoplaneta, um feito sem precedentes a partir de um observatório terrestre.

A Dra. Giovanna Tinetti, da Universidade de Londres, cujo trabalho no projeto foi patrocinado pelo STFC (Science and Technology Facilities Council), afirmou: “O objetivo final é observar a atmosfera de um planeta com a capacidade de suportar vida. Ainda não chegamos lá, mas a possibilidade de usarmos telescópios terrestres em combinação com observatórios espaciais, vai acelerar o estudo das atmosferas de exoplanetas.”

O sistema HD 189733 está localizado na constelação da Raposa (Vulpecula), ao lado de Cygnus (Cisne). Crédito: Akira Fujii

O autor principal, Mark Swain, astrônomo no JPL da NASA, acrescentou: “O fato de termos usado um telescópio terrestre relativamente pequeno é excitante porque implica que os maiores telescópios no chão, usando esta técnica, poderão ser capazes de caracterizar os alvos terrestres exoplanetários.”

Atualmente estão catalogados 429 exoplanetas (em 01/02/2010). Cerca de 95% destes são gigantes gasosos como Júpiter ou Netuno, mas uma pequena parte, em torno de 5%, tem massa entre 2 a 10 vezes a massa da Terra. Estes exoplanetas devem ser grandes mundos terrestres ou rochosos, que chamamos de ‘super Terras’. Por outro lado, um verdadeiro planeta tipo-Terra, do tamanho do nosso e situado a uma distância equivalente de sua estrela-mãe, na zona habitável, ainda não foi descoberto. A missão Kepler da NASA está agora no espaço procurando por mundos semelhantes ao nosso.

Isolando o espectro de um planeta: este diagrama ilustra como os astrônomos que usam o telescópio espacial Spitzer podem capturar o espectro de Júpiteres-quentes. Subtraindo a luz total da estrela quando o planeta está na frente da estrela da luz total quando o planeta está obscurecido atrás da estrela permite obter apenas o espectro do exoplaneta. Ilustração-crédito: NASA/JPL-Caltech

Em 11 de agosto de 2007, Swain e a sua equipe usaram o telescópio infravermelho para observar o exoplaneta HD 189733b, com o tamanho de Júpiter, na constelação de Raposa (Vulpecula). A cada 2,2 dias, o exoplaneta orbita uma estrela do tipo-K, ligeiramente mais fria e menos massiva que o nosso Sol. HD 189733b já proporcionou importantes descobertas na ciência exoplanetária, incluindo detecções de vapor de água, metano e dióxido de carbono (CO²) através de telescópios espaciais. Usando a nova técnica, os astrônomos conseguiram detectar dióxido de carbono e metano na atmosfera de HD 189733b com um espectrógrafo, que quebra a luz nos seus componentes para revelar as assinaturas espectrais dos diferentes componentes químicos. O seu trabalho mais importante foi o desenvolvimento de um novo método de calibração para remover os erros sistemáticos de observação provocados pela variabilidade da atmosfera da Terra e pela instabilidade devida ao movimento do sistema telescópico à medida que segue o alvo.

“Como conseqüência desse trabalho, temos agora a excitante possibilidade que outros telescópios terrestres relativamente pequenos, mas também razoavelmente equipados, sejam capazes de caracterizar exoplanetas”, afirmou John Rayner, o cientista do ITF (Infrared Telescope Facility) da NASA que construiu o espectrógrafo SpeX usado nestas medições. “Em alguns dias nós não conseguimos sequer observar o Sol com o telescópio. O fato de que em outros dias nós conseguimos obter o espectro de um exoplaneta a 63 anos-luz de distância é impressionante.”

Ilustração do sistema HD 189733 situado a 63 anos luz da Terra na constelação de Vulpecula. Os astrônomos conseguiram analisar a atmosfera de CO² e metano do exoplaneta gasoso existente neste sistema a partir de um telescópio terrestre de 3 metros da NASA de infravermelho, localizado no topo do Mauna Kea, na ilha do Havaí. Crédito: NASA/JPL-Caltech

Durante suas observações, a equipe descobriu inesperadas e brilhantes emissões de radiação infravermelha geradas pelo metano, que se destaca no lado diurno de HD 198733b. Isto possivelmente indicaria alguma atividade interessante na atmosfera do planeta, a qual poderia estar relacionada com o efeito da radiação ultravioleta da estrela hospedeira bombardeando a atmosfera superior do planeta. Entretanto, serão necessários estudos mais detalhados para confirmar tais hipóteses.

“Um alvo imediato para o uso desta técnica é a caracterização com maior precisão da atmosfera deste e outros exoplanetas, incluindo a detecção de componentes orgânicos e possivelmente as moléculas pre-bióticas”, como aquelas que precederam a evolução da vida na Terra, afirmou Swain. “Estamos prontos para levar a cabo esta tarefa.” Alguns dos alvos iniciais serão as super-Terras. A nova técnica será usada em sinergia com observações do Hubble, do Spitzer e futuramente do Telescópio Espacial James Webb, “e irá nos fornecer um caminho brilhante para caracterizar super-Terras”, conclui Swain.