Na caça por exoplanetas que orbitam anãs marrons

O zoológico estelar: da esquerda para a direita, o Sol, uma anã vermelha, duas anãs marrons e Júpiter. Crédito: Space Telescope Science Institute.

As anãs marrons (em Portugal: anãs castanhas) são objetos que nos fascinam, porque elas são a mais recente adição ao zoológico celestial. Na verdade, as anãs marrons são objetos exóticos sobre as quais sabemos muito pouco. As evidências sugerem que as anãs marrons podem hospedar planetas, mas até agora nós só encontramos poucas evidências. Podemos citar duas detecções significativas que foram realizadas através da técnica das microlentes gravitacionais em estrelas de baixa massa. A primeira foi o objeto com 3,2 vezes a massa da Terra em órbita de uma estrela primária com massa de 0,084 vezes a do Sol, que coloca esta estrela no território limítrofe entre as anãs marrons e estrelas. No segundo caso, o famoso Gliese 1214b, foi o projeto MEarth que descobriu um planeta com 6,6 vezes a massa da Terra orbitando uma estrela de massa 0,16 a massa do Sol.

Os exoplanetas da anã vermelha Kepler 42 (KOI 961), com 13% da massa do Sol e diâmetro de apenas 70% a mais que o de Júpiter. Crédto: NASA

Agora, uma nova proposta de se utilizar o Telescópio Espacial Spitzer de infravermelho para caçar planetas anões marrons foi aventada. Tal idéia aprofunda o que descobrimos até agora, com referência às descobertas acima citadas:

Considerando as probabilidades, essas detecções indicam a presença de uma grande, na maior parte inexplorada, população de planetas de massa baixa em torno de estrelas de também de muito baixa massa (conforme Dressing e Charbonneau, 2013). Sem dúvida, a descoberta mais interessante é que o “objeto de interesse” Kepler 961, uma estrela com 13% da massa do Sol, orbitada por 3 planetas com 0,7, 0,8 e 0,6 vezes o raio da Terra, em períodos inferiores a dois dias (conforme Muirhead et al. 2012). O sistema KOI-961 curiosamente aparece como uma versão ampliada do sistema de satélites de Júpiter. Isto está na linha do que estamos procurando.

O plano é usar o dispositivo de infravermelho do Spitzer para descobrir planetas rochosos que orbitam anãs marrons nas proximidades do Sol. Indo mais além, estas descobertas iráo alimentar a próxima missão do Telescópio Espacial James Webb (JWST) que assim terá uma lista de alvos adequados para que o JWST possa ser colocado para trabalhar na inspeção das atmosferas de exoplanetas. Uma campanha exploratória de 5400 horas tem como objetivo detectar um pequeno número de sistemas planetários com planetas tão pequenos quanto Marte. O interessante é que a equipe está defendendo uma rápida liberação de todos os dados da pesquisa além de compilar um banco de dados para estudos posteriores das anãs marrons.

Anãs marrons são melhores alvos que anãs vermelhas na busca de exoplanetas pequenos

As anãs marrons podem vir a ser excelentes alvos enquanto tentamos aprender mais sobre os planetas rochosos em torno de outras estrelas. Estudar os fótons emitidos por uma atmosfera durante uma ocultação requer alvos relativamente próximos das estrela hospedeira, e, como o artigo publicado aponta, quanto mais fraca a radiação emanada pelas estrela principal, melhor o contraste entre o objeto central e seu exoplaneta. E mais, em torno de anãs marrons podemos esperar trânsitos profundos que nos permitam detectar objetos ao tamanho de Marte agora através do equipamento do Spitzer. O artigo também observa que anãs marrons com mais de meio bilhão de anos de idade apresentam um raio praticamente constante sobre a sua faixa de massa. Isto torna estes pequenos sistemas lugares onde será mais fácil de estimar o tamanho dos planetas detectados.

O observatório espacial Spitzer é a única unidade que pode levantar um número suficiente de anãs marrons, no tempo suficiente, com a precisão e a estabilidade necessária para ser capaz de detectar planetas rochosos do tamanho de Marte, em tempo para uso do novo e poderoso telescópio espacial James Webb. Nós estimamos que cerca de 8 meses de observações serão necessárias para concluir a campanha. Uma vez que os candidatos são detectados, grandes instalações de telescópios terrestres irão confirmar os trânsitos, encontrar os períodos (se apenas um evento foi capturado por Spitzer) e verificar a presença de companheiros adicionais. Este programa irá avançar rapidamente na busca por planetas potencialmente habitáveis ​​na vizinhança solar e transmitir ao JWST um punhado de exo​planetas rochosos como alvos a pesquisar.

Esta é uma pesquisa que não apenas faz a sondagem de  uma espécie fascinante de objeto, mas que deve oferecer o que o artigo chama de “a rota mais rápida e mais conveniente para a detecção e para o estudo das atmosferas dos planetas extra-solares similares a Terra.” O artigo foi publicado no momento em que 76 novas anãs marrons foram descobertas pela UKIRT Infrared Deep Sky Survey, incluindo dois sistemas “de referência” (benchmarks) potencialmente úteis. Os autores da proposta de uso do Spitzer argumentam que observar as atmosferas de mundos em trânsito do tamanho da Terra em anãs vermelhas com o JWST será bem mais desafiador do que o trabalho equivalente usando as anãs marrons, assumindo já comecemos agora a trabalhar para  identificar os melhores alvos.

O artigo deste tema foi assinado por  Triaud et al. com o título “A taxa de ocorrência de planetas rochosos que transitam estrelas de pequeno porte“. O artigo da UKIRT Infrared Deep Sky Survey foi assinado por Burningham et al, com o título:  “Setenta e seis anãs-T do UKIDSS LAS: benchmarks, cinemáticas e densidade do espaço atualizada“, publicadas no Monthly Notices da Royal Astronomical Society.

Fontes

Centauri Dreams: Hunting for Brown Dwarf Planets

NASA: KOI-961: A Mini-Planetary System

Artigos científicos

• The Occurrence Rate of Small Planets around Small Stars
• Seventy six T dwarfs from the UKIDSS LAS: benchmarks, kinematics and an updated space density
• Charactering the cool KOIs