Inédito! Medindo a massa de um exoplaneta similar a Marte

Ilustração que mostra o sistema exoplanetário que hospeda Kepler-138b, o primeiro exoplaneta menor que a Terra com a massa e tamanho medidos. Os tamanhos dos planetas, relativamente à estrela, estão exagerados. Créditos: Instituto SETI/Danielle Futselaar

Antigamente, a determinação da dimensão de um exoplaneta de tamanho semelhante à Terra, através do trânsito, ou seja, pela quantidade de luz estelar que o exoplaneta bloqueia a centenas de anos-luz de distância, já esteve no reino da ficção científica. Além disso, medir a massa de um exoplaneta assim tão pequeno com base na sua gravidade estava inteiramente em outro nível. No entanto, os astrônomos conseguiram realizar este feito e caracterizaram os dados de massa e volume para um exoplaneta com 50% do tamanho da Terra.

Os pesquisadores, usando dados da missão Kepler da NASA, mediram a massa de um exoplaneta do tamanho de Marte que tem aproximadamente 10% da massa da Terra. O exoplaneta em questão é o Kepler-138b, o primeiro exoplaneta desta classe a ter tanto a sua massa como o seu tamanho medidos. Isto amplia significativamente a faixa de exoplanetas com densidades medidas.

Para determinar a massa de um exoplaneta, os astrônomos usam a técnica de medir o movimento minúsculo da estrela provocado pela força gravitacional do exoplaneta em órbita. Para exoplanetas da massa da Terra, a detecção de uma influência assim tão pequena torna-se extraordinariamente difícil com a tecnologia atual. Felizmente, para uma estrela que hospeda vários exoplanetas que orbitam uns perto dos outros, os cientistas desenvolveram forma alterativa de conseguir mensurar a massa dos exoplanetas.

 O vídeo abaixo explica como isso funciona:

Daniel Jontof-Hutter, pesquisador do Centro para Exoplanetas e Mundos Habitáveis da Universidade Estatal de Pensilvânia, EUA, liderou um grupo de astrônomos em um estudo para medir a massa de todos os três exoplanetas, observando com precisão os tempos de cada trânsito em frente da estrela hospedeira Kepler-138.

Jontof-Hutter explicou:

Cada exoplaneta diminui periodicamente de velocidade e acelera ligeiramente devido à gravidade dos seus exoplanetas vizinhos. A ligeira mudança no tempo entre os trânsitos permite-nos medir a massa dos exoplanetas.

De cada vez que um exoplaneta transita uma estrela, este bloqueia uma pequena fração da luz estelar, permitindo que os astrônomos possam medir o tamanho do exoplaneta. Este é o método que o Kepler utilizou para detectar milhares de exoplanetas durante sua missão.

Medindo tanto a massa quanto a dimensão de um exoplaneta, os cientistas conseguem calcular a densidade e inferir a composição para determinar se um exoplaneta é feito predominantemente de rocha, água ou gás. A densidade do minúsculo Kepler-138b é consistente com uma composição rochosa como a Terra ou Marte, mas são necessárias mais observações até que os astrônomos possam afirmar se definitivamente é um mundo rochoso ou não.

Kepler-138b é o mais interno dos três exoplanetas que orbitam Kepler-138, uma estrela com menos de metade do tamanho do nosso Sol e cerca de 30% mais fria. O sistema de Kepler-138 está localizado a mais ou menos 200 anos-luz da Terra na direção da constelação de Lira.

Os dois exoplanetas mais externos, Kepler-138c e Kepler-138d, têm aproximadamente o tamanho da Terra. Kepler-138c é provavelmente rochoso, enquanto Kepler-138d é menos denso e não pode ser constituído da mesma mistura de materiais que a Terra. Infelizmente, todos os três exoplanetas orbitam demasiadamente próximos da sua estrela para a existência de água líquida à superfície e consequentemente para a existência de vida como a conhecemos.

Este infográfico mostra as massas e tamanhos do exoplanetas menores onde estes dois parâmetros já foram determinados. Os planetas do Sistema Solar (vermelho) estão aqui para efeitos de comparação. Os três exoplanetas do sistema Kepler-138 (laranja) estão entre os quatro exoplanetas menores com tanto o tamanho quanto a massa já medidos. Kepler-138b é o primeiro exoplaneta, menor que a Terra, com a massa e tamanho já determinados. Isto amplia significativamente a gama de exoplanetas com densidades medidas. Crédito: Centro de Pesquisa Ames da NASA/W. Stenzel

Jack Lissauer, coautor e cientista planetário do Centro de Pesquisa Ames da NASA em Moffett Field, Califórnia, EUA, afirmou:

A diferença substancial entre as densidades dos dois exoplanetas maiores nos conta que nem todos os exoplanetas assemelhados à Terra em tamanho são rochosos. Estudos adicionais de exoplanetas pequenos ajudarão a fornecer um melhor conhecimento da diversidade que existe na natureza e ajudarão a determinar se exoplanetas rochosos como a Terra são comuns ou raros.

Assim como os astrônomos do início do século XX estudaram uma grande variedade de estrelas a fim de caracterizar e classificar diferentes tipos, os astrônomos no século XXI estão fazendo o mesmo para entender a diversidade e demografia das populações exoplanetárias na nossa Via Láctea.

Os cientistas estão trabalhando para usar estas novas medições de exoplanetas pequenos do Kepler e do futuro TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) com o objetivo de identificar padrões na relação entre a massa e tamanho. Estas informações irão fornecer um contexto para a compreensão da história da Terra e de outros planetas no nosso próprio Sistema Solar e informar os caçadores de exoplanetas da próxima geração à medida que procuram vida fora do nosso Sistema Solar.

Um estudo anterior mediu as massas dos dois exoplanetas exteriores. Este novo estudo realizou uma análise mais detalhada do sistema de Kepler-138 usando dados adicionais do Kepler. Isto permitiu a medição da massa do exoplaneta interior com o tamanho de Marte e melhorou a precisão do tamanho e da massa dos exoplanetas exteriores. Os resultados foram publicados na revista Nature.

Do artigo:

Determinamos que a massa do exoplaneta do interno do tamanho de Marte, Kepler-138 b, é  M⊕. sua densidade é  gramas por cm³. Os dois demais exoplanetas são ambos ligeiramente maiores que a Terra. O exoplaneta intermediário tem a densidade de   gramas por cm³, semelhante a Terra. O exoplaneta mais externo tem densidade inferior a metade da Terra,   gramas por cm³, o que implica que este objeto contém uma grande porção de componentes mais leves tais como a água e hidrogênio.

Fontes

NASA: Measuring the Mass of a Mars-size Exoplanet

Centauri Dreams: Kepler-138b: A Mars-Size Exoplanet

Artigo Científico

Nature: The mass of the Mars-sized exoplanet Kepler-138 b from transit timing

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