Descobertos três planetas extrassolares que podem conter água

Cientistas do Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço integram a equipa que descobriu três planetas extrassolares semelhantes aos planetas interiores do Sistema Solar. Um deles tem metade da massa de Vénus.

Publicado 24/08/2021, 16:46
Exoplaneta L98-59b

Imagem artística do exoplaneta L98-59b, um planeta com metade da massa de Vénus.

Fotografia de ESO/M. Kornmesser

Com recurso ao espectrógrafo ESPRESSO, um instrumento nacional instalado no Very Large Telescope (VTL), do Observatório Europeu do Sul (ESO), no Chile, uma equipa internacional liderada pelo investigador do Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA), Olivier Demangeon, descobriu três planetas extrassolares.

A equipa obteve novos resultados sobre os exoplanetas que orbitam o sistema planetário L98-59, concluindo que três dos planetas podem conter água no seu interior ou na sua atmosfera. Mesmo os dois planetas mais próximos da estrela, que são provavelmente secos, podem conter pequenas quantidades de água.  

Os três são semelhantes aos planetas interiores do Sistema Solar, sendo que um dos exoplanetas possui metade da massa de Vénus, correspondendo ao exoplaneta com a menor massa medido através do método das velocidades radiais. Estima-se que este planeta possa ter até cerca de 30% da sua massa em água, parecendo assim ser um mundo de oceanos.

A medição tornou-se possível graças à melhoria efetuada, ao longo dos anos, aos instrumentos e às técnicas de análise de dados, para as quais contribuíram os membros do IA, uma instituição de referência na área em Portugal.

Esquema que compara o sistema planetário L98-59 (em cima) com o Sistema Solar interior (Mercúrio, Vénus e Terra - abaixo). A escala a meio indica a temperatura (em Kelvin) àquela distância (0 graus Celsius = 273 Kelvin). 

Fotografia de ESO/L. Calçada/M. Kornmesser (Agradecimento: O. Demangeon)

Foram descobertos planetas extrassolares que, até à data, não tinham sido ainda detetados neste sistema planetário, assim como um outro mundo oceânico. Pistas conduziram os cientistas até à presença de um quarto planeta, do tipo terrestre, e existem suspeitas da presença de um quinto, na zona de habitabilidade, à distância certa da estrela para que um planeta possa conter água líquida à sua superfície.

Os instrumentos e métodos usados ditaram o sucesso da investigação

O instrumento utlizado, o ESPRESSO, permite desafiar os limites da deteção de outros planetas, possibilitando resultados como os da presente investigação. Graças a esta ferramenta, bem como ao auxílio prestado pelo satélite TESS (NASA), foi permitido calcular os tamanhos destes planetas extrassolares.

O ESPRESSO (Echelle SPectrogaph for Rocky Exoplanets and Stable Spectroscopic Observations) é um espectrógrafo de alta resolução, instalado no observatório VLT, construído com o objetivo de procurar e detetar planetas parecidos com a Terra, capazes de suportar vida. Para além de testar as estabilidades das constantes fundamentais do Universo, consegue também detetar variações de velocidade de cerca de 0,3km/h.

Uma vez que para conhecer um planeta é necessário, pelo menos, conhecer a sua massa e o seu raio, os dados de velocidades radiais obtidos pelo ESPRESSO e pelo seu precursor, HARPS (High Accurary Radical velocity Planet Searcher), foram adicionados. Este último é um reconhecido pesquisador de planetas de alta resolução por velocidades radiais, instalado no ESO de 3,6 metros do observatório de La Silla, no Chile, com capacidade de detetar variações de velocidade inferiores a 4km/h, semelhante à velocidade de uma pessoa a caminhar.

O Método das Velocidades Radiais consegue detetar planetas extrassolares, através da medição de pequenas variações na velocidade radial da estrela, devidas ao movimento que a órbita desses planetas imprime na mesma. A variação de velocidade que o movimento da Terra imprime no Sol é, por exemplo, de apenas 10cm/s, ou seja, aproximadamente 0,36km/h.

Graças a este método, torna-se possível determinar o valor mínimo da massa no planeta. Além disto, em conjunto com o Método dos Trânsitos, é possível determinar a sua massa real. Este método consiste na medição da diminuição da luz de uma estrela, que é provocada pela passagem de um exoplaneta à frente dessa estrela, como se de um micro-eclipse se tratasse.

Através de um trânsito é possível determinar apenas o raio do planeta. Contudo, este método é de difícil aplicação porque exige que o planeta e a estrela estejam perfeitamente alinhados com a linha de visão do observador.

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Aproximamo-nos da deteção de um planeta do tipo terrestre

Espera-se que este sistema passe agora a ser estudado com o futuro telescópio espacial James Webb (JWST) da NASA/ESA/CSA, bem como através do Extremely Large Telescope (ELT) do ESO, que se encontra atualmente em construção no deserto chileno do Atacama. As previsões para o início das suas observações estão apontadas para 2027.

O instrumento HIRES, um espectrógrafo que será montado no ELT, vai também permitir estudar as atmosferas de alguns dos planetas do sistema L98-59 com grande precisão, complementando desta forma, e a partir do solo, o trabalho do JWST.

Este instrumento vai permitir observar objetos individuais no visível e no infravermelho, permitindo procurar indícios de vida através da análise da atmosfera dos exoplanetas; estudar a evolução de galáxias e identificar a primeira geração de estrelas que se formam no Universo primitivo; ou determinar se as constantes do Universo variam ao longo do tempo.

Os resultados desta investigação são de maior importância, um passo em frente na procura de vida em planetas do tamanho da Terra, fora do Sistema Solar. A deteção de sinais da presença de vida, designadas bioassinaturas, depende muito da capacidade de estudar a sua atmosfera.

Apesar deste trabalho se tornar essencial para chegar a essas descobertas, os telescópios atuais não têm diâmetro suficiente para atingir a resolução necessária para um estudo em pequenos planetas rochosos. No entanto, o sistema planetário L98-59, localizado apenas a 35 anos-luz de distância da Terra, é um bom destino para futuras observações de atmosferas de planetas extrassolares.

Um avanço na astronomia

Esta investigação representa, em si, um imenso avanço técnico, uma vez que os investigadores descobriram o exoplaneta mais leve medido até à data com o método das velocidades radiais. Tal permitiu calcular as pequenas oscilações sofridas pela estrela, devido à minúscula atração gravitacional exercida pelos planetas que a orbitam.

A participação do IA no ESPRESSO visa promover a investigação de planetas extrassolares em Portugal, através da construção, desenvolvimento e definição científica de vários instrumentos e missões espaciais, como a missão CHEOPS (ESA). Esta é a primeira missão dedicada à pesquisa de trânsitos exoplanetários, já em órbita.

Para os próximos anos está previsto: o lançamento do telescópio espacial PLATO (ESA), cujo objetivo é encontrar e estudar um grande número de sistemas planetários extrassolares; a missão Ariel (ESA), uma grande pesquisa atmosférica do exoplaneta infravermelho com sensoriamento remoto, e a instalação do espectrógrafo HIRES no maior telescópio da próxima geração, o ELT (ESO).

O artigo de investigação sobre os planetas extrassolares, “A warm terrestrial planet with half the mass of Venus transiting a nearby star”, foi publicado na revista científica Astronomy & Astrophysics e a equipa tem como investigador principal Nuno Cardoso Santos, do IA e do Departamento de Física e Astronomia da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto.

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