Descobrindo novos mundos com espectroscopia quantitativa

Astrônomos do Instituto Leibniz de Astrofísica Potsdam (AIP) e do Observatório do Vaticano (VO) se uniram para pesquisar espectroscopicamente mais de 1.000 estrelas brilhantes que potencialmente hospedam exoplanetas.

O Pólo Eclíptico Norte na constelação de Draco. O círculo amarelo indica o campo de pesquisa VPNEP. As linhas de grade são espaçadas em 10 graus. Crédito: AIP/Wikipédia 

A equipe apresenta valores precisos de 54 parâmetros espectroscópicos por estrela no primeiro de uma série de artigos na revista Astronomy & Astrophysics e divulgou todos os seus dados para a comunidade científica. Este grande número de parâmetros sem precedentes será essencial para interpretar a luz estelar e encontrar conexões entre as propriedades das estrelas e seus planetas possivelmente ainda desconhecidos.

As estrelas contam histórias sobre si mesmas e, às vezes, sobre seus planetas não descobertos. Sua linguagem é leve; revela muitas propriedades físicas de uma estrela, incluindo sua temperatura, pressão, movimento e composição química. Os pesquisadores analisam a luz com um método chamado espectroscopia de absorção quantitativa.

Os telescópios capturam a luz das estrelas e os espectrógrafos a dividem por comprimento de onda em um espectro semelhante ao arco-íris, que é a impressão digital da luz da estrela. Quando os astrônomos conhecem esses parâmetros com precisão, eles podem usá-los para testar seus modelos teóricos de estrelas. Isso geralmente revela que os modelos têm algumas deficiências ou que as observações dos espectros estelares ainda são muito imprecisas.

Mas, às vezes, revela que uma estrela tem uma história surpreendente para os astrônomos. Foi isso que motivou esta equipe a fazer um levantamento ultrapreciso de possíveis estrelas que hospedam planetas.

“Como as estrelas e seus planetas se formam juntos, surgiu a questão de saber se a existência de certos elementos químicos em uma atmosfera estelar, ou suas proporções isotópicas ou de abundância, é indicativa de um sistema planetário”, explica o Prof. Klaus G. Strassmeier, autor principal, diretor da AIP e pesquisador principal da pesquisa.

Os astrônomos levantaram a hipótese de que as quantidades de diferentes elementos químicos dentro de uma estrela podem sugerir que a estrela tem planetas terrestres (mundos rochosos como a Terra ou Marte), podem sugerir idades para esses planetas e podem até fornecer pistas de que a estrela “comeu” alguns de seus planetas. Isso precisará de mais investigação, e os dados agora divulgados estabelecem as bases para tais estudos.

Dos mais de 5.000 exoplanetas confirmados (planetas que orbitam outras estrelas que não o Sol), 75% foram descobertos do espaço ao observar a redução da luz de uma estrela por causa de um planeta em trânsito à sua frente. A missão Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) da NASA descobriu exoplanetas dessa maneira.

Rendeu mais exoplanetas ao observar as partes do céu mais distantes da eclíptica (o plano no qual a Terra orbita o Sol), chamadas de pólos da eclíptica. Os observatórios no hemisfério norte podem observar o Pólo Eclíptico Norte, e este levantamento de potenciais estrelas hospedeiras de planetas nesta região é chamado de levantamento do Pólo Eclíptico Norte do Vaticano-Potsdam (VPNEP). 

A pesquisa concentrou-se no campo de observação mais rico do TESS, uma área do céu de aproximadamente 4.000 vezes o tamanho da lua cheia. Todas as aproximadamente 1.100 estrelas potencialmente hospedeiras de planetas neste campo foram investigadas. Até 1,5 horas de tempo do telescópio foram necessárias para coletar o suficiente da luz de uma estrela para fazer um único espectro de alta qualidade. Com várias visitas por estrela, demorou cinco anos para obter os dados da pesquisa.

A pesquisa fez uso de telescópios em dois locais: no Arizona, o Telescópio Alice P. Lennon do VO e Thomas. J. Bannan Astrophysics Facility (Vatican Advanced Technology Telescope ou VATT) forneceu luz ao Potsdam Echelle Polarimetric and Spectroscopic Instrument (PEPSI) e obteve espectros de estrelas anãs com precisão sem precedentes. Em Tenerife, o Observatório STELLA (STELLar Activity) do AIP usou o Espectrógrafo STELLA Echelle para capturar a luz de estrelas gigantes com menor, mas ainda alta, precisão.

A Dra. Martina Baratella, uma das pesquisadoras de pós-doutorado da AIP envolvidas na pesquisa, comenta: “Os espectros revelaram elementos que estão entre os mais difíceis de observar”. Proporções de abundância como carbono para ferro ou magnésio para oxigênio sugerem a existência e a idade de planetas rochosos invisíveis. O Prof. Strassmeier acrescenta: “Embora leve tempo para analisar completamente os dados da pesquisa, esperamos anunciar em breve as descobertas subsequentes.”

Fonte: phys.org