Estrela oscilante encontrada em dados de Gaia-Hipparcos confirmados para hospedar exoplaneta

Os dados da missão espacial Gaia da ESA permitiram aos astrónomos detetar um exoplaneta gigante utilizando o Telescópio Subaru. Este mundo é o primeiro exoplaneta confirmado encontrado graças à capacidade do Gaia em sentir a atração gravitacional ou "oscilação" que um planeta induz na sua estrela. E a técnica aponta o caminho para o futuro da observação planetária direta.

Este GIF mostra o movimento do planeta (dentro do círculo branco) em redor da estrela (centro), observado pelo Telescópio Subaru. Crédito: T. Currie (Subaru/UTSA)

Quando se trata de detetar planetas em redor de outras estrelas, conhecidos como exoplanetas, os astrónomos têm uma variedade de métodos à sua disposição. Estas técnicas enquadram-se em duas grandes categorias: diretas e indiretas. Ambas têm vantagens e inconvenientes.

Historicamente, a maioria dos exoplanetas têm sido encontrados por métodos indiretos. Isto significa que se deduz que os planetas existem devido ao efeito que têm na sua estrela-mãe. Enquanto que na observação direta, um telescópio vê efetivamente o planeta.

Embora os astrónomos tenham detetado mais de 5000 exoplanetas utilizando meios indiretos, apenas cerca de 20 foram observados diretamente. Isto porque para que os planetas sejam visíveis com o nosso atual nível de tecnologia, devem estar amplamente separados da sua estrela-mãe e ser muito mais massivos do que Júpiter, o maior planeta do nosso Sistema Solar.

Como a natureza não forma muitos destes tipos de planetas, os astrónomos gostariam de saber exatamente onde procurar. A maioria das procuras diretas são "cegas", ou seja, visam simplesmente as estrelas com base na sua idade e distância e na esperança de que um planeta seja "apanhado no ato". Das centenas de estrelas investigadas desta forma, apenas um punhado produziu estrelas.

"Queríamos uma estratégia diferente", diz Thayne Currie, do NAOJ (National Astronomical Observatory of Japan), Hilo, Hawaii e da Universidade do Texas em San Antonio. Na tentativa de virar o jogo a seu favor, ele e colegas voltaram-se para a missão do Gaia para procurar estrelas que literalmente oscilam no céu.

Em particular, utilizaram o Catálogo de Acelerações Hipparcos-Gaia. Este catálogo combina dados do Gaia com os da anterior missão de mapeamento estelar da ESA, Hipparcos, para fornecer uma linha de base de 25 anos para a comparação das posições precisas das estrelas.

A medição da posição de uma estrela no céu é conhecida como astrometria. A partir desta base de dados, a equipa identificou uma série de estrelas que pareciam mudar de posição no céu noturno de uma forma que sugeria que cada uma delas era orbitada por um planeta gigante.

A astrometria é o método que deteta o movimento de uma estrela ao fazer medições precisas da sua posição no céu. Esta técnica também pode ser utilizada para identificar planetas em redor de uma estrela, medindo pequenas alterações na posição da estrela à medida que esta vacila em torno do centro de massa do sistema.

A missão Gaia da ESA, através do seu levantamento sem precedentes da posição, brilho e movimento de mais de mil milhões de estrelas, está a gerar um grande conjunto de dados a partir do qual serão encontrados exoplanetas, quer através de alterações observadas na posição de uma estrela no céu devido a planetas em órbita à sua volta, quer através de uma queda no seu brilho à medida que um planeta transita pela sua face. Crédito: ESA

Em seguida, voltaram-se para o Telescópio Subaru do NAOJ em Mauna Kea, Hawaii, e fizeram observações em julho e setembro de 2020, e em maio e outubro de 2021. Utilizaram o instrumento SCExAO (Subaru Coronagraphic Extreme Adaptive Optics) acoplado ao instrumento CHARIS (Coronagraphic High-Resolution Imager and Spectrograph) - e rapidamente encontraram um exoplaneta. 

O planeta recentemente descoberto chama-se HIP 99770 b. Tem cerca de 16 vezes a massa de Júpiter e orbita uma estrela que tem quase duas vezes a massa do Sol. Embora a órbita do planeta seja mais de três vezes maior do que a órbita de Júpiter em torno do Sol, recebe quase a mesma quantidade de luz que Júpiter porque a sua estrela hospedeira é muito mais luminosa do que o Sol.

O sucesso em encontrar este planeta também tem implicações mais amplas.

"Proporciona um novo caminho para a descoberta de mais exoplanetas e caracteriza-os de uma forma muito mais holística do que conseguíamos fazer antes", acrescenta Thayne.

Isto porque os métodos diretos e indiretos de deteção fornecem informações diferentes sobre um planeta. A observação direta fornece excelentes restrições sobre a temperatura e composição de um planeta. Ao passo que os métodos indiretos proporcionam excelentes medições da massa e características orbitais de um planeta, especialmente quando são combinados com medições da posição do planeta a partir de imagens diretas.

Dados precisos de uma estrela "oscilante", nos dados da missão Gaia da ESA, permitiram aos astrónomos identificar um exoplaneta gigante e obter uma imagem direta. Este sistema exoplanetário pode assemelhar-se às regiões exteriores do nosso próprio Sistema Solar. O exoplaneta está pouco mais de três vezes mais longe da sua estrela hospedeira do que Júpiter está do Sol, mas recebe uma quantidade semelhante de luz porque a estrela é muito mais luminosa. O sistema também contém um disco poeirento que recebe uma quantidade de luz semelhante à do Cintura de Kuiper do Sistema Solar. Crédito: ESA

A combinação dos dados do Gaia com as imagens do Subaru dá aos astrónomos o melhor de ambos os mundos. E isto é apenas o começo.

Agora que os astrónomos sabem que o planeta está lá e é visível, outros telescópios podem assumir o trabalho de analisar melhor a sua luz. "A descoberta deste planeta irá gerar dezenas de estudos de acompanhamento", diz Thayne.

E haverá mais descobertas a serem feitas com este método. HIP 99770 foi uma das primeiras estrelas observadas das candidatas do Gaia. Atualmente, Thayne e os seus colegas estão a analisar dados de cerca de 50 outras estrelas e o que viram fê-los prometer que vêm aí mais descobertas.

"[HIP 99770 b] é uma prova de conceito desta nova estratégia para encontrar planetas observáveis que vai melhorar muito nos próximos cinco anos", diz.

Este método de visar estrelas para a descoberta exoplanetária vai acelerar. Isto porque a quarta publicação de dados Gaia (DR4), que se baseará em 5,5 anos de dados (quase o dobro da linha de base do DR3), tornará muito mais fácil detetar quais as estrelas que estão a oscilar.

Em última análise, esta abordagem combinada permitir-nos-á visar outras Terras. A descoberta de um planeta como o nosso continua a ser o grande objetivo dos astrónomos. Um planeta como a Terra estará muito mais próximo da sua estrela e por isso passará muito tempo à frente ou atrás dessa estrela, tornando impossível a sua observação.

"Isto é uma espécie de teste para o tipo de estratégia que precisamos para poder observar uma outra Terra. Demonstra que um método indireto sensível à atração gravitacional de um planeta pode dizer-nos onde procurar e exatamente quando procurar com métodos diretos. Portanto, penso que isto é realmente excitante", conclui Thayne.

Fonte: ESA