Uma nova era de descobertas exoplanetárias, graças a imagens de um "irmão mais novo" de Júpiter

Astrónomos, utilizando o Observatório W. M. Keck em Maunakea, no Hawaii, descobriram um dos planetas de menor massa cujas imagens foram captadas diretamente. 

Não só conseguiram medir a sua massa, como também determinaram que a sua órbita é semelhante à dos planetas gigantes do nosso próprio Sistema Solar.

O movimento do exoplaneta AF Lep b (mancha branca mais ou menos na posição das 10 horas do relógio) em torno da sua estrela hospedeira (centro) pode ser visto nestas duas imagens tiradas em dezembro de 2021 e fevereiro de 2023. As imagens foram obtidas usando o telescópio de 10 metros do Observatório W. M. Keck no Hawaii. Crédito: Kyle Franson, Universidade do Texas em Austin/W. M. Keck 

O planeta, chamado AF Lep b, é um dos primeiros a ser descoberto através de uma técnica chamada astrometria; este método mede os movimentos subtis de uma estrela hospedeira ao longo de muitos anos para ajudar os astrónomos a determinar se companheiros orbitais difíceis de ver, incluindo planetas, estão a puxá-la gravitacionalmente.

O estudo, liderado por Kyle Franson, estudante de astronomia da Universidade do Texas em Austin (UT Austin), foi publicado na revista The Astrophysical Journal Letters.

"Quando processámos as observações com o telescópio Keck II em tempo real para remover cuidadosamente o brilho da estrela, o planeta apareceu imediatamente e tornou-se cada vez mais aparente quanto mais tempo observámos", disse Franson.

As imagens diretas que a equipa de Franson captou revelaram que AF Lep b tem cerca de três vezes a massa de Júpiter e orbita AF Leporis, uma jovem estrela semelhante ao Sol a cerca de 87,5 anos-luz de distância. A equipe de Franson captou uma série de imagens profundas do planeta a partir de dezembro de 2021; duas outras equipes também captaram imagens do mesmo planeta desde então.

"Esta é a primeira vez que este método é usado para encontrar um planeta gigante em órbita de uma jovem análoga do Sol", disse Brendan Bowler, professor assistente de astronomia na UT Austin e autor sénior do estudo. "Isto abre a porta à utilização desta abordagem como uma nova ferramenta para a descoberta de exoplanetas".

Apesar de ter uma massa muito mais pequena do que a da sua estrela hospedeira, um planeta em órbita faz com que a posição da estrela oscile ligeiramente em torno do centro de massa do sistema planetário. A astrometria usa esta mudança na posição de uma estrela no céu relativamente a outras estrelas para inferir a existência de planetas em órbita.

Franson e Bowler identificaram a estrela AF Leporis como uma estrela que poderia albergar um planeta, dada a forma como se tinha movido durante 25 anos de observações dos satélites Hipparcos e Gaia.

Este gráfico mostra as massas e distâncias orbitais de todos os planetas extrassolares que foram diretamente fotografados até agora. Os astrônomos confirmaram as massas de cinco (marcadas com estrelas) e estimaram o restante (pontos). O planeta recém-fotografado, AF Lep b (estrela amarela), tem uma massa e órbita que o tornam um dos planetas extrassolares mais parecidos com Júpiter fotografados até agora. Crédito: Brendan Bowler, Universidade do Texas em Austin

Para obter imagens diretas do planeta, a equipe da UT Austin utilizou o sistema de ótica adaptativa do Observatório Keck, que corrige as flutuações causadas pela turbulência na atmosfera da Terra, em conjunto com o coronógrafo do instrumento NIRC2 (Near-Infrared Camera 2) do Telescópio Keck II, que suprime a luz da estrela hospedeira para que o planeta possa ser visto mais claramente. AF Lep b é cerca de 10.000 vezes mais fraco do que a sua estrela hospedeira e está localizado a cerca de 8 vezes a distância Terra-Sol.

"A obtenção de imagens de exoplanetas é um desafio", disse Franson. "Só temos cerca de 15 exemplos e pensamos que esta nova abordagem 'dinamicamente informada', possível graças ao telescópio Keck II, ao sistema de ótica adaptativa e ao NIRC2, será muito mais eficiente em comparação com os levantamentos cegos que têm sido efetuados nas últimas duas décadas."

As duas formas mais comuns de encontrar exoplanetas envolvem a observação de uma ligeira e periódica queda na luz estelar quando um planeta passa em frente da estrela - como um inseto que voa em torno de uma luz - e a medição de alterações mínimas nas frequências da luz estelar que resultam do facto de o planeta puxar a estrela para trás e para a frente na direção da Terra.

Ambos os métodos tendem a funcionar melhor com planetas grandes que orbitam perto das suas estrelas hospedeiras, e ambos os métodos são indiretos: não vemos o planeta, apenas vemos a forma como ele influencia a estrela.

O método de combinar imagens diretas com astrometria pode ajudar os astrónomos a encontrar exoplanetas que antes eram difíceis de encontrar com outros métodos, porque estavam demasiado longe da sua estrela hospedeira, tinham uma massa demasiado baixa ou porque não tinham órbitas vistas de lado a partir da perspetiva da Terra. Outra vantagem desta técnica é que permite aos astrónomos medir diretamente a massa de um planeta, o que é difícil com outros métodos a grandes distâncias orbitais.

Bowler disse que a equipe planeia continuar a estudar AF Lep b.

"Este será um excelente alvo para caracterizar com o Telescópio Espacial James Webb e com a próxima geração de grandes telescópios terrestres como o GMT (Giant Magellan Telescope) e o TMT (Thirty Meter Telescope)," disse Bowler. "Já estamos a planear esforços de acompanhamento mais sensíveis, em comprimentos de onda maiores, para estudar as propriedades físicas e a química atmosférica deste planeta."

Fonte: keckobservatory.org