Caixa de Pandora de mistérios cósmicos: repensando exoluas gigantes

A descoberta de exoluas gigantes em torno dos planetas Kepler-1625b e Kepler-1708b foi questionada.

Esta impressão artística mostra um exoplaneta gigante gasoso orbitando uma estrela semelhante ao Sol, exemplificado por Kepler-1625b. Crédito: NASA 

Assim como se pode presumir que as estrelas da nossa Via Láctea são orbitadas por planetas, as luas em torno desses exoplanetas não deveriam ser incomuns. Isso torna ainda mais difícil detectá-los. Até agora, apenas dois dos mais de 5.300 exoplanetas conhecidos tinham luas.

Uma nova análise de dados demonstra agora que as declarações científicas raramente são pretas ou brancas, que por trás de cada resultado existe um maior ou menor grau de incerteza e que o caminho para uma declaração muitas vezes se assemelha a um thriller.

Introdução à pesquisa de Exoluas

Nas observações dos planetas Kepler-1625b e Kepler-1708b a partir dos telescópios espaciais Kepler e Hubble, os investigadores descobriram vestígios de tais luas pela primeira vez. Um novo estudo levanta agora dúvidas sobre estas afirmações anteriores. Como relatam cientistas do Instituto Max Planck para Pesquisa do Sistema Solar e do Observatório Sonnenberg, ambos na Alemanha, na revista Nature Astronomy, as interpretações “apenas do planeta” das observações são mais conclusivas.

Para a análise, os pesquisadores usaram o recém-desenvolvido algoritmo de computador Pandora, que facilita e acelera a busca por exoluas. Eles também investigaram que tipo de exoluas podem ser encontradas em princípio nas modernas observações astronômicas baseadas no espaço. A resposta deles é bastante chocante.

Exoluas: uma raridade em observação

No nosso Sistema Solar, o fato de um planeta ser orbitado por uma ou mais luas é mais a regra do que a excepção: com excepção de Mercúrio e Vénus, todos os outros planetas têm tais companheiros; No caso do gigante gasoso Saturno, os pesquisadores encontraram 140 satélites naturais até hoje. Os cientistas consideram, portanto, provável que planetas em sistemas estelares distantes também abriguem luas.

Até agora, porém, só houve evidências de tais exoluas em dois casos: Kepler-1625b e Kepler-1708b. Este baixo rendimento não é surpreendente. Afinal, os satélites distantes são naturalmente muito mais pequenos do que os seus mundos natais – e, portanto, muito mais difíceis de encontrar. E é extremamente demorado vasculhar os dados observacionais de milhares de exoplanetas em busca de evidências de luas.

Pandora: o algoritmo de pesquisa de Exoluas

Para tornar a busca mais fácil e rápida, os autores do novo estudo contam com um algoritmo de busca chamado Pandora, que eles próprios desenvolveram e otimizaram para a busca de exoluas. Eles publicaram seu método no ano passado e o algoritmo está disponível para todos os pesquisadores como código-fonte aberto. Quando aplicados aos dados observacionais do Kepler-1625b e Kepler-1708b, os resultados foram surpreendentes.

“Gostaríamos de confirmar a descoberta de exoluas em torno de Kepler-1625b e Kepler-1708b”, diz o primeiro autor do novo estudo, o cientista do MPS, Dr. “Mas, infelizmente, as nossas análises mostram o contrário”, acrescenta.

Revelando o jogo cósmico de esconde-esconde

O planeta Kepler-1625b, semelhante a Júpiter, ganhou as manchetes há cinco anos. Pesquisadores da Universidade de Columbia, em Nova York, relataram fortes evidências de uma lua gigante em sua órbita que tornaria todas as luas do Sistema Solar anãs. Os cientistas analisaram dados do telescópio espacial Kepler da NASA, que observou mais de 100.000 estrelas durante a sua primeira missão, de 2009 a 2013, e descobriu mais de 2.000 exoplanetas.

No entanto, nos anos que se seguiram à alegação de descoberta de 2018, o candidato à exolua forçou os astrônomos a brincarem a uma versão cósmica de esconde-esconde. Primeiro, ele desapareceu depois que os dados do Kepler foram limpos do ruído sistemático.

No entanto, pistas foram encontradas novamente em observações posteriores com o Telescópio Espacial Hubble. E então, no ano passado, esta extraordinária candidata a exolua ganhou companhia: de acordo com os investigadores de Nova Iorque, outra lua gigante, muito maior que a Terra, orbita o planeta Kepler-1708b, do tamanho de Júpiter.

Várias influências podem criar um sinal semelhante ao da lua numa curva de luz – mesmo sem a presença de uma lua real. Crédito: MPS/hormesdesign.de

A complexa tarefa de detectar exoluas

“As exoluas estão tão distantes que não podemos vê-las diretamente, mesmo com os telescópios modernos mais poderosos”, explica o Dr. René Heller.

Em vez disso, os telescópios registam as flutuações no brilho de estrelas distantes, cuja série temporal é chamada de curva de luz. Os pesquisadores então procuram sinais de luas nessas curvas de luz. Se um exoplaneta passa em frente à sua estrela, visto da Terra, ele escurece a estrela em uma pequena fração. Este evento é chamado de trânsito e ocorre regularmente com o período orbital do planeta ao redor da estrela. Uma exolua acompanhando o planeta teria um efeito de escurecimento semelhante. Seu traço na curva de luz, entretanto, seria significativamente mais fraco.

Além disso, devido ao movimento da Lua e do planeta em torno do seu centro de gravidade mútuo, este escurecimento adicional na curva de luz seguiria um padrão bastante complicado. E há outros efeitos a serem considerados, como eclipses planeta-lua, variações naturais do brilho da estrela e outras fontes de ruído geradas durante medições telescópicas.

No entanto, para detectar as luas, tanto os investigadores de Nova Iorque como os seus colegas alemães calculam primeiro muitos milhões de curvas de luz “artificiais” para todos os tamanhos concebíveis, distâncias mútuas e orientações orbitais de possíveis planetas e luas. Um algoritmo então compara essas curvas de luz simuladas com a curva de luz observada e procura a melhor correspondência. Os pesquisadores de Göttingen e Sonneberg usaram seu algoritmo de código aberto Pandora, que é otimizado para a busca de exoluas e pode resolver essa tarefa várias ordens de magnitude mais rápido do que os algoritmos anteriores.

Nenhum vestígio de luas

No caso do planeta Kepler-1708b, a dupla alemã descobriu agora que cenários sem lua podem explicar os dados observacionais com tanta precisão como aqueles com lua. “A probabilidade de uma lua orbitar Kepler-1708b é claramente menor do que a relatada anteriormente”, diz Michael Hippke, do Observatório Sonneberg e coautor do novo estudo. “Os dados não sugerem a existência de uma exolua em torno de Kepler-1708b”, continua Hippke.

Há muitos indícios de que o Kepler-1625b também não possui um companheiro gigante. Trânsitos deste planeta em frente à sua estrela já foram observados com os telescópios Kepler e Hubble. Os investigadores alemães argumentam agora que a variação instantânea do brilho da estrela ao longo do seu disco, um efeito conhecido como escurecimento do membro estelar, tem um impacto crucial no sinal de exolua proposto.

A borda do disco solar, por exemplo, parece mais escura que o centro. No entanto, dependendo se você olha para a estrela Kepler-1625b através do telescópio Kepler ou do telescópio Hubble, esse efeito de escurecimento dos membros parece diferente. Isso ocorre porque o Kepler e o Hubble são sensíveis a diferentes comprimentos de onda da luz que recebem. 

Os investigadores de Göttingen e Sonneberg argumentam agora que a sua modelização deste efeito explica os dados de forma mais conclusiva do que uma exolua gigante.Suas novas e extensas análises também mostram que os algoritmos de busca de exoluas frequentemente produzem resultados falso-positivos.

Repetidamente, eles “descobrem” uma lua quando na verdade existe apenas um planeta transitando pela sua estrela hospedeira. No caso de uma curva de luz como a do Kepler-1625b, a taxa de “falsos acertos” provavelmente será de cerca de 11%. “A afirmação anterior de exolua feita pelos nossos colegas de Nova Iorque foi o resultado de uma busca por luas em torno de dezenas de exoplanetas”, diz Heller. “De acordo com as nossas estimativas, uma descoberta falso-positiva não é nada surpreendente, mas quase esperada”, acrescenta.

Satélites Estranhos

Os pesquisadores também usaram seu algoritmo para prever os tipos de exoluas atuais que poderiam ser claramente detectáveis em missões espaciais com curvas de luz como o Kepler. De acordo com a sua análise, apenas luas particularmente grandes que orbitam o seu planeta numa órbita ampla são detectáveis utilizando a tecnologia atual. 

Em comparação com as luas familiares do nosso Sistema Solar, seriam todas estranhas: pelo menos duas vezes o tamanho de Ganimedes, a maior lua do Sistema Solar e, portanto, quase tão grande como a Terra.

“As primeiras exoluas que serão descobertas em observações futuras, como as da missão PLATO, serão certamente muito invulgares e, portanto, emocionantes de explorar”, diz Heller.

Fonte: scitechdaily.com