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Um novo estudo fornece a estimativa mais precisa da frequência com que planetas que são semelhantes ao tamanho da Terra e à distância de sua estrela hospedeira ocorrem em torno de estrelas semelhantes ao nosso Sol. Saber a taxa que esses planetas potencialmente habitáveis irão ocorrer será importante para projetar futuras missões astronômicas para caracterizar planetas rochosos próximos de estrelas semelhantes ao Sol que poderiam suportar a vida. Um artigo descrevendo o modelo aparece em 14 de agosto de 2019 no The Astronomical Journal.
Milhares de planetas foram descobertos pelo telescópio espacial Kepler da NASA. O Kepler, lançado em 2009 e aposentado pela NASA em 2018, quando esgotou seu suprimento de combustível, observou centenas de milhares de estrelas e identificou planetas fora do nosso sistema solar - exoplanetas - documentando os eventos de trânsito. Eventos de trânsito ocorrem quando a órbita de um planeta passa entre sua estrela e o telescópio, bloqueando um pouco da luz da estrela para que pareça escurecer. Medindo a quantidade de escurecimento e a duração entre os trânsitos e usando informações sobre as propriedades da estrela, os astrônomos caracterizam o tamanho do planeta e a distância entre o planeta e sua estrela hospedeira.
"Kepler descobriu planetas com uma ampla variedade de tamanhos, composições e órbitas", disse Eric B. Ford , professor de astronomia e astrofísica da Universidade Estadual da Pensilvânia e um dos líderes da equipe de pesquisa. “Queremos usar essas descobertas para melhorar nossa compreensão da formação do planeta e planejar futuras missões para procurar planetas que possam ser habitáveis. No entanto, simplesmente contar exoplanetas de um determinado tamanho ou distância orbital é enganoso, já que é muito mais difícil encontrar pequenos planetas longe de suas estrelas do que encontrar grandes planetas perto de suas estrelas. ”
Para superar esse obstáculo, os pesquisadores projetaram um novo método para inferir a taxa de ocorrência de planetas em uma ampla gama de tamanhos e distâncias orbitais. O novo modelo simula "universos" de estrelas e planetas e depois "observa" esses universos simulados para determinar quantos dos planetas teriam sido descobertos por Kepler em cada "universo".
"Usamos o catálogo final de planetas identificados pelo Kepler e melhoramos as propriedades das estrelas da espaçonave Gaia da Agência Espacial Européia para construir nossas simulações", disse Danley Hsu , um estudante de pós-graduação da Penn State e o primeiro autor do artigo. “Ao comparar os resultados com os planetas catalogados pelo Kepler, caracterizamos a taxa de planetas por estrela e como isso depende do tamanho do planeta e da distância orbital. Nossa nova abordagem permitiu que a equipe respondesse por vários efeitos que não foram incluídos em estudos anteriores. ”
Os resultados deste estudo são particularmente relevantes para o planejamento de futuras missões espaciais para caracterizar planetas potencialmente semelhantes à Terra. Enquanto a missão Kepler descobriu milhares de pequenos planetas, a maioria está tão longe que é difícil para os astrônomos aprenderem detalhes sobre sua composição e atmosfera.
A impressão artística do telescópio espacial Kepler da NASA, que descobriu milhares de novos planetas. Uma nova pesquisa, usando dados do Kepler, fornece a estimativa mais precisa até a data de quantas vezes devemos esperar encontrar planetas parecidos com a Terra perto de estrelas semelhantes ao sol. Crédito: NASA / Ames Research Center / W. Stenzel / D. Rutter
"Os cientistas estão particularmente interessados em procurar biomarcadores - moléculas indicativas de vida - nas atmosferas dos planetas do tamanho da Terra que orbitam na 'zona habitável' das estrelas semelhantes ao Sol", disse Ford. “A zona habitável é uma faixa de distâncias orbitais nas quais os planetas poderiam suportar água líquida em suas superfícies. Buscar evidências de vida em planetas do tamanho da Terra, na zona habitável de estrelas semelhantes ao Sol, exigirá uma nova e grande missão espacial. ”
O tamanho dessa missão precisa depender da abundância de planetas do tamanho da Terra. A NASA e as Academias Nacionais de Ciências estão atualmente explorando conceitos de missão que diferem substancialmente em tamanho e suas capacidades. Se os planetas do tamanho da Terra são raros, então os planetas mais parecidos com a Terra estão mais distantes e uma missão grande e ambiciosa será exigida para buscar evidências de vida em planetas potencialmente semelhantes à Terra. Por outro lado, se os planetas do tamanho da Terra são comuns, então haverá exoplanetas do tamanho da Terra orbitando estrelas próximas ao Sol e um observatório relativamente pequeno poderá estudar suas atmosferas.
“Enquanto a maioria das estrelas observadas por Kepler está a milhares de anos-luz do Sol, Kepler observou uma amostra grande o suficiente de estrelas que podemos realizar uma análise estatística rigorosa para estimar a taxa de planetas do tamanho da Terra na zona habitável. de estrelas parecidas com o sol nas proximidades. ”disse Hsu.
Com base em suas simulações, os pesquisadores estimam que planetas muito próximos do tamanho da Terra, de três quartos a uma vez e meia o tamanho da Terra, com períodos orbitais variando de 237 a 500 dias, ocorrem em torno de um em seis estrelas. Importante, seu modelo quantifica a incerteza nessa estimativa. Eles recomendam que as futuras missões de busca de planetas planejem uma taxa real que varia de um planeta a cada 33 estrelas para tão baixo quanto quase um planeta para cada duas estrelas.
"Saber com que frequência devemos esperar encontrar planetas de um determinado tamanho e período orbital é extremamente útil para otimizar pesquisas para exoplanetas e o projeto de futuras missões espaciais para maximizar suas chances de sucesso", disse Ford. “A Penn State é líder em trazer métodos estatísticos e computacionais de última geração para a análise de observações astronômicas para tratar desses tipos de perguntas. Nosso Institute for CyberScience (ICS) e o Center for Astrostatistics (CASt) fornecem infraestrutura e suporte que possibilitam esses tipos de projetos. ”
O Centro de Exoplanetas e Mundos Habitáveis na Penn State inclui professores e estudantes que estão envolvidos em todo o espectro da pesquisa do planeta extrassolar. Uma equipe da Penn State construiu o Habitable Zone Planet Finder, um instrumento para procurar planetas de baixa massa em torno de estrelas frias, que recentemente iniciaram operações científicas no Hobby-Eberly Telescope, do qual a Penn State é um dos fundadores. Um segundo espectrógrafo da Penn State está sendo testado antes de iniciar uma pesquisa complementar para descobrir e medir as massas de planetas de baixa massa em torno de estrelas semelhantes ao sol. Este estudo faz previsões para o que essas pesquisas planetárias encontrarão e ajudarão a fornecer contexto para interpretar seus resultados.
Além de Ford e Hsu, a equipe de pesquisa inclui Darin Ragozzine e Keir Ashby na Universidade Brigham Young. A pesquisa foi apoiada pela NASA; a National Science Foundation (NSF) dos EUA; e o Eberly College of Science, o Departamento de Astronomia e Astrofísica, o Centro de Exoplanetas e Mundos Habitáveis e o Centro de Astrostatística da Penn State. Recursos e serviços avançados de computação foram fornecidos pelo Instituto Penn State para CyberScience, incluindo o cluster CyberLAMP financiado pela NSF.
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