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17 dezembro 2013

Uma equipa europeia1, da qual faz parte Alexandre Santerne (CAUP2), usou o espectrógrafo SOPHIE3 para detetar a presença do Kepler-88 c. A existência deste exoplaneta, que até agora não tinha sido detetado, foi prevista pela perturbação gravitacional, provocada no seu irmão que transita a estrela, Kepler-88 b.

Com o SOPHIE, a equipa detetou e mediu a massa do Kepler-88 c. “O SOPHIE é um instrumento capaz de medir a velocidade de estrelas4 com uma precisão equivalente à de medir a velocidade de uma bicicleta. Até agora foi usado para caracterizar quase 20 dos planetas do Kepler”, comenta Alexandre Santerne (CAUP), responsável pelas observações de estrelas do Kepler com o SOPHIE.

O principal objetivo do telescópio espacial Kepler5 (NASA) era a procura de trânsitos6 periódicos em centenas de milhares de estrelas, e durante os 4 anos que durou a missão, detetou mais de 3500. No entanto, nem todos os planetas no campo do Kepler são detetáveis por este telescópio, pois se o plano orbital estiver ligeiramente desalinhado com a linha de visão para a Terra, os planetas já não transitam e por isso são “invisíveis” para o Kepler.

Mas os planetas que orbitam a mesma estrela interagem gravitacionalmente uns com os outros. Esta interação provoca perturbações nos períodos de trânsitos previstos dos planetas. “A isto chamamos Variações no Tempo de Trânsito (Time Transit Variations – TTV)”, explica Susana Barros (LAM), a primeira autora do artigo7.

Uma análise dinâmica detalhada à interação entre planetas, efetuada anteriormente pela equipa liderada por David Nesvorný (SwRI), previu que o sistema Kepler-88 tivesse dois planetas, um que transita (Kepler-88 b), e cujo período orbital é fortemente perturbado por um planeta que não transita (Kepler-88 c). Estes estarão numa ressonância 2 para 1, isto é, um planeta completa duas órbitas no mesmo período que o outro completa apenas uma. Esta configuração é semelhante à da Terra e de Marte, com o planeta vermelho a orbitar o Sol em cerca de 2 anos.

A técnica TTV é sensível a planetas até à massa da Terra, em sistemas múltiplos, e pode por isso ser usada para detetar a existência de planetas que não transitam, mas que provocam perturbações na órbita dos planetas que transitam. “Esta é a primeira vez que a massa de um exoplaneta “invisível”, calculada com base em Variações no Tempo de Trânsito, é confirmada de forma independente por outra técnica”, comentou Barros.

Este resultado confirma que a TTV é uma técnica válida para a deteção destes planetas “invisíveis” em sistemas com múltiplos planetas. Neste momento a técnica foi já usada para determinar a massa de mais de 120 exoplanetas, até à massa da Terra, em 47 sistemas estelares. “Esta confirmação independente permite antecipar o futuro da exploração de sistemas de exoplanetas a partir do espaço com a missão PLATO8, conclui Magali Deleuil, líder da equipa de exoplanetas do Laboratório de Astrofísica de Marselha (LAM).

Neptuno foi o primeiro planeta a ser detetado pela influência gravitacional que exercia sobre outro planeta (Urano). O matemático francês Urbain Le Verrier calculou que as anomalias na órbita de Urano eram devidas a uma ressonância 2 para 1 de um planeta que ainda não tinha sido observado. Os seus cálculos levaram Johann Gottfried Galle a encontrar Neptuno a 23 de setembro de 1846.

Notas:

  1. A equipa é composta por S. C. C. Barros (LAM), R. F. Díaz (LAM/Observatoire Genève), A. Santerne (CAUP), G. Bruno (LAM), M. Deleuil (LAM), J.-M. Almenara (LAM), A. S. Bonomo (INAF – Osservatorio Astronomico di Torino), F. Bouchy (LAM), C. Damiani (LAM), G. Hébrard (IAP/OHP), G. Montagnier (IAP/OHP) e C. Moutou (CFHT/LAM)
  2. O Centro de Astrofísica da Universidade do Porto (CAUP) foi criado em maio de 1989 e iniciou as atividades em outubro de 1990. É uma associação científica e técnica privada da Universidade do Porto, sem fins lucrativos e reconhecida de utilidade pública. Inscreve entre os seus objetivos apoiar e promover a Astronomia através da investigação científica, da formação ao nível pós-graduado e universitário, do ensino da Astronomia ao nível não universitário (básico e secundário) e da divulgação da ciência e promoção da cultura científica.
    É o maior instituto de investigação em Astronomia em Portugal, com mais de 60 pessoas. Desde 2000 que é avaliado como "Excelente" por painéis internacionais, organizados pela Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT).
  3. O SOPHIE (Spectrographe pour l’Observation des Phénomènes des Intérieurs stellaires et des Exoplanètes, ou espectrógrafo para a observação de fenómenos no interior de estrelas e de exoplanetas) é um espectrógrafo de alta resolução, com precisão para medir velocidades radiais da ordem dos 2 metros/segundo. Está instalado no telescópio de 1,93 metros do observatório de Haute-Provence (França), o mesmo local onde em 1995 Michel Mayor e Didier Queloz detetaram o primeiro planeta extra-solar a orbitar uma estrela parecida com o Sol.
  4. O Método das Velocidades Radiais deteta exoplanetas medindo pequenas variações na velocidade (radial) da estrela, devidas ao movimento que a órbita desses planetas imprime na estrela. A título de exemplo, a variação de velocidade que o movimento da Terra imprime ao Sol é de apenas 10 cm/s (cerca de 0,36 km/h). Com este método é possível determinar o valor mínimo da massa do planeta.
  5. O Telescópio Espacial Kepler (NASA) foi lançado a 5 de março de 2009, para observar em contínuo 100 mil estrelas na região da constelação do Cisne. Um dos objetivos desta missão era detetar exoplanetas através do Método dos Trânsitos. Devido a falhas técnicas, a 15 de agosto deste ano foi posto em modo de hibernação.
  6. O Método dos Trânsitos consiste na medição da diminuição da luz de uma estrela, provocada pela passagem de um exoplaneta à frente dessa estrela (algo semelhante a um micro-eclipse). Através de um trânsito é possível determinar apenas o raio do planeta. Este método é complicado de usar, porque exige que o(s) planeta(s) e a estrela estejam exatamente alinhados com a linha de visão do observador.
  7. O artigo SOPHIE velocimetry of Kepler transit candidates X KOI-142c: first radial velocity confirmation of a non-transiting exoplanet discovered by transit timing foi publicado na revista Astronomy & Astrophysics (DOI: 10.1051/0004-6361/201323067)
  8. O PLATO é uma missão M3, candidata ao programa “Cosmic Vision” da Agência Espacial Europeia (ESA). Tem como objetivo a procura de outras Terras em estrelas da nossa vizinhança.


Contactos:

1. Figura Artística do sistema Kepler-88 2. Fotografia da cúpula do telescópio de 1,93m do Observatório de Haute-Provence, a casa do espectrógrafo SOPHIE, com o campo de visão do Kepler.