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22 dezembro 2011

A primeira das duas equipas de astrónomos, liderada por Francois Fressin (CfA) observou a estrela Kepler-20. Situada a 950 anos-luz de distância, orbitam à volta desta estrela do tipo solar cinco planetas, dois dos quais (Kepler-20e e Kepler-20f) com diâmetro comparável ao da Terra. Todos os planetas detetados neste sistema estão mais próximos da sua estrela do que Mercúrio está do Sol, o que os coloca bem longe da zona de habitabilidade.

Por estarem tão próximos, os cinco planetas da Kepler-20 são bastante quentes e têm órbitas muito rápidas. O mais pequeno destes, o Kepler-20e (0,87 vezes o diâmetro da Terra) está a 7,6 milhões de quilómetros da estrela, demora apenas 6,1 dias a completar uma órbita e tem uma temperatura máxima a rondar os 770 ºC (como comparação, o alumínio derrete a 660 ºC).

Mas as diferenças deste sistema para o nosso Sistema Solar não acabam aqui. À volta do Sol, os planetas pequenos têm órbitas mais próximas, enquanto os maiores estão mais longe, mas no sistema Kepler-20, as órbitas dos 3 planetas maiores estão intercaladas com as dos dois planetas mais pequenos.

Nuno Santos, investigador responsável pela equipa Origem e Evolução de Estrelas e Planetas do CAUP comenta: "Os resultados do Kepler mostram que estamos no caminho certo. No entanto, e apesar dos enormes sucessos deste e de outros projetos em curso, até hoje não foi possível detetar um planeta rochoso, suficientemente longe da sua estrela, para que possa potencialmente ser habitável. Para atingir esse objetivo teremos provavelmente de esperar por 2016, altura em que o ESPRESSO iniciará as suas observações”.

A grande limitação do método de trânsito usado pela missão Kepler é a impossibilidade de medir as massas dos candidatos e assim confirmar se estes objetos são planetas. Para o fazer, é necessário usar métodos como o da velocidade radial, mas para já, não há nenhum instrumento com sensibilidade suficiente para medir as diferenças de velocidade provocadas por planetas tão pequenos.

Por esta razão, a equipa recorreu a um programa de simulação, que através de métodos estatísticos lhes permitiu excluir outros fenómenos que poderiam provocar as diminuições medidas na curva de luz da estrela. O investigador do CAUP Pedro Figueira comentou acerca deste problema que: "Os planetas anunciados foram validados por exclusão de alternativas. Com o ESPRESSO teremos precisão suficiente para detetar estes objetos e medir pela primeira vez a sua massa, o que permitirá confirmar (ou não) a natureza planetária deles, e mesmo compreender melhor a sua composição interna".

A segunda destas descobertas de exoplanetas com tamanhos comparáveis ao da Terra foi feita pela equipa liderada por Gilles Fontaine (U. Montreal). Esta equipa detetou dois candidatos a planetas à volta da estrela KIC 05807616 (ou KOI 55), uma sub-anã do tipo B. Esta estrela é extremamente quentes (com a temperatura à superfície a exceder os 27 450 ºC) e é basicamente o núcleo exposto de uma antiga gigante vermelha.

Os planetas KOI 55.01 e KOI 55.02, com respetivamente 0,76 e 0,87 vezes o diâmetro da Terra, foram detetados através de asterossismologia, uma técnica que mede as oscilações naturais das estrelas (algo semelhante a sismos nas estrelas). Estas oscilações provocam variações no brilho da estrela e tornam possível “observar” a sua estrutura interna.

Ao medir estas oscilações, a equipa encontrou duas variações periódicas de brilho, com períodos de 5,8 e 8,2 horas respetivamente, oscilações demasiado lentas para terem origem na estrela em si. Depois de excluir várias outras causas, a equipa determinou que a explicação mais provável seria a presença de dois exoplanetas.

Um dado surpreendente acerca destes candidatos a planetas é a distância a que se encontram da estrela – cerca de 900 mil e 1,14 milhões de quilómetros da estrela (64,5 e 50 vezes mais próximos que Mercúrio está do Sol, respetivamente). Como comparação, no sistema Kepler-20 o planeta mais próximo (Kepler-20b) está a menos de 6,8 milhões de quilómetros (ou 8,5 vezes mais próximo que a órbita de Mercúrio).

A ser confirmada a existência destes planetas, significa que estes seriam gigantes gasosos, que terão sido atraídos para dentro da estrela na fase de gigante vermelha, mas massivos o suficiente para não serem completamente consumidos. Quando a fase de gigante vermelha da KIC 05807616 acabou, há cerca de18 milhões de anos, o núcleo sólido desses planetas sobreviveu ainda intacto.

Ambas as descobertas foi publicadas na última edição da revista Nature.

Notas
A zona de habitabilidade é a estreita região em torno da estrela, com as condições necessárias para que possa existir água líquida à superfície de um planeta.

O Método de Trânsito 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.

O método da velocidade radial deteta exoplanetas medindo pequenas variações na velocidade da estrela, devidas ao movimento que a órbita desses planetas imprime na estrela. A variação de velocidade que o movimento da Terra imprime ao Sol é de apenas 10 cm/s (cerca de 0,36 km/h).

O ESPRESSO (Echelle SPectrogaph for Rocky Exoplanet and Stable Spectroscopic Observations) será um espectrógrafo de alta resolução, a ser instalado no observatório VLT (ESO). Tem por objetivo procurar e detetar planetas parecidos com a Terra, capazes de suportar vida. Será capaz de detetar variações de velocidade de cerca de 0,3 km/h (a velocidade de uma tartaruga das Galápagos a caminhar). Este espectrógrafo está a ser desenvolvido por um consórcio que envolve Portugal, Itália, Suíça e Espanha, que em Portugal é liderado pelo CAUP.

A asterossismologia (ou sismologia estelar) é o ramo da astronomia que estuda as vibrações ou oscilações naturais das estrelas, resultantes da propagação de ondas no interior e à superfície destas - literalmente sismos estelares. Essas ondas são detetadas através das variações que provocam no brilho, dimensão e forma da estrela, mas exigem dados observacionais muito precisos. Com este método é possível “observar” a estrutura interna da estrela e inferir as suas propriedades.

Mais informações
Artigo Científico (Fressin et al.) na revista Nature.
Comunicado de imprensa do Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.
Artigo Científico (Fontaine et al.) na revista Nature.
Comunicado de imprensa da Universidade de Montreal.

1. Comparação de tamanhos e das órbitas dos planetas Kepler-20e e Kepler 20f. (NASA/JPL-Caltech/T. Pyle e David A. Aguilar (CfA))
2. Curvas de luz provocadas pelos planetas Kepler-20e e Kepler 20f. (Fressin et al.)
3. Períodos de oscilação dos planetas KOI 55.01 e KOI 55.02 (Fontaine et al.)