Nosso vizinho estelar mais próximo é Proxima Centauri, uma estrela do tipo M (anã vermelha) localizada a 4,24 anos-luz de distância (parte do sistema trinário Alpha Centauri). Em 2016, a comunidade astronômica ficou surpresa ao saber que um planeta semelhante à Terra orbitava dentro da zona habitável circunsolar (HZ) desta estrela. Além de ser o exoplaneta mais próximo da Terra, Proxima b também foi considerado o lugar mais promissor para a procura de vida extraterrestre por um tempo.
Infelizmente, a comunidade científica está dividida sobre se a vida poderia ou não ser possível neste planeta. Todos esses estudos indicam que essa pergunta não pode ser respondida até que os astrônomos caracterizem a atmosfera de Proxima b, idealmente observando-a enquanto ela passa na frente (ou seja, em trânsito) de sua estrela hospedeira. Mas em um novo estudo apoiado pela NASA, uma equipe liderada por astrofísicos da Universidade de Chicago determinou que esta é uma possibilidade improvável.
O estudo que descreve suas descobertas, que aparecerá em breve na Frontiers in Astronomy and Space Sciences, foi liderado por Emily A. Gilbert, uma estudante de graduação do Departamento de Astronomia e Astrofísica da Universidade de Chicago. Ela foi acompanhada por pesquisadores do Planetário Adler, do Centro de Ciência e Tecnologia Espacial (Universidade de Maryland) e do Laboratório de Exoplanetas e Astrofísica Estelar no Goddard Space Flight Center da NASA.
Os responsáveis pela descoberta foram Guillem Anglada-Escudé e uma equipe de astrônomos da campanha Pale Red Dot. Usando o espectrógrafo Busca de Planeta de Velocidade Radial de Alta Precisão (HARPS) no telescópio ESO de 3,6 metros no Observatório La Silla do ESO, a equipe confirmou a presença de Proxima b usando um método conhecido como espectroscopia Doppler (também conhecido como método de velocidade radial).
Este método consiste em observar os espectros das estrelas em busca de sinais de “oscilação”, onde a estrela está se movendo cada vez mais para longe da Terra. Isso é causado pela influência gravitacional dos planetas que orbitam a estrela, cuja extensão é usada para inferir a massa dos planetas. No caso de Proxima b, os astrônomos obtiveram uma estimativa de massa mínima de 1,24 e uma estimativa máxima de 2,06 massas terrestres.
A sua presença foi confirmada novamente em 2020 com o instrumento Very Large Telescope (VLT) do ESO e o seu Echelle SPectrograph para Rocky Exoplanet e Stable Spectroscopic Observations (ESPRESSO) – os sucessores do espectrógrafo HARPS. Embora a maioria dos exoplanetas até agora tenha sido detectada usando o método de trânsito (também conhecido como fotometria de trânsito), isso foi considerado impraticável para uma estrela como Proxima Centauri, que é uma estrela de baixa massa e menos brilhante do tipo M (anã vermelha).
Mas, como Gilbert e seus colegas indicam em seu estudo, isso não evitou que várias equipes de pesquisa astronômica tentassem detectar planetas em trânsito na Proxima Centauri. Por exemplo. O Prof. Kipping e seus colegas do Cool Worlds Laboratory da Columbia University observaram o Proxima Centauri por 43,5 dias entre 2014 e 2015 usando o satélite de Microvariabilidade e Oscilação de Estrelas da Agência Espacial Canadense (MOST).
Em 2016, duas equipes de pesquisa observaram independentemente Proxima Centauri em busca de sinais de trânsito usando o Observatório Las Campanas no Chile e o Telescópio de Pesquisa Bright Star na Estação de Zhongshan na Antártica. Ambas as pesquisas encontraram evidências de possíveis trânsitos, mas não foram capazes de confirmá-las. Em 2018/19, uma equipe internacional lançou um estudo de duas partes sobre centenas de observações feitas entre 2006 e 2017 de observatórios em toda a Terra. Tanto no estudo original quanto no de acompanhamento, os autores indicaram que não foram observados trânsitos.
Para o bem de seu estudo, Gilbert e sua equipe confiaram nos dados coletados pelo Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), o sucessor do Telescópio Espacial Kepler. Usando um novo conjunto de algoritmos, a equipe examinou duas campanhas de observação TESS feitas de Proxima Centauri – de 23 de abril a 18 de junho de 2019 e de 29 de abril a 26 de maio de 2021 – em busca de sinais de trânsito em Proxima b.
Eles também incluíram um algoritmo que modelou a atividade estelar de Proxima Centauri. Ele emite flares de luz branca duas a três vezes por dia ou mais (alguns dos quais são muito poderosos). Na verdade, em um estudo de 2016 coautorizado por David Kipping, foi sugerido que as erupções podem dominar Proxima Centauri de tal forma que as observações em série temporal de sua curva de luz podem ser pensadas principalmente como uma superposição de muitas chamas. Como Gilbert e seus colegas indicam em seu estudo, isso sempre tornou muito difícil procurar sinais de trânsitos planetários com Proxima Centauri:
“Esse nível de atividade pode complicar a busca por exoplanetas em trânsito por causa do ruído adicional nos dados. Um método típico de lidar com grandes chamas é identificá-las e removê-las usando algoritmos de detecção de chamas ou simples recorte sigma.
“Aqui, adotamos uma abordagem diferente, identificamos os flares usando um algoritmo personalizado, modelamos os flares usando um modelo, subtraímos esses flares dos dados e, em seguida, realizamos a pesquisa de trânsito. Em seguida, injetamos trânsitos na curva de luz para testar nosso sensibilidade aos planetas em trânsito. ”
Pode-se perguntar: por que os astrônomos persistem em procurar trânsitos? A resposta é simples: se Proxima b transitasse na frente de seu sol, os astrônomos poderiam obter espectroscopia de transmissão a partir da luz que passa por sua atmosfera. Isso permitiria a eles discernir a presença de assinaturas químicas e restringir a composição atmosférica do planeta, incluindo biomarcadores potenciais.
A equipe usou dois algoritmos de busca de planetas para detectar sinais de trânsito planetário nos dados TESS como uma próxima etapa. Primeiro, eles usaram o Transit Least Squares (TLS) desenvolvido por Michael Hippke e René Heller (Observatório Sonneberg e Instituto Max Planck para Pesquisa do Sistema Solar, respectivamente). Em segundo lugar, eles empregaram o Quasiperiodic Automated Transit Search (QATS) do Hubble Fellow Joshua A. Carter e Eric Agol – do Harvard Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) e da Universidade de Washington.
No entanto, Gilbert e sua equipe ainda não encontraram evidências de trânsitos nos dados. Para ter certeza, eles injetaram sinais de planeta em trânsito sintéticos nos dados do TESS para determinar quais circunstâncias um planeta em trânsito poderia ser detectado. A partir disso, eles determinaram que os exoplanetas orbitando com HZ de Proxima Centauri teriam que medir menos de 0,4 a 0,5 raios terrestres (semelhante a Marte) para serem detectados. Isso exclui Proxima b, que mede entre 0,68 e 2,5 raios terrestres.
Esta é uma notícia decepcionante para os pesquisadores de exoplanetas, pois confirma que a única maneira de caracterizar o Proxima b é enviar uma missão real para lá. Nesse sentido, projetos como Breakthrough Starshot e outros conceitos de “vela leve” precisariam acontecer antes que os cientistas pudessem determinar se nosso vizinho exoplaneta mais próximo é adequado para a vida. No entanto, também pode ser possível obter imagens de Proxima b diretamente em um futuro próximo, usando telescópios de próxima geração.
Isso inclui o Telescópio Espacial James Webb, com lançamento previsto para 18 de dezembro, e o Telescópio Espacial Nancy Grace Roman, que seguirá em 2027. Observatórios terrestres como o Extremely Large Telescope (ELT) do ESO e o Carnegie Institute of O Telescópio Magellan Gigante da Science (GMT) também será capaz de conduzir estudos de imagem diretos usando seus grandes espelhos, espectrógrafos, coronógrafos e ótica adaptativa.
Esses e outros observatórios também se beneficiarão das técnicas de aprendizado de máquina da próxima geração (como a desenvolvida por Gilbert e seus colegas). A contabilização do nível de atividade estelar permitirá aos astrônomos extrair assinaturas de exoplanetas de todo o ruído de fundo com maior precisão. Conforme eles concluem em seu estudo:
“Com a missão TESS em andamento, bem como missões planejadas como Platão, fornecendo uma longa linha de base e observações de alta precisão, esta técnica pode ser extremamente valiosa para detectar pequenos planetas orbitando estrelas hospedeiras ativas. Existem muitas estrelas próximas ativas de baixa massa e os métodos que apresentamos aqui, podem melhorar significativamente nossa sensibilidade a pequenos planetas que transitam por essas estrelas. ”
Com essas ferramentas, instrumentos e observatórios à sua disposição, os astrônomos esperam expandir muito o catálogo de exoplanetas (4.569 confirmados e aumentando) nos próximos anos, bem como acelerar a transição para a caracterização de exoplanetas. Nesse ponto, algumas das perguntas mais urgentes (como “estamos sozinhos no universo?”) Serão finalmente respondidas.
Publicado em 22/11/2021 12h17
Artigo original:
Estudo original: