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.
“O 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 planetária 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 sua estrela do que encontrar grandes planetas perto de sua estrela. “
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, estudante de pós-graduação da Penn State e primeiro autor do estudo. “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.
“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 em que os planetas poderiam suportar água líquida em suas superfícies. A busca por evidências de vida em planetas do tamanho da Terra na zona habitável de estrelas semelhantes ao Sol exigirá uma grande missão espacial nova.”
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 quatro 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 no fornecimento de métodos estatísticos e computacionais de última geração para a análise de observações astronômicas para resolver esses tipos de perguntas. Nosso Institute for CyberScience (ICS) e Center for Astrostatistics (CASt) fornecem infraestrutura e suporte que torna esses tipos de projetos possíveis “.
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.
Publicado em 15/08/2019
Artigo original: https://phys.org/news/2019-08-earth-like-planets-sun-like-stars.html
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