Exoplanetas: duas décadas de descobertas

Representação artística de 51 Pegasi b, o primeiro exoplaneta confirmado a orbitar uma estrela semelhante ao Sol, numa descoberta que lançou um campo novo de exploração. Crédito: NASA/JPL-Caltech.

Um exoplaneta (ou planeta extrassolar) é um planeta que orbita uma estrela diferente do Sol, pertencendo a outro sistema solar distinto do nosso.

Decidi abrir uma série de artigos dedicados à exoplanetologia essencialmente por dois motivos:

1. apesar de ver frequentemente publicações de excelência no âmbito da astrofotografia, o mesmo não tem acontecido para a deteção de exoplanetas por parte dos astrónomos amadores e
2. para desenvolver a segunda direção de procura de vida extraterrestre apresentada no meu primeiro artigo da série [ET] .

A descoberta do primeiro exoplaneta foi anunciada em 1989, por David Latham, quando variações nas velocidades radiais da estrela HD 114762 foram explicadas como efeitos gravitacionais causados por um ou mais corpos de massa subestelar, possivelmente gigantes gasosos mais massivos que Júpiter.

Todavia, uma pesquisa subsequente em 1992 concluiu que os dados não eram robustos o suficiente para confirmar a presença de um planeta, mas dois anos depois, técnicas mais aperfeiçoadas confirmaram a sua existência. Atualmente, admite-se que exista apenas um planeta em torno desta estrela.

A primazia da descoberta dos primeiros exoplanetas também é reclamada pelo astrónomo polaco Aleksander Wolszczan, que em 1993 descobriu 3 planetas a orbitar o pulsar PSR B1257+12. Acredita-se que eles tenham sido formados a partir do remanescente da supernova que originou o pulsar.

Vários exoplanetas começaram a ser descobertos no fim da década de 1990 como resultado do aperfeiçoamento da tecnologia dos telescópios, tais como o advento dos CCDs e programas de processamento de imagens por computador. Tais avanços permitiram medições mais precisas do movimento estelar, possibilitando que os astrónomos detetassem planetas, não visualmente (porque a luminosidade de um planeta é geralmente muito baixa para ser detetada desta forma), mas através de métodos indiretos, i.e., medindo os efeitos gravitacionais que exercem sobre as estrelas em torno das quais orbitam (variação da velocidade radial e astrometria) ou devido à variação da luminosidade aparente da estrela hospedeira quando transitam à frente do disco estelar (método do trânsito).

O primeiro planeta extrassolar descoberto ao redor de uma estrela da sequência principal (51 Pegasi) foi anunciado em 6 de Outubro de 1995 por Michel Mayor e Didier Queloz. Desde então, dezenas de planetas foram descobertos e algumas suspeitas datadas do fim dos anos 80 foram finalmente confirmadas.

Em outubro de 2013, foi ultrapassada a marca dos 1000 exoplanetas confirmados após duas décadas de investigação. Atualmente, esse número já ascendeu aos 3.500.

Apesar de ser um marco assinalável, alcançado em aproximadamente 21 anos, esta contagem corresponde apenas a uma ínfima fração do total de planetas que existirão na órbita dos milhares de milhões de estrelas que povoam a Galáxia. Os próximos anos irão trazer-nos, certamente, uma melhor compreensão das características destes mundos, bem como novas e inesperadas descobertas.

Atualmente, por questões preferenciais, podemos distinguir 3 grandes grupos de exoplanetas:

• os gigantes de gás e gelo, com massa semelhante à de Júpiter ou até 10 vezes maior, distanciados da sua estrela a mais de 0,2 UA;
• os Júpiteres quentes, que são semelhantes em tamanho ao grupo anterior mas que se encontram incrivelmente próximos da sua estrela; e
• as super-Terras (ou mini Neptunos), por possuírem menos massa que os anteriores mas mais que a Terra.

Variação da massa planetária em função da distância (UA) à estrela. Fonte: Exoplanet.eu

Mas a variedade de mundos extraterrestres é muito maior. Existem inúmeras relações de raios e massas.

A diversidade de sistemas planetários também é significativa, tendo já sido encontrados sistemas:

• contendo apenas 1 planeta, com excentricidades a variar de 0 até perto dos 0,85, estas mais elevadas normalmente associadas a estrelas binárias (HD 156864);
• com vários planetas, alguns com períodos hierarquizados conforme o nosso sistema solar, outros em ressonância, isto é: exercendo influência gravitacional entre si devido à existência duma relação bem definida quanto aos seus períodos. Ilustrando este conceito, podemos considerar o HD 82943, um sistema constituído por 2 planetas em que, por cada translação do planeta exterior, o interior completa duas voltas em torno da estrela, designando-se por ressonância 2:1; e
• foram ainda encontrados sistemas ultracompactos, assim chamados devido às órbitas planetárias serem muito próximas entre si.

Há também registo de planetas a orbitar sistemas binários, o que se pensava ser improvável. Tal pode ser explicado de maneiras diferentes:

• quando as estrelas estão próximas (até 3 UA), pode existir um planeta depois da zona de instabilidade que orbite as 2 estrelas simultaneamente; ou
• quando as estrelas estão bastante separadas (por mais de 50 UA), pode existir um planeta a orbitar apenas uma das estrelas do binário.

Variedade é uma das palavras que resume os diferentes tamanhos dos exoplanetas, bem como a composição dos seus sistemas planetários.

Nos próximos artigos abordarei os principais métodos de deteção de exoplanetas (velocidade radial, astrometria, deteção direta e trânsito), sempre que possível com exercícios resolvidos de modo a facilitar a compreensão da matemática envolvida.

Bem-vindo ao apaixonante mundo da exoplanetologia!

• Saber mais: Plataforma Exoplanetologia.