Deteção de Exoplanetas: o problema dos falsos positivos

Imagem artística exemplificando a origem dos falsos positivos. Fonte (Sol): NASA/SDO.

No decurso da análise de dados, detetámos uma curva de luz característica de um trânsito planetário e poderá surgir a questão: “será que o trânsito teve mesmo origem num planeta que orbitou à frente da sua estrela?

Efetivamente, depois de concretizados os parâmetros físicos do trânsito, torna-se necessário efetuar a confirmação por outro método, por exemplo, através da medição da velocidade radial, pois só assim será possível identificar a massa mínima de um corpo em órbita ou se era algum artificio fotométrico.

Atualmente existem poucos observatórios no mundo com capacidade para realizar medições de velocidade radial com a precisão necessária. O tempo de utilização destes telescópios com espetrógrafo é dispendioso e alvo de competição intensa entre os astrónomos. Por este motivo, as estratégias de seguimento de candidatos a exoplanetas estão organizadas por forma a eliminar o maior número possível de falsos positivos e utilizar o tempo destes telescópios em candidatos com probabilidades mais fortes de virem a ser confirmados. O despiste de falsos positivos é realizado em telescópios de dimensão mais modesta, envolvendo medições de velocidade radial de baixa precisão, imagens de alta resolução e fotometria de precisão. Mas não é tarefa fácil. Veja-se o exemplo da missão Kepler, que teve como objetivo descobrir planetas com massa semelhante à da Terra, à distância aproximada de 1 UA (igual à da Terra em relação ao Sol), a orbitar uma estrela da classe espetral do Sol. Compare-se agora com o exposto no artigo sobre o método da velocidade radial, onde foi calculada a variação da velocidade do Sol devido ao efeito da Terra, pelo valor de 10 cm/s. Ora, como poderia o HARPS resolver este objeto se a sua precisão é de “apenas” 50 cm/s?

Um falso positivo é o nome dado a um candidato a exoplaneta que não chega a ser confirmado e o seu despiste pode ser conseguido em 4 passos:

  1. Evitar zonas de confusão estelar (por exemplo: o braço da Via Láctea). Numa zona intensamente povoada de estrelas, poderá dar-se o caso de ocorrerem fenómenos astronómicos (alteração mínima de luminosidade impercebível à observação) atrás da estrela em observação que influenciem a fotometria, dando origem a conclusões deturpadas. Por exemplo, numa janela de 1 grau de arco, a probabilidade de encontrarmos uma estrela de magnitude 7 é quase certa; porém, se reduzirmos o tamanho da janela para 1 minuto de arco, essa probabilidade torna-se praticamente nula, mantendo-se elevada para magnitudes de 15 a 20;
  2. Estabilidade no comprimento de onda. Observando o mesmo trânsito com filtros diferentes, se estivermos perante um sistema binário estelar (sem exoplaneta), a profundidade do trânsito vai variar devido ao efeito de escurecimento do limbo, situação que não acontece num trânsito real devido ao planeta não emitir luz própria;
  3. Concordância matemática das equações do trânsito. Se algum parâmetro estiver ligeiramente errado, as equações seguintes conduzirão a resultados impossíveis devido à elevada sensibilidade das funções trigonométricas; e
  4. Pesar o planeta. O trânsito dá-nos o raio do exoplaneta e se conseguirmos obter a massa mínima (pela velocidade radial), então poderemos modelar a densidade e ficar com uma ideia de que objeto se trata (planeta rochoso/gasoso ou estrela).

Quais são as configurações estelares capazes de produzir resultados (curvas de luz) semelhantes ao trânsito de um exoplaneta? Qual a origem destes falsos positivos? A figura de capa pretende ilustrar esta questão:

  1. Eclipses de sistemas binários localizados atrás da estrela em observação;
  2. Trânsitos de objetos igualmente localizados atrás da estrela;
  3. Manchas solares ou “buraco coronal” na fotosfera da estrela observada; e
  4. Sistema binário composto por uma estrela de pequena dimensão, podendo ser confundida com um exoplaneta devido à inclinação orbital.

Contudo, se formos forçados a trabalhar no limite da deteção à procura de planetas de raio semelhante ao da Terra, os registos podem ser influenciados pelo red noise, produzindo curvas de luz semelhantes às do trânsito cuja origem está relacionada com alterações das condições atmosféricas ou com o movimento das estrelas no detetor. Observações a partir do espaço são preferíveis pois minimizam significativamente este ruído.

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