De acordo com as estimativas atuais, pode haver até 100 bilhões de planetas apenas na Via Láctea. Infelizmente, encontrar evidências desses planetas é um trabalho difícil e demorado. Na maioria das vezes, os astrônomos são forçados a confiar em métodos indiretos que medem quedas no brilho de uma estrela (o método de trânsito) das medições Doppler do próprio movimento da estrela (o método de velocidade radial).
A geração de imagens diretas é muito difícil devido ao efeito de cancelamento das estrelas, onde seu brilho dificulta a identificação de planetas que os orbitam. Felizmente, um novo estudo liderado pelo Centro de Processamento e Análise de Infravermelho (IPAC) da Caltech determinou que pode haver um atalho para encontrar exoplanetas usando imagens diretas. A solução, eles afirmam, é procurar sistemas com um disco circunstancial de detritos, pois eles certamente terão pelo menos um planeta gigante.
O estudo, intitulado "Uma pesquisa de imagem direta de discos de detritos detectados por Spitzer: ocorrência de planetas gigantes em sistemas empoeirados", apareceu recentemente em O Jornal Astronômico. Tiffany Meshkat, cientista assistente de pesquisa do IPAC / Caltech, foi a principal autora do estudo, que ela realizou enquanto trabalhava no Laboratório de Propulsão a Jato da NASA como pesquisadora de pós-doutorado.
Para o objetivo deste estudo, Meshkat e seus colegas examinaram dados de 130 sistemas diferentes de estrela única com discos de detritos, que eles compararam com 277 estrelas que não parecem hospedar discos. Todas essas estrelas foram observadas pelo Telescópio Espacial Spitzer da NASA e eram todas relativamente jovens (menos de 1 bilhão de anos). Desses 130 sistemas, 100 haviam sido estudados anteriormente para encontrar exoplanetas.
Meshkat e sua equipe acompanharam os 30 sistemas restantes usando dados do W.M. Observatório Keck, no Havaí, e o Telescópio Muito Grande do Observatório Europeu do Sul (ESO) (VLT), no Chile. Embora eles não tenham detectado novos planetas nesses sistemas, seus exames ajudaram a caracterizar a abundância de planetas em sistemas que tinham discos.
O que eles descobriram foi que estrelas jovens com discos de detritos têm mais probabilidade de também ter exoplanetas gigantes com órbitas largas do que aqueles que não têm. Esses planetas também provavelmente tinham cinco vezes a massa de Júpiter, tornando-os "super-Júpiteres". Como o Dr. Meshkat explicou em um comunicado de imprensa recente da NASA, este estudo será útil quando chegar a hora dos caçadores de exoplanetas selecionarem seus alvos:
“Nossa pesquisa é importante sobre como as futuras missões planejarão quais estrelas serão observadas. Muitos planetas encontrados por meio de imagens diretas estão em sistemas com discos de detritos e agora sabemos que a poeira pode ser um indicador de mundos não descobertos. ”
Este estudo, que foi o maior exame de estrelas com discos empoeirados, também forneceu as melhores evidências até o momento de que planetas gigantes são responsáveis por manter os discos sob controle. Embora a pesquisa não tenha resolvido diretamente por que a presença de um planeta gigante causaria a formação de discos de detritos, os autores indicam que seus resultados são consistentes com as previsões de que os discos de detritos são produtos de planetas gigantes se agitando e causando colisões de poeira.
Em outras palavras, eles acreditam que a gravidade de um planeta gigante faria com que os planestimais colidissem, impedindo-os de formar planetas adicionais. Como o co-autor do estudo Dimitri Mawet, que também é pesquisador sênior do JPL, explicou:
"É possível não encontrarmos pequenos planetas nesses sistemas porque, no início, esses corpos massivos destruíram os blocos de construção de planetas rochosos, enviando-os esmagando-se a altas velocidades em vez de combiná-los suavemente. ”
Dentro do Sistema Solar, os planetas gigantes criam tipos de detritos. Por exemplo, entre Marte e Júpiter, você tem o Cinturão de Asteróides Principal, enquanto além de Netuno fica o Cinturão de Kuiper. Muitos dos sistemas examinados neste estudo também possuem dois cintos, embora sejam significativamente mais jovens que os cintos do Sistema Solar - com aproximadamente 1 bilhão de anos em comparação com 4,5 bilhões de anos.
Um dos sistemas examinados no estudo foi o Beta Pictoris, um sistema que possui um disco de detritos, cometas e um exoplaneta confirmado. Este planeta, designado Beta Pictoris b, que tem 7 massas de Júpiter e orbita a estrela a uma distância de 9 UAs - ou seja, nove vezes a distância entre a Terra e o Sol. Este sistema foi fotografado diretamente por astrônomos no passado usando telescópios terrestres.
Curiosamente, os astrônomos previram a existência desse exoplaneta muito antes de ser confirmado, com base na presença e na estrutura do disco de detritos do sistema. Outro sistema que foi estudado foi o HR8799, um sistema com um disco de detritos que possui duas correias de poeira proeminentes. Nestes tipos de sistemas, a presença de planetas mais gigantes é inferida com base na necessidade de manutenção desses cinturões de poeira.
Acredita-se que este seja o caso do nosso próprio Sistema Solar, onde, há 4 bilhões de anos, os planetas gigantes desviam os cometas que passam em direção ao Sol. Isso resultou no bombardeio pesado tardio, onde os planetas internos estavam sujeitos a inúmeros impactos que ainda são visíveis hoje. Os cientistas também acreditam que foi durante esse período que as migrações de Júpiter, Saturno, Urano e Netuno desviaram poeira e pequenos corpos para formar o Cinturão de Kuiper e o Cinturão de Asteróides.
A Dra. Meshkat e sua equipe também observaram que os sistemas que examinaram continham muito mais poeira do que o nosso Sistema Solar, o que pode ser atribuído a suas diferenças de idade. No caso de sistemas com cerca de 1 bilhão de anos, o aumento da presença de poeira pode ser o resultado de corpos pequenos que ainda não formaram corpos maiores colidindo. A partir disso, pode-se inferir que nosso Sistema Solar já foi muito mais poeira.
No entanto, os autores observam também que é possível que os sistemas que eles observaram - que têm um planeta gigante e um disco de detritos - possam conter mais planetas que simplesmente ainda não foram descobertos. No final, eles admitem que são necessários mais dados antes que esses resultados possam ser considerados conclusivos. Entretanto, esse estudo pode servir como um guia sobre onde os exoplanetas podem ser encontrados.
Como afirmou Karl Stapelfeldt, o cientista chefe do Escritório do Programa de Exploração Exoplanet da NASA e co-autor do estudo:
"Ao mostrar aos astrônomos que missões futuras como o Telescópio Espacial James Webb da NASA têm sua melhor chance de encontrar exoplanetas gigantes, esta pesquisa abre caminho para descobertas futuras".
Além disso, este estudo pode ajudar a informar nosso próprio entendimento de como o Sistema Solar evoluiu ao longo de bilhões de anos. Há algum tempo, os astrônomos debatem se planetas como Júpiter migraram ou não para suas posições atuais e como isso afetou a evolução do Sistema Solar. E continua a haver um debate sobre como o Cinturão Principal se formou (ou seja, vazio).
Por último, mas não menos importante, poderia informar pesquisas futuras, informando aos astrônomos quais sistemas estelares estão se desenvolvendo da mesma maneira que a nossa, bilhões de anos atrás. Onde quer que os sistemas estelares possuam discos de detritos, eles inferem a presença de um gigante gasoso particularmente maciço. E onde eles têm um disco com dois cinturões de poeira proeminentes, eles podem inferir que ele também se tornará um sistema que contém muitos planetas ee dois cinturões.
