Instrumento Inovador Desvenda Segredos dos Exoplanetas

Concepção artística do sistema de estrelas binárias Kepler-13AB, revelada por observações, incluindo os novos dados do Observatório Gemini. As duas estrelas (A e B) são grandes estrelas azuis maciças (centro) com o "Júpiter quente" em trânsito (Kepler-13b) em primeiro plano (canto esquerdo). A estrela B e sua estrela companheira anã vermelha de baixa massa são vistas em segundo plano à direita. Crédito: Gemini Observatory / NSF / AURA / Obra de Joy Pollard

Em uma façanha sem precedentes, uma equipe de pesquisa americana descobriu segredos ocultos de um exoplaneta indescritível usando um novo e poderoso instrumento no telescópio Gemini North, de 8 metros, em Maunakea, no Havaí. As descobertas não apenas classificam um exoplaneta do tamanho de Júpiter em um sistema estelar binário próximo, mas também demonstram conclusivamente, pela primeira vez, que estrela o planeta orbita.
A descoberta ocorreu quando Steve B. Howell, do Centro de Pesquisa Ames da NASA, e sua equipe usaram um instrumento de imagem de alta resolução - chamado 'Alopeke (uma palavra havaiana contemporânea para Fox, em inglês - raposa, em português). A equipe observou o exoplaneta Kepler-13b ao passar em frente (trânsito planetário) a  uma das estrelas do sistema binário Kepler-13AB a cerca de 2.000 anos-luz de distância. Antes dessa tentativa, a verdadeira natureza do exoplaneta era um mistério.
"Havia confusão sobre Kepler-13b: era uma estrela de baixa massa ou um mundo quente como Júpiter? Então, criamos um experimento usando o instrumento 'Alopeke, disse Howell. "Monitoramos as duas estrelas, Kepler A e Kepler B, simultaneamente, enquanto procurávamos por mudanças no brilho durante o trânsito do planeta", explicou Howell. "Para nossa surpresa, não apenas resolvemos o mistério, mas também abrimos uma janela para uma nova era de pesquisa de exoplanetas".
"Esse duplo êxito elevou a importância de instrumentos como o 'Alopeke na pesquisa de exoplanetas", disse Chris Davis, da National Science Foundation, uma das agências patrocinadoras da Gemini. "As visão requintada e as habilidades do telescópio do Observatório Gemini, bem como o inovador instrumento 'Alopeke tornaram essa descoberta possível em apenas quatro horas de observações".
'Alopeke forma "imagens matizadas", coletando mil exposições de 60 milissegundos a cada minuto. Após o processamento dessa grande quantidade de dados, as imagens finais ficam livres dos efeitos adversos da turbulência atmosférica - que pode inchar, desfocar e distorcer imagens de estrelas.
"Cerca de metade de todos os exoplanetas orbitam uma estrela que reside em um sistema binário, mas até agora não estávamos conseguindo determinar com precisão qual estrela hospedaria o planeta", disse Howell.
A análise da equipe revelou uma clara queda na luz de Kepler A, provando que o planeta orbita a mais brilhante das duas estrelas. Além disso, 'Alopeke forneceu simultaneamente dados em comprimentos de onda vermelho e azul, uma capacidade incomum para imageadores de manchas. Comparando os dados vermelho e azul, os pesquisadores ficaram surpresos ao descobrir que o mergulho na luz azul da estrela era cerca de duas vezes mais profundo que o mergulho visto na luz vermelha. Isso pode ser explicado por um exoplaneta quente com uma atmosfera muito extensa, que bloqueia mais efetivamente a luz em comprimentos de onda azuis. Assim, essas observações de manchas multicoloridas oferecem uma visão tentadora da aparência deste mundo distante.
As primeiras observações apontaram que o objeto em trânsito era uma estrela de baixa massa ou uma anã marrom (um objeto situado entre os planetas mais pesados ​​e as estrelas mais leves). Mas a pesquisa de Howell e sua equipe mostra quase certamente que o objeto é um exoplaneta gigante de gás, semelhante a Júpiter, com uma atmosfera "inchada" devido à exposição à tremenda radiação de sua estrela hospedeira.
'Alopeke tem um gêmeo idêntico no telescópio Gemini South, no Chile, chamado Zorro, que é a palavra para raposa em espanhol. Como o 'Alopeke, o Zorro é capaz de gerar imagens matizadas em comprimentos de onda azuis e vermelhos. A presença desses instrumentos nos dois hemisférios permite ao Observatório Gemini resolver os milhares de exoplanetas conhecidos.
"A imagem matizada está passando por um renascimento com novas tecnologias, com o  advento de detectores rápidos e de baixo ruído tornando-se cada vez mais facilmente disponíveis", disse o membro da equipe e o cientista de instrumentos do 'Alopeke, Andrew Stephens, no telescópio Gemini North.
Proposto pela primeira vez pelo astrônomo francês Antoine Labeyrie em 1970, a imagem em matizes é baseada na ideia de que a turbulência atmosférica pode ser "congelada" ao obter exposições muito curtas. Nessas exposições curtas, as estrelas parecem coleções de pequenos pontos ou manchas, onde cada uma dessas manchas tem o tamanho do limite ideal de resolução do telescópio. Ao obter muitas exposições e usar uma abordagem matemática inteligente, essas manchas podem ser reconstruídas para formar a verdadeira imagem da fonte, removendo o efeito da turbulência atmosférica. O resultado é a imagem da mais alta qualidade que um telescópio pode produzir - fazendo desses instrumentos excelentes sondas de sistemas extra-solares que podem abrigar planetas.
A descoberta de planetas que orbitam outras estrelas mudou a visão de nosso lugar no Universo. Missões espaciais como o Telescópio Espacial Kepler/K2 e o TESS revelaram que há o dobro de planetas orbitando estrelas no céu do que estrelas visíveis a olho nu; até o momento, a contagem total de descobertas gira em torno de 4.000. Esses telescópios detectam exoplanetas procurando minúsculas variações no brilho de uma estrela quando um planeta cruza à sua frente.
"Essas missões observam grandes campos de visão contendo centenas de milhares de estrelas, não tendo assim a resolução espacial necessária para investigar mais profundamente", disse Howell. Uma das principais descobertas da pesquisa sobre exoplanetas é que cerca de metade de todos os exoplanetas orbitam estrelas que residem em sistemas binários. Compreender esses sistemas complexos requer tecnologias mais avançadas, que possam conduzir observações sensíveis ao tempo e investigar os detalhes mais precisos com excepcional clareza".
"Nosso trabalho com o Kepler-13b permanece como um modelo para pesquisas futuras de exoplanetas em vários sistemas estelares", continuou Howell. "As observações destacam a capacidade de imagens de alta resolução com telescópios poderosos como o Gemini, não apenas para avaliar quais planetas estão em sistemas binários, mas também para determinar com precisão quais das estrelas o exoplaneta orbita".

Fonte: PHYS.ORG