O QUE é O MéTODO DE IMAGEM DIRETA?

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Bem-vindo de volta à versão mais recente de nossa série sobre métodos de caça ao Exoplanet. Hoje começamos com o método muito difícil, mas muito promissor, conhecido como Imagem Direta.

Nas últimas décadas, o número de planetas descobertos além do nosso Sistema Solar cresceu aos trancos e barrancos. Em 4 de outubro de 2018, um total de 3.869 exoplanetas foram confirmados em 2.887 sistemas planetários, com 638 sistemas hospedando vários planetas. Infelizmente, devido às limitações que os astrônomos foram forçados a enfrentar, a grande maioria delas foi detectada usando métodos indiretos.

Até agora, apenas um punhado de planetas foi descoberto ao serem fotografados enquanto orbitavam suas estrelas (também conhecido como Direct Imaging). Embora desafiador em comparação com métodos indiretos, esse método é o mais promissor quando se trata de caracterizar as atmosferas de exoplanetas. Até agora, 100 planetas foram confirmados em 82 sistemas planetários usando esse método, e espera-se que muitos mais sejam encontrados no futuro próximo.

Descrição:

Como o nome sugere, o Direct Imaging consiste em capturar imagens de exoplanetas diretamente, o que é possível pesquisando a luz refletida da atmosfera de um planeta em comprimentos de onda infravermelhos. A razão disso é que, nos comprimentos de onda infravermelhos, é provável que uma estrela seja cerca de 1 milhão de vezes mais brilhante que um planeta refletindo a luz, em vez de um bilhão de vezes (o que normalmente ocorre nos comprimentos de onda visuais).

Uma das vantagens mais óbvias da Imagem Direta é que ela é menos propensa a falsos positivos. Enquanto o Método de Trânsito é propenso a falsos positivos em até 40% dos casos que envolvem um único sistema planetário (necessitando de observações de acompanhamento), os planetas detectados usando o Método da Velocidade Radial exigem confirmação (daí o porquê geralmente é emparelhado com o Método de Trânsito) . Por outro lado, o Direct Imaging permite que os astrônomos vejam realmente os planetas que estão procurando.

Embora as oportunidades de uso desse método sejam raras, onde quer que sejam feitas detecções diretas, ele pode fornecer aos cientistas informações valiosas sobre o planeta. Por exemplo, examinando os espectros refletidos na atmosfera de um planeta, os astrônomos conseguem obter informações vitais sobre sua composição. Essas informações são intrínsecas à caracterização de exoplanetas e determinam se são potencialmente habitáveis.

No caso de Fomalhaut b, esse método permitiu aos astrônomos aprender mais sobre a interação do planeta com o disco protoplanetário da estrela, colocar restrições na massa do planeta e confirmar a presença de um sistema massivo de anéis. No caso da HR 8799, a quantidade de radiação infravermelha refletida na atmosfera de seu exoplaneta (combinada com modelos de formação planetária) forneceu uma estimativa aproximada da massa do planeta.

A Imagem Direta funciona melhor para planetas que têm órbitas largas e são particularmente massivas (como gigantes de gás). Também é muito útil para detectar planetas posicionados "de frente", o que significa que eles não transitam na frente da estrela em relação ao observador. Isso o torna complementar à velocidade radial, que é mais eficaz para detectar planetas que estão “na borda”, onde os planetas fazem trânsitos de sua estrela.

Comparado a outros métodos, a Imagem Direta é bastante difícil por causa do efeito obscurecedor da luz de uma estrela. Em outras palavras, é muito difícil detectar a luz refletida na atmosfera de um planeta quando sua estrela-mãe é muito mais brilhante. Como resultado, as oportunidades de criação de imagens diretas são muito raras usando a tecnologia atual.

Na maioria das vezes, os planetas só podem ser detectados usando esse método quando orbitam a grandes distâncias de suas estrelas ou são particularmente massivos. Isso o torna muito limitado quando se trata de procurar planetas terrestres (também conhecidos como "terrestres") que orbitam mais perto de suas estrelas (ou seja, dentro da zona habitável de sua estrela). Como resultado, esse método não é particularmente útil quando se trata de procurar exoplanetas potencialmente habitáveis.

Exemplos de pesquisas de imagem direta:

A primeira detecção de exoplaneta realizada usando essa técnica ocorreu em julho de 2004, quando um grupo de astrônomos usou o Very Large Telescope Array (VLTA) do Observatório Europeu do Sul (ESO) para criar imagens de um planeta várias vezes a massa de Júpiter nas proximidades de 2M1207 - uma anã marrom localizada a cerca de 200 anos-luz da Terra.

Em 2005, novas observações confirmaram a órbita desse exoplaneta em torno de 2M1207. No entanto, alguns permaneceram céticos quanto ao fato de ter sido o primeiro caso de “Imagem Direta”, uma vez que a baixa luminosidade da anã marrom foi o que tornou possível a detecção do planeta. Além disso, porque orbita uma anã marrom, levou alguns a argumentar que a gigante do gás não é um planeta adequado.

Em setembro de 2008, um objeto foi fotografado com uma separação de 330 UA em torno de sua estrela hospedeira, 1RXS J160929.1? 210524 - que está localizada a 470 anos-luz de distância na constelação de Scorpius. No entanto, não foi até 2010 que se confirmou que era um planeta e um companheiro para a estrela.

Em 13 de novembro de 2008, uma equipe de astrônomos anunciou que havia capturado imagens de um exoplaneta orbitando a estrela Fomalhaut usando o Telescópio Espacial Hubble. A descoberta foi possível graças ao disco espesso de gás e poeira ao redor de Fomalhaut e à borda interna afiada que sugere que um planeta havia retirado detritos de seu caminho.

Observações de acompanhamento com o Hubble produziram imagens do disco, o que permitiu aos astrônomos localizar o planeta. Outro fator que contribui é o fato de que este planeta, que tem o dobro da massa de Júpiter, é cercado por um sistema de anéis várias vezes mais espesso que os anéis de Saturno, o que fez com que o planeta brilhasse bastante à luz visual.

No mesmo dia, os astrônomos que usavam os telescópios do Observatório Keck e Gemini anunciaram que haviam imaginado 3 planetas orbitando o HR 8799. Esses planetas, que possuem massas 10, 10 e 7 vezes a de Júpiter, foram todos detectados no infravermelho comprimentos de onda. Isso foi atribuído ao fato de que o HR 8799 é uma estrela jovem e acredita-se que os planetas ao seu redor ainda retêm parte do calor de sua formação.

Em 2009, a análise de imagens desde 2003 revelou a existência de um planeta orbitando Beta Pictoris. Em 2012, astrônomos que usavam o Telescópio Subaru no Observatório Mauna Kea anunciaram a imagem de um “Super-Júpiter” (com 12,8 massas de Júpiter) orbitando a estrela Kappa Andromedae a uma distância de cerca de 55 UA (quase o dobro da distância de Netuno do Sol).

Outros candidatos foram encontrados ao longo dos anos, mas até agora, eles ainda não foram confirmados como planetas e podem ser anãs marrons. No total, 100 exoplanetas foram confirmados usando o método Direct Imaging (aproximadamente 0,3% de todos os exoplanetas confirmados), e a grande maioria eram gigantes gasosos que orbitavam a grandes distâncias de suas estrelas.

No entanto, espera-se que isso mude no futuro próximo à medida que telescópios da próxima geração e outras tecnologias se tornarem disponíveis. Isso inclui telescópios terrestres equipados com óptica adaptativa, como o Telescópio de Trinta Metros (TMT) e o Telescópio Magalhães (GMT). Eles também incluem telescópios que dependem de coronografia (como o James Webb Space Telescope (JWST), onde um dispositivo dentro do telescópio é usado para bloquear a luz de uma estrela.

Outro método que está sendo desenvolvido é conhecido como uma "sombra estelar", um dispositivo posicionado para bloquear a luz de uma estrela antes mesmo de entrar no telescópio. Para um telescópio espacial à procura de exoplanetas, uma sombra estelar seria uma espaçonave separada, projetada para se posicionar na distância e ângulo certos para bloquear a luz das estrelas que os astrônomos estavam observando.

Temos muitos artigos interessantes sobre a caça de exoplanetas aqui na Space Magazine. Aqui está o que é o método de trânsito ?, o que é o método de velocidade radial ?, o que é o método de microlensação gravitacional? E o universo de Kepler: mais planetas em nossa galáxia do que estrelas.

Astronomy Cast também tem alguns episódios interessantes sobre o assunto. Aqui está o episódio 367: Spitzer faz exoplanetas e o episódio 512: criação direta de imagens de exoplanetas.

Para obter mais informações, verifique a página da NASA na Exoplanet Exploration, a página da Planetary Society em Planetas Extrasolares e o Arquivo da NASA / Caltech Exoplanet.

Fontes: