NASA/ESA/L. Hustak
Impressão de artista de uma exolua em torno de um exoplaneta.
Tal como se pode assumir que as estrelas da nossa Via Láctea têm planetas em órbita, as luas em torno destes exoplanetas não devem ser invulgares. Isto torna ainda mais difícil a sua deteção.
Até agora, apenas dois dos mais de 5300 exoplanetas conhecidos tinham luas.
Uma nova análise de dados demonstra agora que as afirmações científicas raramente são pretas ou brancas, que por detrás de cada resultado há um maior ou menor grau de incerteza e que o percurso para uma afirmação se assemelha muitas vezes a um thriller.
Nas observações dos planetas Kepler-1625b e Kepler-1708b efetuadas pelos telescópios espaciais Kepler e Hubble, os investigadores descobriram pela primeira vez vestígios de tais luas.
Um novo estudo levanta agora dúvidas sobre estas afirmações anteriores.
Como referem cientistas do Instituto Max Planck para a Investigação do Sistema Solar e do Observatório Sonnenberg, ambos na Alemanha, na revista Nature Astronomy, as interpretações “apenas planetárias” das observações são mais conclusivas.
Para a sua análise, os investigadores utilizaram o algoritmo informático Pandora, recentemente desenvolvido, que facilita e acelera a procura de exoluas. Também investigaram que tipo de exoluas podem ser encontradas, em princípio, nas modernas observações astronómicas espaciais.
A resposta é bastante chocante.
No nosso Sistema Solar, o facto de um planeta ser orbitado por uma ou mais luas é mais a regra do que a exceção: para além de Mercúrio e Vénus, todos os outros planetas têm companheiras deste tipo; no caso do gigante gasoso Saturno, os investigadores encontraram 140 satélites naturais até à data.
Por isso, os cientistas consideram provável que planetas em sistemas estelares distantes também tenham luas. Até agora, no entanto, só foram encontradas evidências de tais exoluas em dois casos: Kepler-1625b e Kepler-1708b. Este baixo rendimento não é surpreendente.
Afinal de contas, os satélites distantes são naturalmente muito mais pequenos do que os planetas a que pertencem – e, por isso, muito mais difíceis de encontrar. E passar a pente fino os dados observacionais de milhares de exoplanetas, à procura de vestígios de luas, requer muito tempo.
Para tornar a pesquisa mais fácil e rápida, os autores do novo estudo baseiam-se num algoritmo de pesquisa que eles próprios desenvolveram e otimizaram para a procura de exoluas.
Publicaram o seu método no ano passado e o algoritmo está disponível para todos os investigadores como código aberto.
Quando aplicado aos dados observacionais de Kepler-1625b e de Kepler-1708b, os resultados foram surpreendentes. “Gostaríamos de ter confirmado a descoberta de exoluas em torno de Kepler-1625b e Kepler-1708b”, diz o primeiro autor do novo estudo, o cientista René Heller. “Mas, infelizmente, as nossas análises mostram o contrário“, acrescenta.
O jogo às escondidas de uma exolua
O planeta Kepler-1625b, semelhante a Júpiter, fez manchetes há cinco anos. Investigadores da Universidade de Columbia, em Nova Iorque, relataram fortes indícios da existência de uma lua gigante em órbita, que faria parecer pequenas todas as luas do Sistema Solar.
Os cientistas tinham analisado dados do telescópio espacial Kepler da NASA, que observou mais de 100.000 estrelas durante a sua primeira missão, entre 2009 e 2013, e descobriu mais de 2000 exoplanetas.
No entanto, nos anos que se seguiram à alegação de descoberta de 2018, o candidato a exoplaneta forçou os astrónomos a jogar uma versão cósmica das escondidas.
Primeiro, desapareceu depois dos dados do Kepler terem sido limpos do ruído sistemático. No entanto, foram novamente encontradas pistas em observações posteriores com o Telescópio Espacial Hubble.
E então, no ano passado, este extraordinário candidato a exolua ganhou companhia: de acordo com os investigadores de Nova Iorque, outra lua gigante muito maior do que a Terra orbita o planeta Kepler-1708b, do tamanho de Júpiter.
A combinação certa
“As exoluas estão tão distantes que não as podemos ver diretamente, mesmo com os telescópios modernos mais potentes”, explica René Heller.
Em vez disso, os telescópios registam as flutuações do brilho de estrelas distantes, cuja série temporal se designa por curva de luz.
Os investigadores procuram então sinais de luas nestas curvas de luz. Se um exoplaneta passa em frente da sua estrela, a partir da perspetiva da Terra, escurece a estrela por uma pequena fração.
Este evento chama-se trânsito e repete-se regularmente com o período orbital do planeta em torno da estrela. Uma exolua, a acompanhar o planeta, teria um efeito de escurecimento semelhante.
O seu vestígio na curva de luz, no entanto, não seria apenas significativamente mais fraco. Devido ao movimento da lua e do planeta em torno do seu centro mútuo de gravidade, este escurecimento adicional na curva de luz seguiria um padrão bastante complicado.
E há outros efeitos a considerar, como os eclipses planeta-lua, as variações naturais de brilho da estrela e outras fontes de ruído geradas durante as medições telescópicas.
No entanto, para detetar as luas, tanto os investigadores de Nova Iorque como os seus colegas alemães começaram por calcular muitos milhões de curvas de luz “artificiais” para todos os tamanhos, distâncias mútuas e orientações orbitais possíveis de planetas e luas.
Um algoritmo compara depois estas curvas de luz simuladas com a curva de luz observada e procura a melhor correspondência.
Os investigadores de Gotinga e Sonneberg utilizaram o seu algoritmo de código aberto Pandora, que está otimizado para a procura de exoluas e pode resolver esta tarefa várias ordens de grandeza mais depressa do que os algoritmos anteriores.
Sem vestígios das luas
No caso do planeta Kepler-1708b, a dupla alemã descobriu agora que os cenários sem lua podem explicar os dados observacionais com a mesma exatidão que os cenários com lua.
“A probabilidade de uma lua em órbita do Kepler-1708b é claramente menor do que a registada anteriormente”, afirma Michael Hippke, do Observatório de Sonneberg e coautor do novo estudo. “Os dados não sugerem a existência de uma exolua em torno de Kepler-1708b”, continua Hippke.
Há muito a sugerir que Kepler-1625b também não tem uma companheira gigante. Os trânsitos deste planeta, em frente da sua estrela, foram observados anteriormente com os telescópios Kepler e Hubble.
Os investigadores alemães argumentam agora que a variação instantânea do brilho estelar ao longo do seu disco, um efeito conhecido como escurecimento do limbo estelar, tem um impacto crucial no sinal proposto da exolua. O limbo do disco solar, por exemplo, parece mais escuro do que o centro.
No entanto, dependendo do facto de se olhar para a estrela natal de Kepler-1625b através do telescópio Kepler ou do Hubble, este efeito de escurecimento do limbo parece diferente. Isto acontece porque o Kepler e o Hubble são sensíveis a diferentes comprimentos de onda da luz que recebem.
Os investigadores de Gotinga e Sonneberg argumentam agora que a sua modelação deste efeito explica os dados de forma mais conclusiva do que uma exolua gigante.
As suas novas e extensas análises mostram também que os algoritmos de procura de exoluas produzem frequentemente falsos positivos. Uma e outra vez, “descobrem” uma lua quando na realidade é apenas um planeta a transitar pela sua estrela hospedeira.
No caso de uma curva de luz como a de Kepler-1625b, a taxa de resultados falsos é provavelmente de cerca de 11%.
“A anterior alegação exolunar dos nossos colegas de Nova Iorque foi o resultado de uma busca de luas em torno de dúzias de exoplanetas”, diz Heller. “De acordo com as nossas estimativas, um falso positivo não é de todo surpreendente, mas quase expetável”, acrescenta.
Satélites estranhos
Os investigadores também utilizaram o seu algoritmo para prever os tipos de exoluas reais que poderiam ser claramente detetáveis nas curvas de luz de missões espaciais como a do Kepler.
De acordo com a sua análise, apenas as luas particularmente grandes que orbitam o seu planeta numa órbita larga são detetáveis utilizando a tecnologia atual.
Comparadas com as luas familiares do nosso Sistema Solar, seriam todas esquisitas: pelo menos com o dobro do tamanho de Ganimedes, a maior lua do Sistema Solar e, portanto, quase tão grande como a Terra.
“As primeiras exoluas que serão descobertas em futuras observações, como as da missão PLATO, serão certamente muito invulgares e, por isso, excitantes de explorar”, diz Heller.
