Aula 10: ExoplanetasUniversidade Federal do ABC - Ensino de Astronomia

Professora Renata Paes

O Sistema Solar

Mas o que são exoplanetas?

- São planetas que estão fora do sistema solar, ou seja, não orbitam a estrela Sol.

Via láctea

- Estima-se que tem em torno de 100 a 400 bilhões de estrelas

- Se considerarmos não somente os planetas potencialmente habitáveis, a quantidade de planetas na Via Láctea atinge a marca dos trilhões.

-

Via Láctea

O Sol e nosso sistema solar em relação à galáxia Via Láctea. O círculo branco indica a área onde a maioria dos exoplanetas foi encontrada com os telescópios atuais. Crédito: NASA / JPL-Caltech / T. Pyle

Arquímedes"Há quem pense, Rei Gelão, que o número de grãos de areia é infinito. E quando menciono areia refiro-me não só aquela que existe em Siracusa e no resto da Sicilia mas também àquela que se encontra nas outras regiões, sejam elas habitadas ou desabitadas.”

Giordani Bruno - https://vimeo.com/89241669

Deus é infinito e um universo infinito não tem um centro

Uma breve linha do tempo - 1917 - Primeira evidência de um exoplaneta orbitando uma estrela Anã

- 1992- Dois planetas orbitando uma pulsar

- 1995 - 51 Pegasi b O primeiro planeta detectado orbitando uma estrela igual ao Sol

51 Pegasi b- Primeiro exoplaneta descoberto

orbitando uma estrela parecida com o Sol

- Gigante gasoso- Está a 50 anos-luz (1 ano-luz = 9,5

trilhões de quilômetros‘’)- Descoberto pelo método de Velocidade

Radial- Tem o dobro do tamanho de Júpiter- Foi o primeiro planeta no qual foi

detectado o espectro da luz visível

51 Pegasi b

Gráfico com número de exoplanetas descobertos por ano

Números mais atuais

Tipos de exoplanetasNo site da Nasa, os dados sobre exoplanetas confirmados estão separados em 5 grupos, sendo o último grupo o de exoplanetas sem confirmação de classificação. Os outros 4 são:

- Neptune-like: Semelhantes a Urano e Netuno em nosso Sistema Solar- Gas Giant: Semelhantes a Júpiter ou Saturno em nosso Sistema Solar- Super Earth: são exoplanetas diferentes aos que temos como referência em nosso Sistema

Solar: são mais massivos que a Terra, emitem mais luz que os gigantes gasosos e podem ser compostos de gás, rochas ou uma combinação de ambos

- Terrestrial planets: São rochosos e com ricas cores de metais, assim como Mercúrio, Vênus, Terra e Marte em nosso Sistema Solar

Tabela periódica de exoplanetas

Nomeação - Definidos pela União Astronômica Internacional (UAI), que desde 1922

estipulou regras para a nomeação - Começam com um nome ou uma abreviação e terminam com uma letra

minúscula- O primeiro nome pode ser relacionado à estrela que ele orbita, ao

instrumento que o detectou (como o telescópio Kepler, que já deu nome a vários planetas), a projetos astronômicos, entre outros

- A letra indica a ordem que ele foi descoberto em seu sistema planetário, começando pela letra “b”

- Pode conter o número de planetas que já foi descoberto pela missão

Curiosidade- Em 2019, em comemoração aos 100 anos de existência da União

Astronômica Internacional (UAI), os países-membros participaram de um concurso para a nomeação de uma estrela e o planeta que a orbita. Para o Brasil foi designado a HD 23079 e os nomes escolhidos foram Tupi e Guarani.

-

E como a gente identifica exoplanetas?- É importante imaginar o que estamos procurando

- As grandes distâncias tornam difícil identificar exoplanetas apenas com imagens diretas deles

E como a gente identifica exoplanetas?Velocidade Radial (Efeito Doppler)

- O planeta que orbita a estrela causa uma pequena oscilação na posição da estrela observada alterando o espectro de luz ou a assinatura de cor

- É observada a variação para o azul ou para o vermelho que a estrela pode apresentar

- Se a variação é repetida em intervalos de tempos fixos (dias, meses ou anos), é quase certo que há um planeta orbitando a estrela

- Júpiter quente são os mais facilmente encontrados

Velocidade Radial

Curva de velocidade radial de 51 Pegasi, mostrando variação devido à existência do planeta 51 Pegasi b

E como a gente identifica exoplanetas?Astrometria

- É similar ao método da velocidade radial

- A diferença reside no fato de a astrometria apenas observar a variação de posição da estrela

- Medida do “balanço” que a estrela recebe ao ser atraída gravitacionalmente pelo planeta

- A atração gera oscilações regulares em torno do centro de massa do sistema

E como a gente identifica exoplanetas?Método de trânsito

- Detecta a variação luminosa causada por um planeta quando transita diante da sua estrela hospedeira

- Mede-se as variações nas posições das linhas do espectro da estrela- Vantagem: Pode ser aplicado em estrelas muito distantes- Desvantagem: Funciona apenas com planetas que estão alinhados na

linha de visada- Com este método é possível deduzir o tamanho, a massa e a órbita

Método de trânsito

E como a gente identifica exoplanetas?Imagem direta

- Este método captura diretamente a imagem do planeta- A estrela que está sendo observada tem sua imagem sobreposta - Este método não é bom para detectar objetos que estão muito distante

da Terra- A confirmação pode levar décadas- Identifica melhor exoplanetas do tipo ‘Júpiter Quente’

Imagem Direta

E como a gente identifica exoplanetas?Microlente gravitacional

- Geralmente observada com telescópios robóticos- Utiliza a Teoria da Relatividade Geral para detectar distorções de luz

causadas por uma estrela- A presença de um planeta em torno da estrela faz com que a luz seja

curvada de forma diferente, fazendo com que a intensidade da luz varie de forma diferente também.

- Eventos de microlentes são curtos - A vantagem de microlentes gravitacionais é que é possível detectar

planetas de baixa massa, como a Terra e distantes

Microlente gravitacional

Microlente gravitacional

E como a gente identifica exoplanetas?- Existem outras diversas técnicas

de se detectar um exoplaneta, porém ou não encontraram ou não tiveram resultados muito promissores.

Missões de exploraçãoHARPS

- Instalado em 2002, no Chile- Boa parte da observação astronômica

mundial está localizada no Chile- Sigla em inglês para “Buscador de Planetas

por Velocidade Radial de Alta Precisão”

Spitzer, Kepler, and Hubble - Juntos descobriram mais de 1000 exoplanetas Credit: JPL-Caltech/R. Hurt (SSC); NASA Ames/ W. Stenzel; ESA

Missões de exploração Telescópio Spitzer

- Lançamento: 2003- Aposentado- Telescópio infravermelho- Método de trânsito

Spitzer

Sptizer

Sete planetas como a Terra orbitam a estrela conhecida como TRAPPIST-1.

Missões de exploraçãoTelescópio Kepler - “Caçador de planetas”

- Lançado em 2009- Descobriu mais de 2.600

exoplanetas- Medição do brilho de luz,

utilizando assim o método de trânsito

Alguns números do Kepler

Missões de exploraçãoTelescópio Tess (Transiting Exoplanet Survey Satellite)

- Lançado em 2018 pelo foguete Falcon 9 da SpaceX

- Missão: Encontrar planetas iguais à Terra, gigantes gasosos e pequenos planetas

- 2 anos de missão, esperando-se que ele consiga monitorar o brilho de mais de 200 mil estrelas existentes

- Método de trânsito

Foto: NASA/Wikimedia Commons)

Missões de exploraçãoTelescópio James Webb (JWST)

- Previsão de lançamento: 2021- Nasa, ESA e CSA- Sucessor do Hubble, lançado em 1990- Seu sistema óptico infravermelho foi

projetado para operar na faixa dos comprimentos da luz laranja ao infravermelho médio

- Lançamento a 1,5 milhões de quilômetros da Terra, orbitando a L2, com a técnica conhecida como estilingue gravitacional

James Webb (JWST)- Os detectores do JWST, vai nos

permitir olhar para o passado, principalmente o Miri

- Os detectores serão capazes de observar muito mais longe e pontos muito mais remotos

- Utilizará o Método de trânsito

James Webb (JWST)- Tem o tamanho de uma quadra de tênis e

o seu espelho tem 6,5 metros- Parece uma colméia, pois precisará ser

dobrado para caber em um foguete- Todo o Observatório deverá ser mantido

frio (-233 °C (50 K)), ficando assim protegido da radiação infravermelha produzida por si, pelo Sol, pela Lua e pela Terra

James Webb (JWST)

O vídeo mostra como o JWST será desdobrado no espaço após o lançamento a bordo de um foguete. O espelho feito com painéis folheados a ouro será dobrado para ocupar o foguete.

2020

Planos FuturosPLATO (sigla em inglês para Trânsito Planetário e Oscilação das Estrelas) - ESA

- Previsão de lançamento: 2026- Método de trânsito- Melhorias no instrumento chamado

“fotômetro estelar”, que faz a contagem de fótons para detectar a passagem dos planetas”

- Conseguirá identificar planetas semelhantes à Terra, que são difíceis de detectar devido ao seu tamanho e distância das estrelas

Planos Futuros

Vamos viajar pelo espaço?- https://exoplanets.nasa.gov/eyes-on-exoplanets/#/

- Filme Interestelar-- Série de livros e filme “O guia do mochileiro das Galáxias”

- https://exoplanets.nasa.gov/alien-worlds/exoplanet-travel-bureau/

ENTÃO EXISTE VIDA FORA DA TERRA????

Vida- A referência que temos de Vida é a da Terra- Água em estado líquido é imprescindível para que a Vida aconteça, pois

é a partir dela que ocorre o metabolismo que fornece a energia e a manutenção estrutural da célula

- A Terra recebe energia do Sol, nossa estrela, e não está nem tão afastada, para as temperaturas serem negativas e nem tão próximas que fiquem acima de 100°C.

- Para ser considerado como “potencialmente habitável”, um exoplaneta precisa ter 2 características: orbitar a Zona Habitável e ser rochoso como a Terra

Zona habitável- Chamada de “Cachinhos

Dourados” (Goldilocks)- Nem muito quente e nem muito

fria, sendo possível ter água em estado líquido

- Permite que os elementos orgânicos possam se combinar e formar elementos mais complexos

Zona Habitável

Zona Habitável

Índice de Similaridade com a Terra (ESI)- Escala que vai de 0 a 1, em que quanto mais próximo de 1, mais similar

à Terra - O índice leva em conta o raio, a densidade, a composição geoquímica,

temperatura da superfície e a velocidade de escape do exoplaneta- Não é indicativo de que há Vida no planeta

Índice de Similaridade com a Terra (ESI)

Embora diferindo em tamanho e temperatura, planetas terrestres do Sistema Solar tendem a ter valores elevados Índice de Similaridade com a Terra - Mercúrio (0,596), Vênus (0,444), Terra (1,00) e Marte (0,797)

Exoplanetas potencialmente habitáveis

São tantos planetas...

Paradoxo de Fermi

Charge publicada no jornal The New Yorker, em 1950, e que teria motivado a pergunta de Fermi sobre a vida alienígena em um almoço entre físicos.

Paradoxo de Fermi- Físico italiano, especialista em física quântica e reatores nucleares e nunca publicou algo sobre extraterrestres

- Se o Universo é povoado de vida inteligente, onde estão e por que não entram em contato?

- A Terra é um planeta típico, então a Vida deveria ser algo comum

- Hipótese da Terra especial

- Não há uma resposta ainda

Equação de Drake

Equação de Drake

- Fórmula que visa estimar a quantidade de civilizações tecnologicamente avançadas que possam existir em nossa Via Láctea

- Foi formulada em 1961 e está intimamente ligada ao Paradoxo de Fermi

- O maior problema dessa equação é que os últimos quatro termos (fração de planetas com vida, chances de que a vida se torne inteligente, chances de que a vida inteligente se torne detectável e quantia de tempo pelo qual elas são detectáveis) são completamente desconhecidos

Referências bibliográficas

“O telescópio capaz de ver coisas que ocorreram há 13 bilhões de anos”. Disponível em: https://www.bbc.com/portuguese/geral-51033936

“Habitable exoplanets Catalog”http://phl.upr.edu/projects/habitable-exoplanets-catalog

“Critérios para nomear os astros do Universo”. Disponível em: https://timfazciencia.com.br/noticias/criterios-para-nomear-os-astros-do-universo/

“NomeieEixoMundos”https://nocbrasil2018.wixsite.com/nomeieexomundos

“Brasileiros batizam exoplaneta e estrela em campanha internacional”. Disponível em: https://revistagalileu.globo.com/Ciencia/Espaco/noticia/2019/12/brasileiros-batizam-exoplaneta-e-estrela-em-campanha-internacional.html

“Exoplanet Exploration”: https://exoplanets.nasa.gov/

“Mundos como o nosso”. Disponível em: https://revistapesquisa.fapesp.br/wp-content/uploads/2017/10/058-061_exoplanetas_260.pdf

Referências Bibliográficas

-Slides inspirados na aula do curso realizado em 2019. Disponível em: https://astronomiaufabc.wordpress.com/2019/06/19/slides-da-aula-de-exoplanetas/

“Detectar é preciso: em busca de planetas e vidas”. Disponível em: https://www.pucsp.br/ecopolitica/galeria/galeria_ed7.html

“Astrobiologia Raiz #002: Métodos de Detecção”. Disponível em: https://www.deviante.com.br/noticias/ciencia/astrobiologia-raiz-002-metodos-de-deteccao/

“Medição de luz mais precisa facilita busca de telescópio por “novas terras”. Disponível em: https://jornal.usp.br/ciencias/ciencias-exatas-e-da-terra/medicao-de-luz-mais-precisa-facilita-busca-de-telescopio-por-novas-terras/

Revista Astronova Edição 23. Disponível em: http://caeh.com.br/2020/wordpress/2019/10/06/edicao-23/

“Telescópio espacial James Webb”. Disponível em: https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/telescopio-espacial-james-webb.htm