Um planeta de outra galáxia Understand article

Author(s): Johny Setiawan

Traduzido por Pedro Augusto. Como se os planetas fora do nosso Sistema Solar não fossem excitantes o suficiente, os astrónomos descobriram recentemente um planeta em torno de uma estrela que veio de fora da Nossa Galáxia, diz-nos Johny Setiawan.

Um esboço artístico do
exoplaneta em torno da
estrela HIP 13044.
Imagens cortesia de Timotheos
Samartzidis

Desde há duas décadas que os astrónomos conhecem planetas para lá do Sistema Solar (Wolszczan & Frail, 1992). Em torno de outras estrelas, são conhecidos por planetas extra-solares ou exoplanetas. Até agora, mais de 500 exoplanetas foram detetados, a maioria dos quais em torno de estrelas com caraterísticas semelhantes às do Sol (como descrito em Jørgensen, 2006). Em particular, mais de 90% das estrelas que têm exoplanetas estão no mesmo estádio evolutivo do Sol – a fase de sequência principal, quando as estrelas queimam hidrogénio (ver imagem abaixo).

Estrelas como o nosso Sol passam a maior parte da sua vida na sequência principal, lentamente queimando o seu principal combustível nuclear, o hidrogénio, transformando-o no mais pesado elemento hélio. Este é o estádio em que o Sol está agora.

Após vários biliões de anos, o seu combustível esgota-se quase totalmente e começam a inchar, empurrando as camadas exteriores para longe do que se transformou num núcleo pequeno e muito quente. Estas estrelas de ‘meia idade’ ficam enormes e, assim, frias e vermelhas: são conhecidas como gigantes vermelhas.

Após a fase de gigante vermelha, a estrela entra na fase ‘ramo horizontal’ quando as fontes de energia são a fusão de hélio no núcleo e a de hidrogénio na camada que o envolve. Esta é a fase em que a estrela HIP 13044 está agora.

Ao contrário das estrelas muito mais massivas, estas estrelas semelhantes ao Sol não findam a sua existência em dramáticas explosões mas morrem pacificamente como nebulosas planetárias, soprando para o Espaço tudo, exceto um minúsculo resto, conhecido como anã branca.

Para saber mais sobre a evolução estelar, ver Boffin & Pierce-Price, 2007 (estrelas pequenas), Székely & Benedekfi, 2007 (estrelas massivas) e o website do Langton Star Centrew1
A imagem é cortesia do ESO / S Steinhöfel

O nosso grupo no Max Planck Institute for Astronomy em Heidelberg, Alemanha, contudo, concentra-se na investigação de companheiros planetários em torno de estrelas que não estão na fase de sequência principal mas em estádios evolutivos mais avançados. Estas incluem a fase que se conhece como de gigante vermelha, durante a qual a estrela se expande até centenas de vezes o seu diâmetro original. A deteção de planetas em torno de tais estrelas gigantes é importante para o estudo da evolução de sistemas planetários. Em particular, permite-nos prever o futuro do nosso próprio Sistema Solar.

Recentemente, a nossa equipa detetou com sucesso um planeta em torno da estrela HIP 13044, que já deixou a fase de gigante vermelha.

Uma estrela extragalática

A estrela HIP 13044, localizada a cerca de 2000 anos-luz do nosso Sistema Solar na constelação do sul Fornax (‘a fornalha’), é significativamente diferente de outras estrelas que se conhecem com planetas. Em particular, tem uma muito pequena abundância do metal ferro – menos de 1% do que o Sol contém. Uma elevada abundância em metais é importante para o modelo de formação planetária de agregação nuclear: quanto mais metal há no sistema estelar maior a probabilidade de se formar um planeta. Dados os seus baixos níveis de ferro, não se esperava encontrar um planeta em torno de HIP 13044.

O que torna esta estrela particularmente interessante, contudo, é o facto de HIP 13044 ser uma entre um grupo de estrelas que está a atravessar a nossa galáxia, a Via Láctea, orbitando o centro da galáxia em órbitas semelhantes; um tal grupo é conhecido como uma corrente estelar. A corrente de Helmi, a que HIP 13044 pertence, tem uma conhecida origem fora da nossa galáxia (Helmi et al., 1999). É assumido que foi o puxão gravitacional na Via Láctea que trouxe estas estrelas à nossa galáxia.

Esta é a primeira vez que astrónomos detetam um sistema planetário em plena corrente estelar de origem extragalática. Devido às enormes distâncias envolvidas, não há deteções confirmadas de planetas noutras galáxias. Mas esta junção cósmica colocou um planeta extragalático ao nosso alcance.

A deteção de exoplanetas

Embora a estrela HIP 13044 e o seu planeta HIP 13044b estejam agora na Via Láctea, ainda se encontram a 2000 anos-luz da Terra; enquanto a estrela pode ser vista com um telescópio, o planeta em si é pequeno demais para ser observado diretamente. Então, como foi possível detetá-lo?

Utilizando uma técnica conhecida como velocidade radial, procurámos por pequeníssimas oscilações catacterísticas na estrela, causadas pela atração gravitacional do seu companheiro em órbita. Examinando as riscas espetrais estelares em intervalos, detetámos alterações a essas riscas (ver o diagrama abaixo). Estas indicam alterações na velocidade da estrela ao longo da nossa linha de visão e podem relevar a presença de um invisível companheiro de pequena massa, como é o caso de um planeta. Embora existam outras técnicas para a deteção de exoplanetas (por exemplo, microlensing, como descrito em Jørgensen, 2006), o método da velocidade radial tem-se mostrado como o mais bem sucedido. Para estas observações precisas, utilizámos o espetrógrafo de alta resolução FEROS acoplado ao telescópio 2.2 m MPG / ESO nas instalações de La Silla (Chile) do Observatório Europeu do Sulw2. Este observatório está equipado com instrumentos de classe mundial para a deteção de planetas extrasolares.

A técnica da velocidade radial para a deteção de exoplanetas. Se uma estrela está suficientemente perto da Terra podemos detetar a sua luz. Esta luz contém informação acerca dos elementos na atmosfera da estrela, que pode estar na forma de riscas espetrais (riscas pretas no espetro colorido, à direita); estas podem ser detetadas, por exemplo, com um espetrógrafo de alta resolução.

Numa estrela sem companheiro, a posição destas riscas no espetro não mostra qualquer variação periódica. Contudo, a presença de um companheiro em órbita, tal como um planeta (bola azul), faz a estrela (bola laranja) oscilar; o movimento da estrela é representado por uma curva fechada amarela.Quando a estrela (não o planeta!) se move na nossa direção (para o lado direito no diagrama), a mudança na sua velocidade radial é negativa (como mostrado no gráfico, acima); quando se afasta de nós (para a esquerda), a mudança na sua velocidade radial é positiva. Isto reflete-se numa mudança na posição das riscas espetrais: uma alteração positiva na velocidade radial corresponde a um deslocamento para o comprimento de onda vermelho no espetro; uma alteração negativa corresponde a um deslocamento para o comprimento de onda azul. Estas alterações são usadas para detetar a presença de um companheiro em órbita da estrela. Clique para aumentar a imagem.
Imagens cortesia de Johny Setiawan.

Um olhar para o nosso futuro?

HIP 13044 b é um dos poucos exoplanetas que se sabe ter sobrevivido à fase de gigante vermelha da sua estrela hospedeira, quando esta se expandiu substancialmente depois de esgotar o hidrogénio, combustível que alimenta o núcleo da estrela. A estrela hospedeira HIP 13044 já voltou a contrair-se e entrou no ramo horizontal, queimando hélio no seu núcleo. Este é o primeiro exoplaneta detetado em torno de uma estrela ramo horizontal. A descoberta de HIP 23044 b, assim, é particularmente intrigante quando se considera o futuro distante do nosso próprio sistema planetário; o Sol já percorreu metade da sua vida e espera-se que se transforme em gigante vermelha dentro de cerca de cinco biliões de anos.

Mas não é apenas a existência do recentemente descoberto planeta que é interessante; as suas caraterísticas são também pouco usuais. HIP 13044 b tem pelo menos 1.3 vezes a massa de Júpiter, o maior planeta do Sistema Solar, e orbita a uma distância que é 0.12 vezes daquela entre o Sol e a Terra (0.12 unidades astronómicas). Devido a estar bem mais próximo do que nós do Sol em relação à sua estrela hospedeira, orbita-a em apenas 16.2 dias (em vez do ano inteiro que a Terra leva). Tal órbita planetária é comum para estrelas da sequência principal, como o Sol, mas é pouco habitual para estrelas nos estádios finais da sua evolução, como a fase de gigante vermelha.

A nossa equipa coloca a hipótese da órbita do planeta ter sido inicialmente muito maior, tendo-se o mesmo deslocado depois para o interior, durante a fase de gigante vermelha. Se o planeta estivesse ainda mais próximo da estrela poderia não ser tão sortudo: esta roda relativamente depressa para uma estrela ramo horizontal e a nossa explicação é a de que HIP 13044 engoliu os seus planetas mais interiores durante a fase de gigante vermelha, o que fez a estrela rodar mais depressa (para uma explicação do porquê de ser assim, ver Carlberg et al., 2009)

Embora HIP 13044 b tenha, até agora, escapado a um destino semelhante aos planetas interiores, a estrela vai voltar a expandir na sua próxima fase evolutiva. HIP 13044 b, tendo sobrevivido por tanto tempo, pode, mesmo assim, estar na iminência de ser engolido pela sua estrela. Isto faz crer que mesmo os nossos planetas exteriores – como Júpiter – possam não estar a salvo quando o Sol se aproximar do final da sua vida.

References

Web References

  • w1 – O Langton Star Centre apoia grupos de investigação de estudantes de escolas envolvidos em investigação de ponta. Para saber mais sobre o ciclo de vida de uma estrela, ver os recursos no site: www.thelangtonstarcentre.org
  • Para saber como a professora de Física Becky Parker estabeleceu o Langton Star Centre, ver:
  • w2 – O Observatório Europeu do Sul (ESO) contrói e opera um conjunto telescópico terrestre do mais avançado do mundo. O ESO é membro do EIROforum, editor do Science in School. Para saber mais sobre o ESO, ver: www.eso.org

Resources

Institutions

Author(s)

Johny Setiawan estudou Física na Universidade Albert Ludwig em Freiburg im Breisgau, Alemanha, antes de obter um doutoramento em Astronomia e Astrofísica em 2003. Mudou-se depois para o Max Planck Institute for Astronomy em Heidelberg, Alemanha, onde a sua investigação se concentra em planetas extrasolares, quer de estrelas evoluídas quer de estrelas jovens. Em particular, está a trabalhar em dados espetroscópicos de espetrógrafos óticos dedicados a programas de procura de planetas.

Review

Antes de ler este artigo não sabia que a nossa galáxia, a Via Láctea, albergava feixes de estrelas de outras galáxias. Fiquei fascinado com a história destes visitantes de fora e de um exoplaneta numa viagem galática.

Em termos de ensino pensei primeiro na gravidade – quão poderosa e universal pode ser e a que longas distâncias funciona. O artigo também pode ser facilmente aplicado a outros tópicos de Física, Química, Astronomia e Ciências da Terra: a massa, o efeito de Doppler, espetroscopia (riscas de emissão e de absorção), abundância de metais no Universo, atração mútua de corpos celestes e agregação planetária. Pode ser usado como base para uma discussão em Cosmologia, na História do Sistema Solar, na procura de planetas semelhantes à Terra e de vida extraterrestre.

Também pode ser utilizado para uma discussão de como funciona a ciência: como começam as hipóteses e as teorias com novas observações e descobertas, sendo baseadas em conhecimento e técnicas científicas prévias, elaboradas por cientistas abertos a possibilidades que nunca antes haviam sido consideradas.

Marco Nicolini, Itália

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