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EXOPLANETAS

Universidade Federal do ABC

Um exoplaneta (ou planeta extra-solar) é um planeta que orbita uma estrela que não seja o Sol e, portanto, pertence a um sistema planetário diferente do nosso.

Hipotetizados por Giordano Bruno em ~1600 (=> aula História),Isaac Newton (século XVIII)

detecções alegadas no século XIX

mas o primeiro foi encontrado só em 1992.

O que são exoplanetas?

Giordano Bruno


Até 14 de Agosto de 2014, haviam 1815 exoplanetas detectados em 1130 sistemas planetários.

Deve ter pelo menos um planeta para cada estrela (da Via Láctea), em média.

existem sistemas com vários planetas (como o Sistema Solar)estrelas duplas com planetas, orbitando uma ou ambas as estrelas

Existem “planetas” (sub-anãs marrons) “flutuando livremente” também, q. d. não orbitando alguma estrela (podem ser até trilhões na Via Láctea!).



Definição de planeta no Sistema Solar (IAU, 2006, => aula Asteróides, Cometas):

1. Orbitar uma estrela, i. e. o Sol.

2. Massa alta o suficiente para ter forma esférica pela gravitação própria.

3. Ter esvaziado a vizinhança da órbita.

Para exoplanetas ainda falta uma definição clara!

Uma definição possível inclui uma massa limite superior, por exemplo a massa limite para fusão nuclear (~13 M

Jupiter).

A partir desta massa se fala de Anãs Marrons.

Outra definição possível distingue entre planetas e Anãs Marrons pelo mecanismos de formação (aglomeração de planetesimais num disco protoplanetária vs. colapso de uma nuvem de gás)



O nome de um exoplaneta se compõe do nome da estrela, em torno daquela ele orbita (a estrela “mãe”), seguido por uma letra minúscula, dando a ordem de descoberta do planeta no sistema planetário da estrela, começando por b.

exemplo: β Pictoris b é o primeiro planeta descoberto em tornoda estrela β Pictoris

Esta nomenclatura apresenta problemas para planetas em sistemas de estrelas binárias



Existem vários métodos de detecção:

- Velocidade Radial- Imagem Direta- Trânsito- Efeito Microlente- "Timing"- Astrometria- e outros...

A técnica utilizada para a detecção dos exoplanetas influencia muito no tipo de planetas que conhecemos até a atualidade. Por exemplo, até faz pouco não se conhecia nenhum exoplaneta tão pequeno quanto a Terra. Isso deve-se ao fato de que os métodos favorecem a detecção de planetas de alta massa.

Como se encontra exoplanetas?


Fotografar um planeta do Sistema Solar érelativamente fácil, pois eles estão entreos astros mais brilhantes do céu.Isso porque eles estão relativamentepróximos, porém, à medida que nosdistanciamos, os planetas se tornam cadavez mais fracos.

Além de serem pouco brilhantes, osplanetas se encontram ao redor de umaestrela que, assim como nosso Sol, é muitobrilhante. O planeta tem, em geral, menosque um millionésimo do brilho da suaestrela “mãe”. Isso faz com que a luzda estrela ofusque o fraco brilho dosplanetas e dificulte ainda mais a obtençãode imagens.

A dificuldade de se conseguir essa foto é comparável a fotografar uma formiga ao lado de um farol que se encontra a 400 km de distância.

Fotografar Exoplanetas (Imagem direta)


Apesar da dificuldade, já existem imagens diretas de planetas. Essas imagens foram obtidas utilizando-se de diversas técnicas, como o uso de coronógrafos, instrumentos que realizam eclipses artificiais da estrela.

Essas imagens são obtidas eminfravermelho. No infravermelho,os planetas são um pouco mais brilhantese as estrelas um pouco mais fracas,isso ajuda na diminuição do contrastee melhora as condições para obterimagens diretas.


HD 95086 b



Por este método, é possível estimar a temperatura (pela “cor”/espectro) e o tamanho (pelo brilho aparente) do planeta, mas o método não ajuda muito para determinar a massa.

O método só serve para encontrar planetas que orbitam as suas estrelas em grandes distâncias (>100 AU).



β Pictoris b

Apesar de ser o método mais direto dedetecção, poucosexoplanetas foramencontrados porImagem Direta.


Sabe-se que as estrelas exercem uma força gravitacional sobre osplanetas, mantendo-os em órbita. Da mesma maneira, os planetastambém exercem força gravitacional sobre a estrela, porém,muito mais fraca que aquela exercida pela estrela.

Assim, da mesma forma que os planetas realizam órbitas aoredor da estrela, a estrela também realiza pequenas órbitas aoredor de um ponto chamado baricentro ou centro de massa,que é o ponto de equilíbrio entre os dois corpos.

Como a estrela é muito maior que o planeta, esse ponto de equilíbrio normalmente localiza-se dentro da própria estrela. Portanto, a estrela realiza órbitas que mais se parecem com um bamboleio. Medir esse bamboleio da estrela requer uma grande precisão instrumental.

Efeitos gravitacionais


O método de velocidade radial, tambémconhecido como "método de Doppler" medevariações na velocidade com a qual a estrelase afasta ou se aproxima de nós.Mais especificamente, mede a componenteda velocidade estelar ao longo da linha devisada (a linha imaginária que une oobservador ao objeto), pelo Efeito Doppler.

Velocidade Radial


Já que a influencia do planeta sobre a estrela émaior, se o planeta tem massa alta e uma órbitaperto da estrela (com raio pequeno), é esteo tipo de planeta, às vezes chamado de“Júpiters Quentes”, que é predominantementeencontrado por este método.O método também favorece a detecção de planetascom órbitas paralelas à linha de visada.

O método fornece um limite inferior para a massado exoplaneta.

Até o final do ano passado, a velocidade radial era o método de detecção de planetas estrasolares de maior sucesso.

Essa técnica sozinha detectou da ordem de 800 de todos os exoplanetas encontrados.

Velocidade Radial


Uma das técnicas mais utilizadas para detectar exoplanetas é o chamado método de trânsito

O "trânsito" em Astronomia refere-se à passagem de um astro em frente de outro.

Ele funciona apenas com uma pequena % de planetas cujos planos orbitais estejam perfeitamente alinhados com nossa linha de visada, mas pode ser aplicado mesmo a estrelas muito distantes.

Eclipses Exoplanetários (trânsitos)


A passagem de um planeta na frente de uma estrela faz com que a estrela pareça estar um pouquinho menos brilhante e dessa forma destacamos o planeta.

Assim, quanto maior for o planeta, maior será a diminuição do brilho que esse planeta causa, o que ajuda a estimar o tamanho dele.

Por isto também, é muito difícil detectarplanetas pequenos (do tamanho da Terra).

Combinando os métodos da velocidade radiale de eclipses, dá para determinar massa,raio e raio orbital de um exoplaneta.



Hoje existem dois telescópios especiais que se dedicam a procurar planetas de massa comparável à da Terra por esse método:CoRoT, da ESA e a missão KEPLER da NASA.



Lançado em 2009

Operante desde 2012

monitorando constantemente145'000 estrelas

até 06/2014:977 exoplanetas confirmados+ 3277 a serem confirmados

Levou a estimativas de umnúmero gigantesco deplanetas “tipo Terra”na Via Láctea (até 40 bio.)

Kepler


A gravidade de uma estrela ou um planeta curvaa luz, assim como fazem as lentes de óculos, porisso o nome microlentes gravitacionais(=> Aula Via Láctea).

Mais do que curvar a luz, esta é intensificada,assim, pode-se medir a estrela se tornandomais brilhante devido a esse fenômeno.

A presença de um planeta em torno da estrelalente faz com que a luz seja curvada de formadiferente, como se fosse uma lente com pequenos riscos. Isso faz com que a intensidade da luz varie de forma distinta, permitindo detectar o planeta.

Microlentes gravitacionais


Esse método possui o inconveniente deque ele só acontece uma vez e não serepetirá para aquela estrela, por isso hásomente uma oportunidade de realizara observação.

Microletentes gravitacionais


A presença de um exoplaneta pode afetar fenômenos temporais da estrela “mãe” ou de outros planetas presentes (e talvez já detectados), p. e.:- a órbita do(s) outro(s) planeta(s)- as frequências das pulsações da estrela, caso esta é uma estrela variável- as emissões de pulsos da estrela, caso esta é um pulsar (método não muito produtivo: até hoje forneceu só cinco detecções, mas o primeiro exoplaneta confirmado foi um destes cinco)

Existem outros possíveis métodos de detecção, como astrometria (observar o bamboleio da estrela mão diretamente), modulações da reflexão da luz da estrela mãe, polarização da luz refletida, e outros, que até hoje detectaram muito poucos ou nenhum exoplaneta.

“Timing”


Velocidade RadialTrânsito"Timing"Imagem DiretaEfeito Microlente

Descobertas de Exoplanetas por Ano e Método (Junho 2014)


Apesar da pesquisa em exoplanetas ser motivada principalmente pela busca por planetas parecidos com o nosso, os primeiros planetas detectados fora do Sistema Solar possuem característica muito distintas da nossa Terra, mas também de qualquer outro planeta do nosso Sistema Solar.

Alguns exoplanetas orbitam suas estrelas a uma distância muito pequena, esses planetas também possuem massas muito grandes, da ordem de algumas vezes a massa de Júpiter, o maior planeta do Sistema Solar. Esse tipo de planeta não era esperado, uma vez que aqui em nosso sistema planetário, todos os chamados planetas gigantes gasosos residem em órbitas distantes, da ordem de 5 a 30 vezes a distância da Terra ao Sol.

Alguns exoplanteas chegam a orbitar a estrela a menos de um centésimo da distância da Terra ao Sol. Isso faz com que esses corpos sejam muito quentes, “Júpiters Quentes”, bem diferente do que acontece com os planetas gigantes do nosso sistema.

Propriedades dos exoplanetas


Nesta figura se vê bem, que o tipo de exoplaneta detectado depende do método usado.

Propriedades dos Exoplanetas

Velocidade RadialTrânsito"Timing"Imagem DiretaEfeito Microlente


Mas isto foi devido a umviés observacional, jáque o método de maior sucesso até então, o da velocidade radial, favorece a detecção de “Júpiters Quentes”.

Hoje, com os dados da missão Kepler, o número de exoplanetasdetectados comtamanhos da ordem da da Terra está crescendo.



Dependendo da massa, os exoplanetas podem ser classificados em quatro categorias:- Planetas Terrestres (parecidos com os planetas terrestres do Sistema Solar),- “Super-Terras”: similar, mas maiores- “Netunos” (como Urano e Netuno)- Gigantes Gasosos: Como Saturno ou Júpiter ou com massas maiores ainda



Os primeiras planetas encontrados pelo satéllite Kepler:

Tipo de planeta em função da distância até a estrela mãe



! Dependendo da temperatura, que depende fortemente da distância do planeta a sua estrela mãe, as propriedades de exoplanetas podem ser bem diferentes daqueles do Sistema Solar.Exemplo: Os “Júpiters Quentes”



Estima-se, que ~20 % das estrelas da Via Láctea têm planetas “tipo Júpiter” e 40 %, “tipo Terra”

Em geral, é em torno de estrelas de “alta metalicidade” (fração grande de elementos pesados) que planetas são encontrados.



Então, provavelmente, exoplanetas com massas terrestres são muito frequentes



Exoplaneta mais próximo detectado: α Centauri Bb: 4.4 anos luz daquiMais distante: talvez encontraram um na galáxia de Andrômeda, a 2.5 mio. anos luz daqui! (a ser confirmado)

Massas: 0.02 MTerra

– 28.5 MJupiter

Raios: 0.3 RTerra

– 2.2 RJupiter

Densidades: 0.03 - 23 g/cm3

Semi-eixos das órbitas: 0.006 - 1168 AU (em torno de uma estrela binária)Períodos orbitais: 0.24 dias terrestres – 163'000 anos terrestresSistemas com até 9(+2?) planetas detectados

Propriedades dos Exoplanetas


Quando um planeta passa na frente da sua estrela, podemos ver o espectro da sua atmosfera em absorção, e quando ele está ao lado da estrela, em emissão.

Desta maneira deveríamos conseguirdeterminar a composição da sua atmosfera.

O problema é decompor este espectro daquele da estrela, muito mais intenso.

Detectar o espectro refletido pela superfície do planeta, para determinar a composição desta superfície, é mais difícil ainda.

Do que são feitos?


Recentemente detectou-se pela primeira vez oespectro de umexoplaneta.

Encontrou-se sódio no espectro de um exoplaneta;Água, monóxido de carbono, gás carbônico e metano na de um outro;e água nas atmosferas de alguns outros exoplanetas.

Mas ainda são poucos os resultados.

Do que são feitos?


A Terra possui uma atmosfera que é constituída principalmente do gás nitrogênio e oxigênio, além de outros gases em menor quantidade. Esses elementos também produzem seus "códigos de barras" no espectro.

Acredita-se que a única maneira de se saber se existe vida em outro planeta, é medindo a composição da sua atmosfera e descobrindo gases que são produzidos exclusivamente por processos biológicos.

A Terra pode servir como um bom laboratório, uma vez que sabemos que possui vida, e então buscaremos padrões parecidos com aqueles encontrados aqui.

Mais sobre estes assuntos nas próximas duas aulas, sobre Vida no Espaço.

Do que são feitos?


Dados: Kepler

A variedade de Sistemas com Planetas Múltiplos


Alguns Sistemas particulares



Zona Habitável:=> Aula sobreVida no Espaço

! As “imagens” deexoplanetas nestee outros slidessão interpretaçõesartísticas.Nãonecessáriamenterepresentam bemas aparênciasverdadeiras.



Comparaçãode tamanhosde planetasdo SistemaKepler-20com osplanetasdo SistemaSolar



Mesma coisa para Kepler-37


Planetas Possivelmente Habitáveis

Mais sobre planetas habitáveis nas aulas sobre Vida no Espaço


Já conseguiram medir o período rotacional de uma exoplaneta: β Pictoris b gira em torno do seu eixo em 8 horas (similar a Júpiter)

Com a nova geração de telescópios (prontos em ~2018) conseguirão fazer um mapa da suérfície deste planeta (de muito baixa resolução, claro)

Em decembre de 2013 detectaram o primeiro candidato a exo-lua de um planeta “flutuando livremente”

Ùltimos e Futuros Avanços


Fontes

Slides do Paulo do ano passadoThe Extrasolar Planets Encyclopaedia: http://exoplanet.eu/NASA Exoplaner arquive: http://exoplanetarchive.ipac.caltech.edu/Wikipedia: http://en.wikipedia.org/wiki/Exoplanet

FIM

http://exoplanet.eu/

http://exoplanetarchive.ipac.caltech.edu/

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