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Astrônomos anunciam o segundo planeta de Proxima Centauri, e é perfeito para imagens diretas

A impressão deste artista mostra um mundo super-Terra que orbita uma estrela que é mais vermelha e mais escura que a nossa. Se Proxima c for real e tiver as propriedades que inferimos atualmente, pode se tornar o menor e mais próximo mundo a ter sua imagem tirada diretamente. (ESA/HUBBLE, M. KORMESSER)

A estrela mais próxima da nossa não hospeda apenas um planeta rochoso, mas uma segunda 'super-Terra' maior, muito mais distante.

De todas as estrelas do Universo, a mais próxima do nosso próprio Sistema Solar é Proxima Centauri: uma estrela anã vermelha a apenas 4,2 anos-luz de distância. Menor, mais fraca e mais fraca do que o nosso próprio Sol, esta estrela tem todas as características erradas para suportar a vida em qualquer um dos planetas que possam orbitá-la. Apesar de observar esta estrela por mais de um século, nenhum trânsito – onde um planeta intermediário bloqueia periodicamente uma parte da luz da estrela-mãe – já foi visto.

Mas isso não significa que não haja planetas orbitando-o; significa apenas que precisamos usar uma técnica diferente para encontrá-los. Em 2016, cientistas anunciaram a descoberta de Proxima b , um planeta de massa 1,3 terrestre que gira em torno de Proxima Centauri a cada 11 dias. Com mais quatro anos de dados, uma nova equipe se apresentou para anunciar um segundo planeta, Proxima c , pesando cerca de 6 massas terrestres e levando cerca de 5 anos para completar uma órbita. É a primeira super-Terra encontrada tão perto de nós e pode se tornar a primeira de todas a ser fotografada diretamente. Aqui está a história de Proxima c.

Este diagrama mostra a mudança de brilho da estrela anã ultra fria TRAPPIST-1 durante um período de 20 dias em setembro e outubro de 2016, conforme medido pelo Telescópio Espacial Spitzer da NASA e muitos outros telescópios no solo. Em muitas ocasiões, o brilho da estrela cai por um curto período e depois volta ao normal. Esses eventos, chamados trânsitos, são devidos a um ou mais dos sete planetas da estrela passando na frente da estrela e bloqueando parte de sua luz. A parte inferior do diagrama mostra quais dos planetas do sistema são responsáveis ​​pelos trânsitos. (ESO/M. GILLON ET AL.)

Cada estrela no Universo que conhecemos tem algumas propriedades que são aproximadamente constantes ao longo do tempo. Todas as estrelas variam em brilho, mas apenas ligeiramente; a maioria das estrelas tem um brilho médio uniforme. Quando um planeta ou outro objeto passa na frente da estrela em relação à nossa linha de visão, no entanto, esse planeta bloqueia temporariamente uma fração da luz da estrela, fazendo com que ela escureça em uma quantidade específica de maneira regular e periódica.

Infelizmente, a maioria dos planetas não está fortuitamente alinhada assim em relação à nossa perspectiva, e os planetas de Proxima Centauri não são exceção. Não observamos trânsitos vindos dos planetas de Proxima Centauri. Mas mesmo que esta seja a maneira mais bem sucedida que temos de encontrar planetas em torno de outras estrelas, como exemplificado pelas missões Kepler e TESS da NASA, há outro método mais geral que tem o potencial de encontrar e caracterizar exoplanetas em trânsito ou não: o estelar método de oscilação.

À medida que um planeta orbita sua estrela-mãe, tanto a estrela quanto o planeta orbitam em elipses em torno de seu centro de massa mútuo. Ao longo de nossa linha de visão, a estrela parecerá se mover de forma oscilatória: movendo-se em nossa direção (e tendo seu desvio para o azul claro) seguido por ele se afastando de nós (e vendo um desvio para o vermelho correspondente). Esse método, em 1995, nos rendeu o primeiro exoplaneta orbitando uma estrela parecida com o Sol. (JOHAN JARNESTAD/THE ROYAL SWEDISH ACADEMY OF SCIENCES)

À medida que cada planeta orbita sua estrela-mãe, a gravidade da estrela puxa o planeta para uma órbita elíptica, exercendo uma força gravitacional e fazendo com que o movimento do planeta mude ao longo do tempo. Mas para cada ação, há uma reação igual e oposta, e assim o planeta também puxa a estrela, fazendo com que ela mude seu movimento em resposta. À medida que os planetas orbitam suas estrelas-mãe, o movimento da estrela oscila e o movimento ao longo de nossa linha de visão – conhecido como velocidade radial da estrela – varia dependendo da massa e do período orbital de cada planeta.

Você não pode observar o movimento da estrela diretamente, mas pode inferi-lo observando suas linhas espectrais ao longo do tempo. Cada estrela contém linhas espectrais, que correspondem aos elementos presentes nas camadas mais externas da estrela: linhas de absorção nas frequências onde os elementos são excitados pela luz da estrela e linhas de emissão onde os elétrons se desexcitam nos átomos, causando a emissão de seus próprios luz. À medida que o movimento da estrela muda, as linhas espectrais mudam para o vermelho e para o azul em quantidades detectáveis ​​e importantes.

Cada elemento no Universo tem seu próprio conjunto único de transições atômicas que são permitidas, correspondendo a um determinado conjunto de linhas espectrais. Podemos observar essas linhas no espectro das estrelas, e como essas linhas mudam ao longo do tempo pode nos dar uma indicação das velocidades radiais induzidas causadas por planetas em órbita. (USUÁRIO DO WIKIMEDIA COMMONS GEORG WIORA (DR. SCHORSCH))

Como só podemos medir a magnitude dos deslocamentos da linha espectral, temos que usar isso para inferir a massa e o período do planeta sem saber como a órbita está inclinada em relação à linha de visão. Podemos obter bons dados para o período, mas só podemos inferir uma massa mínima (um limite inferior) para o planeta; não podemos determinar se é mais massivo e inclinado em um ângulo mais severo em relação à nossa linha de visão.

Em 2016, os dados sobre as linhas espectrais de Proxima Centauri, que remontavam a mais de uma década naquele ponto, tornaram-se bons o suficiente para os cientistas extrairem um pequeno sinal exoplanetário, correspondente a um planeta de 1,3 massa terrestre com um período de apenas 11 dias: Proxima b. Primeiro anunciado provisoriamente em abril de 2019 mas agora com bastante evidência para justificar a publicação em um grande jornal , Proxima c parece ser mais massivo em 5,8 massas terrestres, mas tem um período orbital de 5,2 anos. Os dados de dois instrumentos de telescópios independentes do ESO – o High Accuracy Radial Velocity Planet Searcher (HARPS) e o Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph (UVES) – foram agora combinados, com todos os sinais apontando para a existência de um segundo planeta do tamanho de uma super-Terra.

Uma parte do levantamento digital do céu com a estrela mais próxima do nosso Sol, Proxima Centauri, mostrada em vermelho no centro. Esta é a estrela mais próxima da Terra, localizada a pouco mais de 4,2 anos-luz de distância. (DAVID MALIN, UK SCHMIDT TELESCOPE, DSS, AAO)

Próxima Centauri em si é uma estrela interessante que é muito diferente da nossa. É extraordinariamente pequeno, escuro e fraco para os padrões solares, possuindo apenas:

• 15% do tamanho radial do Sol,
• 12% da massa do Sol,
• 0,17% da luminosidade total do Sol,
• 0,005% da luminosidade visual do Sol (a maior parte da luz é infravermelha),

todos os quais são típicos das estrelas de menor massa de todas. Proxima Centauri também exibe erupções solares muito grandes e frequentes, e é o menor membro do sistema estelar trinário que também contém Alpha Centauri A e B. Planetas que são muito grandes, muito massivos ou muito distantes já foram descartados por uma combinação de medições e nossa compreensão gravitacional, apenas planetas abaixo da massa de Saturno poderiam existir dentro da órbita equivalente de Plutão.

O exoplaneta Proxima b, como mostrado na ilustração deste artista, é considerado inóspito à vida devido ao comportamento de remoção de atmosfera de sua estrela. Deveria ser um mundo de 'olhos', onde um lado sempre torra ao sol e o outro lado sempre permanece congelado. (ESO/M. KORMESSER)

Quando o Proxima b foi descoberto, zarpar, fugir para tempestade de fogo do especulação , pois é potencialmente a massa certa para ser rochosa e à distância certa de sua estrela para ter temperaturas semelhantes às do nosso próprio planeta Terra. Imediatamente, as pessoas começaram a especular sobre a existência de água líquida em sua superfície, uma possível atmosfera semelhante à da Terra e até a possibilidade de vida neste mundo.

Infelizmente, essas especulações são quase certamente otimistas demais para o que a natureza pode oferecer. A uma curta distância de apenas 7,5 milhões de quilômetros de Proxima Centauri – meros 5% da distância Terra-Sol – qualquer atmosfera fina e semelhante à Terra teria sido arrancada há muito tempo pelas erupções de Proxima Centauri. Sem uma atmosfera, não pode haver água líquida, e as forças de maré terão travado uma face de Proxima b em sua estrela-mãe. Enquanto o lado diurno sempre torra, o lado noturno fica eternamente congelado; Proxima b é completamente inabitável.

Todos os planetas internos em um sistema de anãs vermelhas serão bloqueados por maré, com um lado sempre voltado para a estrela e outro sempre voltado para fora, mas com um anel de habitabilidade potencial semelhante à da Terra (assumindo as condições atmosféricas corretas) entre os lados noturno e diurno. Proxima b está muito perto para ter uma atmosfera, mas Proxima c, com sua maior distância e massa, é praticamente garantido para ter uma atmosfera muito espessa. (NASA/JPL-CALTECH)

Como ela não transita em sua estrela-mãe, mas orbita tão perto dela, nossas perspectivas para a imagem de Proxima b no futuro próximo também são extremamente fracas. Se o planeta fosse maior e mais distante de sua estrela-mãe, no entanto, é possível que um telescópio de próxima geração - equipado com um coronógrafo ou mesmo um starshade - bloqueie a luz de Proxima Centauri e tire imagens diretas desse próprio exoplaneta .

Tão longe, nós só temos imagens diretas de planetas que são pelo menos muitas centenas de vezes a massa da Terra e que giram muito além da órbita de Marte em nosso Sistema Solar: os planetas maiores e mais bem separados. É uma conquista espetacular que conseguimos visualizar planetas diretamente, mas para melhorar nossos limites atuais exigirá tecnologia que supera em muito o que está disponível hoje .

Nesta ilustração do sistema Proxima Centauri, o mundo interior, conhecido como Proxima b, orbita enquanto é pequeno, sem atmosfera, bloqueado por maré e rochoso, enquanto Proxima c muito mais distante é gasoso, possivelmente contém anéis ou outras características e tem uma atmosfera espessa e fria de hidrogênio e hélio. Alpha Centauri A e B são mostrados brilhando ao fundo, localizados a menos de 0,2 anos-luz de distância deste sistema. (LORENZO SANTINELLI)

No entanto, é exatamente isso que os futuros observatórios como o Telescópio Espacial James Webb e os futuros telescópios da classe de 30 metros, como o GMTO e o ELT, prometem oferecer: a capacidade de visualizar super-Terras que estão suficientemente separadas no espaço de sua estrela-mãe.

Isso é o que realmente torna este anúncio do Proxima c tão emocionante. Se o planeta for real e for confirmado, sua separação máxima o levará aproximadamente 1 segundo de arco (1/3600º de grau) de Proxima Centauri em seu ponto mais distante, que está dentro das capacidades desses observatórios de próxima geração para detectar diretamente. As propriedades orbitais deste mundo o levariam a apenas 1,5 Unidades Astronômicas (cerca de 220 milhões de km) de Proxima Centauri, muito mais perto do que qualquer mundo que já tenha sido fotografado diretamente antes.

Existem quatro exoplanetas conhecidos orbitando a estrela HR 8799, todos mais massivos que o planeta Júpiter. Esses planetas foram todos detectados por imagens diretas feitas durante um período de sete anos, com os períodos desses mundos variando de décadas a séculos: muito maiores e mais distantes do que Proxima c. (JASON WANG/CHRISTIAN MAROIS)

Também é garantido, com uma massa mínima de 5,8 Terras à sua distância de Marte de 220 milhões de km de Proxima Centauri, ser um mundo frio e inchado semelhante a uma versão em miniatura de Netuno. Embora o termo comum para um mundo como este seja super-Terra, podemos ter certeza de que não seria como a Terra, possuindo um grande envelope de hidrogênio e hélio ao seu redor, responsável pela maior parte da massa e volume deste mundo.

Supondo que os esforços para obter imagens diretas de Proxima c finalmente sejam bem-sucedidos, este exoplaneta se tornará imediatamente o menor e o mais próximo de sua estrela, orbitalmente, já visto. Pela primeira vez, teremos uma imagem de um exoplaneta pouco maior que (talvez o dobro do raio) da Terra, algo que nunca foi alcançado antes. Embora os dados futuros da missão Gaia possam confirmar este planeta e determinar sua massa, são os observatórios terrestres e espaciais que entrarão em operação no final desta década que oferecem o potencial de realmente tirar uma foto deste planeta.

O conceito Starshade pode permitir imagens diretas de exoplanetas já na década de 2020, enquanto os coronógrafos a bordo do ELT e GMTO nos levarão até lá ainda mais rápido. Este desenho conceitual ilustra um telescópio usando uma sombra de estrela, permitindo-nos visualizar os planetas que orbitam uma estrela enquanto bloqueiam a luz da estrela para mais de uma parte em 10 bilhões. (NASA E NORTHROP GRUMMAN)

Apenas alguns anos atrás, ninguém sabia se as estrelas mais próximas de nós possuíam algum planeta, ou se eram proibidas por algum motivo. À medida que construímos conjuntos de dados maiores e melhores, possibilitados por instrumentos e observatórios superiores, os dois primeiros planetas ao redor da estrela mais próxima de nós, Proxima Centauri, foram revelados.

O primeiro foi Proxima b, semelhante à Terra em tamanho e temperatura, mas estéril e bloqueado como Mercúrio. É improvável que revele seus segredos tão cedo. Mas Proxima c, à distância de Marte e com cerca de seis vezes a massa da Terra, pode se tornar o primeiro planeta tão pequeno e tão perto de sua estrela a ter sua fotografia tirada diretamente. Embora existam muitos mistérios a serem descobertos sobre como um planeta como esse poderia se formar e evoluir neste sistema estelar em particular, sua existência não apenas parece provável, mas o potencial existe para aprender mais sobre este mundo do que qualquer outro mundo semelhante já descoberto. Se você quer saber como é um mundo super-Terra (ou mini-Netuno), fique atento às primeiras imagens de Proxima c!

Começa com um estrondo é agora na Forbes , e republicado no Medium com um atraso de 7 dias. Ethan é autor de dois livros, Além da Galáxia , e Treknology: A ciência de Star Trek de Tricorders a Warp Drive .

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