Quantos planetas parecidos à Terra orbitam estrelas parecidas ao Sol?

Por enquanto, cálculo feito a partir de observações do Telescópio Espacial Kepler gira em torno de um similar da Terra a cada grupo de quatro estrelas

Cálculo feito a partir de observações do Telescópio Kepler resulta em cerca de um planeta a cada quatro estrelas. Imagem: Nasa Ames/Seti Institute/JPL-Caltech

(Universidade Estadual da Pensilvânia) – Um novo estudo fornece a estimativa mais precisa da frequência com que planetas semelhantes à Terra em termos de tamanho e distância de sua estrela hospedeira ocorrem em torno de estrelas semelhantes ao Sol. Saber a taxa a que esses planetas potencialmente habitáveis ​​ocorrem será importante para projetar missões rumo a planetas rochosos próximos de estrelas semelhantes ao Sol que poderiam abrigar vida. Um artigo descrevendo esse modelo foi publicado esta semana na revista “Astronomical Journal”.

Milhares de planetas foram descobertos pelo telescópio espacial Kepler, da Nasa. Lançado em 2009 e aposentado pela agência espacial americana em 2018, o Kepler observou centenas de milhares de estrelas e identificou planetas fora de nosso sistema solar (exoplanetas) documentando os eventos de trânsito (quando um planeta passa entre sua estrela e o telescópio, bloqueando um pouco da luz da estrela). De posse desses dados, os astrônomos caracterizam o tamanho do planeta e a distância entre ele e sua estrela hospedeira.

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“O Kepler descobriu planetas com uma ampla variedade de tamanhos, composições e órbitas”, disse Eric B. Ford, professor de astronomia e astrofísica da Universidade Estadual da Pensilvânia (Penn State University) e um dos líderes da pesquisa. “Queremos usar essas descobertas para melhorar nossa compreensão da formação do planeta e planejar futuras missões para procurar planetas que possam ser habitáveis. No entanto, simplesmente contar exoplanetas de um determinado tamanho ou distância orbital é enganoso, já que é muito mais difícil encontrar pequenos planetas longe de suas estrelas do que encontrar grandes planetas perto de suas estrelas.”

A fim de superarem esse obstáculo, os pesquisadores projetaram um novo método para inferir a taxa de ocorrência de planetas em uma ampla gama de tamanhos e distâncias orbitais. O novo modelo simula “universos” de estrelas e planetas e depois “observa” tais universos para determinar quantos dos planetas teriam sido descobertos pelo Kepler em cada um deles.

Planejamento de missões

“Usamos o catálogo final de planetas identificados pelo Kepler e melhoramos as propriedades das estrelas da missão espacial Gaia, da Agência Espacial Europeia, para construir nossas simulações”, disse Danley Hsu, aluno de pós-graduação da Penn State e o primeiro autor do artigo. “Ao compararmos os resultados com os planetas catalogados pelo Kepler, caracterizamos a taxa de planetas por estrela e como isso depende do tamanho do planeta e da distância orbital. Nossa nova abordagem permitiu que a equipe abordasse vários efeitos que não foram incluídos em estudos anteriores.”

Os resultados do estudo são particularmente relevantes para o planejamento de futuras missões espaciais para determinar planetas potencialmente semelhantes à Terra. A missão Kepler descobriu milhares de pequenos planetas, mas a maioria está tão longe que é difícil para os astrônomos aprenderem detalhes sobre sua composição e atmosfera.

“Os cientistas estão particularmente interessados ​​em procurar biomarcadores – moléculas indicativas de vida – nas atmosferas de planetas do tamanho da Terra que orbitam na ‘zona habitável’ de estrelas semelhantes ao Sol”, disse Ford. “A zona habitável é uma faixa de distâncias orbitais nas quais os planetas poderiam suportar água líquida em suas superfícies. Buscar evidências de vida em planetas do tamanho da Terra, na zona habitável de estrelas semelhantes ao Sol, exigirá uma nova e grande missão espacial.”

O tamanho dessa missão precisa depender da abundância de planetas do tamanho da Terra, disseram os pesquisadores. A Nasa e a Academia Nacional de Ciências dos EUA estão atualmente explorando conceitos de missão que diferem substancialmente em tamanho e em suas capacidades.

Análise rigorosa

Se os planetas do tamanho da Terra são raros, então os mais parecidos com a Terra estão mais distantes e uma missão grande e ambiciosa será exigida para buscar evidências de vida em planetas com essa semelhança potencial. Por outro lado, se os planetas com as dimensões da Terra são comuns, então haverá exoplanetas do tamanho da Terra orbitando estrelas próximas ao Sol e um observatório relativamente pequeno poderá estudar suas atmosferas.

“Embora a maioria das estrelas observadas pelo Kepler esteja a milhares de anos-luz do Sol, o telescópio observou uma amostra delas grande o suficiente para podermos realizar uma análise estatística rigorosa a fim de estimar a taxa de planetas do tamanho da Terra na zona habitável de estrelas como o Sol próximas”, disse Hsu.

Com base em suas simulações, os pesquisadores estimam que exoplanetas com tamanho muito próximo ao da Terra – de três quartos a uma vez e meia o tamanho do nosso planeta –, e períodos orbitais variando de 237 a 500 dias, ocorrem em torno de uma em quatro estrelas. Importante: seu modelo quantifica a incerteza nessa estimativa. Eles recomendam que as missões de busca de planetas planejem uma taxa real que vai de cerca de um planeta para cada 33 estrelas a quase um planeta para cada duas estrelas.

“Saber com que frequência devemos esperar encontrar planetas de um determinado tamanho e período orbital é extremamente útil para otimizar pesquisas para exoplanetas e o projeto de futuras missões espaciais para maximizar suas chances de sucesso”, disse Ford. “A Penn State é líder em trazer métodos estatísticos e computacionais de última geração para a análise de observações astronômicas para tratar desses tipos de perguntas. Nosso Instituto de CiberCiências e o Centro de Astroestatística fornecem infraestrutura e suporte que possibilitam esses tipos de projetos.”