Um terço dos planetas gigantes detetados pelo Kepler podem ser estrelas

Nuno Cardoso Santos, astrónomo do Centro de Astrofísica da Universidade do Porto (CAUP), participou numa investigação europeia que sugere que até 35% dos candidatos a planetas gigantes detetados pelo satélite Kepler são afinal estrelas.

A equipa liderada por investigadores do Laboratório de Astrofísica de Marselha (LAM), usou o espectrógrafo SOPHIE, instalado no Observatório de Haute-Provence (França), para observar uma amostra aleatória de candidatos a planetas previamente detetados pelo satélite Kepler (NASA). Nesta amostra foram identificados 10 novos planetas e 5 anãs castanhas. Esta amostra foi obtida entre os mais de 2300 candidatos a planetas, detetados através de trânsitos planetários pelo Kepler.

No entanto, a diminuição de brilho que se observa num trânsito planetário pode ser reproduzida por outros fenómenos (por exemplo, sistemas múltiplos de estrelas), pois com este método medem-se apenas os tamanhos dos objetos, mas não é possível medir as suas massas. Torna-se por isso necessário verificar, através de outros métodos, se a diminuição de brilho é provocada pela passagem de um planeta, ou de uma estrela companheira.

Uma das maneiras de fazer essa verificação é com espectrógrafos de alta resolução, através do método das velocidades radiais. Alexandre Santerne (LAM) comentou que: “O SOPHIE é um dos instrumentos mais prolíficos do mundo, na medição de velocidades radiais de estrelas. Com este fomos capazes de determinar a verdadeira natureza dos candidatos a planetas descobertos pelo Kepler, e medir as massas dos objetos em trânsito.”

Estas observações permitiram à equipa detetar uma variedade de objetos, como “Júpiteres quentes”⁶, anãs castanhas⁷ e sistemas binários/triplos de estrelas. Para o Kepler é virtualmente impossível distinguir entre estes três casos, pois uma anã castanha, por exemplo, pode ter o mesmo tamanho que Júpiter (mas é cerca de 20 vezes mais massiva). Na amostra, 65% dos objetos eram de fato planetas, sendo 20% sistemas múltiplos, 11% binários de eclipse e 4% anãs castanhas.

Ou seja, cerca de 35% dos candidatos a planetas detetados pelo Kepler podem ser falsas deteções. No entanto, Claire Moutou (LAM) avisa que: “Esta taxa de “impostores” não se aplica necessariamente a planetas pequenos (cerca de 90% das deteções do Kepler), nem situações em que há vários planetas a orbitar a mesma estrela (cerca de 30% das deteções)”.

Para Rodrigo Díaz (LAM), “Estes planetas dão-nos novos elementos para uma melhor compreensão dos processos envolvidos na formação e evolução de planetas. E as anãs castanhas são a chave para percebermos a diferença entre planetas massivos e estrelas de pequena massa”.

Estes resultados foram anunciados a 31 de Agosto 2012, durante a Assembleia Geral da União Astronómica Internacional, a realizar-se em Pequim.

Ricardo Cardoso Reis (CAUP)

Ciência na Imprensa Regional – Ciência Viva

Imagens e vídeos disponíveis para download, em alta resolução em:  http://www.astro.up.pt/kepler_LAM

Fig1: Foto do Telescópio de 1,93 metros, do Observatório de Haute-Provence, onde está instalado o espectrógrafo SOPHIE (R.Sehling)

Fig2: Percentagem de planetas e outros objetos, a partir da análise do espectrógrafo SOPHIE, de entre a lista de candidatos a planetas detetados pelo Kepler. (A. Santerne)

Video: Animação das órbitas dos objetos estudados pelo SOPHIE (A. Santerne)

Notas Complementares:

As conclusões são baseadas numa série de artigos (já publicados ou em preparação), na revista Astronomy & Astrophysics:

- SOPHIE velocimetry of Kepler transit candidates II. KOI-428 b: a hot Jupiter transiting a subgiant F-star (DOI: 10.1051/0004-6361/201015764), A. Santerne et al., 2011

- SOPHIE velocimetry of Kepler transit candidates. III. KOI-423b: an 18 MJup transiting companion around an F7IV star (DOI: 10.1051/0004-6361/201117095), F. Bouchy et al., 2011

- SOPHIE velocimetry of Kepler transit candidates. IV. KOI-196b: a non-inflated hot Jupiter with a high albedo (DOI: 10.1051/0004-6361/201117807), A. Santerne et al., 2011

- SOPHIE velocimetry of Kepler transit candidates. V. The three hot Jupiters KOI-135b,

KOI-204b, and KOI-203b (alias Kepler-17b) (DOI: 10.1051/0004-6361/201118323), A. S. Bonomo et al., 2012

- SOPHIE velocimetry of Kepler transit candidates VII. A false positive rate of 35% for

Kepler close-in giant exoplanet candidates (DOI: 10.1051/0004-6361/201219608), A. Santerne et al., 2012, aceite para publicação

- SOPHIE velocimetry of Kepler transit candidates VIII. Five new hot Jupiter : KOI-200 b,

KOI-202 b, KOI-206 b, KOI-614 b, KOI-680 b, G. Hébrard et al., em preparação

- SOPHIE velocimetry of Kepler transit candidates IX. KOI-189 b and KOI-686 b : long period very low-mass companions to solar-type stars, R. F. Díaz et al., em preparação

- SOPHIE velocimetry of Kepler transit candidates X. KOI-205 b and KOI-554 b : two

new transiting brown dwarfs, R. F. Díaz et al., em preparação

A equipa é composta por A. Santerne (Laboratório de Astrofísica de Marselha/Observatório de Haute-Provence); C. Moutou, R. F. Díaz, A. S. Bonomo, M. Deleuil, J.-M. Almenara (Laboratório de Astrofísica de Marselha); F. Bouchy, G. Hébrard (Observatório de Haute-Provence/ Instituto de Astrofísica de Paris); Nuno Cardoso Santos (CAUP). Conta ainda com a colaboração do astrónomo amador M. Vanhuysse (Oversky).

O SOPHIE (Spectrographe pour l’Observation des Phénomènes des Intérieurs stellaires et des Exoplanètes, ou espectrógrafo para a observação de fenómenos no interior de estrelas e de exoplanetas) é um espectrógrafo de alta resolução, com precisão para medir velocidades radiais da ordem dos 2 metros/segundo. Está instalado no telescópio de 1,93 metros do observatório de Haute-Provence (França), o mesmo local onde em 1995 Michel Mayor e Didier Queloz detetaram o primeiro planeta extra-solar a orbitar uma estrela parecida com o Sol.

O Método de Trânsito consiste na medição da diminuição da luz de uma estrela, provocada pela passagem de um exoplaneta à frente dessa estrela (algo semelhante a um micro-eclipse). Através de um trânsito é possível determinar apenas o raio do planeta. Este método é complicado de usar, porque exige que o(s) planeta(s) e a estrela estejam exatamente alinhados com a linha de visão do observador.

O Método das Velocidades Radiais deteta exoplanetas medindo pequenas variações na velocidade (radial) da estrela, devidas ao movimento que a órbita desses planetas imprime na estrela. A variação de velocidade que o movimento da Terra imprime ao Sol é de apenas 10 cm/s (cerca de 0,36 km/h).

Um Júpiter Quente é um exoplaneta gasoso, semelhante a Júpiter, mas que orbita à volta da sua estrela a uma distância igual ou menor que a órbita de Mercúrio. Por isso são extremamente quentes, com temperaturas superiores a 1000 graus. Por comparação, Mercúrio está no mínimo a 46 milhões km do Sol (0,3 vezes a distância da Terra), enquanto Júpiter está no mínimo a 740 milhões km do Sol (cerca de 5 vezes a distância da Terra).

Uma Anã Castanha é um objeto sub-estelar, isto é, não tem massa suficiente para iniciar os processos de fusão nuclear do hidrogénio, característicos das estrelas. Há um intenso debate sobre estes objetos, pois a fronteira entre uma anã castanha e um planeta gigante gasoso não está bem definida.

O Centro de Astrofísica da Universidade do Porto (CAUP) foi criado em maio de 1989 e iniciou as atividades em outubro de 1990. É uma associação científica e técnica privada da Universidade do Porto, sem fins lucrativos e reconhecida de utilidade pública. Inscreve entre os seus objetivos apoiar e promover a Astronomia através da investigação científica, da formação ao nível pós-graduado e universitário, do ensino da Astronomia ao nível não universitário (básico e secundário) e da divulgação da ciência e promoção da cultura científica.
É o maior instituto de investigação em Astronomia em Portugal, com mais de 60 pessoas. Desde 2000 que é avaliado como "Excelente" por painéis internacionais, organizados pela Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT).