Como encontrar um exoplaneta em casa: guia para iniciantes com dados reais do TESS, da NASA
A maioria dos mais de 6.000 planetas conhecidos fora do nosso Sistema Solar nunca foi vista diretamente. Eles foram encontrados ao se notar que uma estrela ficava um pouquinho mais fraca, de novo e de novo, quando um planeta passava na frente dela. Esse é o método de trânsito, e os dados que ele usa são públicos. Com um navegador e um pouco de paciência, você pode procurar planetas nas mesmas medições que os astrônomos profissionais usam.
Este guia explica, passo a passo, como funciona uma busca por trânsitos, com as estrelas reais do nosso Caçador de Planetas.
De onde vêm os dados: o TESS, da NASA
O Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), da NASA, lançado em abril de 2018, observa uma faixa do céu de 24° por 96° durante cerca de 27 dias por vez (um “setor”) e depois passa para a seguinte. Para centenas de milhares de estrelas selecionadas, ele registra uma medida de brilho a cada dois minutos. O resultado para cada estrela é uma curva de luz: o brilho em função do tempo.
Tudo isso é liberado ao público pelo arquivo MAST, da NASA. O TESS já apontou milhares de possíveis planetas, chamados TESS Objects of Interest (TOIs), e centenas deles foram confirmados até agora. Muitos outros sinais estão parados nos dados, esperando que alguém olhe.
De que tamanho é a queda causada por um planeta?
Quando um planeta passa na frente da sua estrela, ele bloqueia uma fração do disco da estrela igual à razão entre as áreas dos dois, (raio do planeta / raio da estrela)². Isso dá uma ideia do que você está procurando:
- Um Júpiter na frente de uma estrela como o Sol: cerca de 1% mais fraca.
- Uma Terra na frente de uma estrela como o Sol: cerca de 0,008% (84 partes por milhão).
- Um planeta pequeno na frente de uma anã vermelha pequena: uma queda bem mais profunda, porque a estrela é pequena. É por isso que muitos planetas pequenos do TESS orbitam anãs vermelhas.
Os planetas do Caçador de Planetas cobrem toda essa faixa, desde WASP-18 b, um gigante cuja queda tem cerca de 1% de profundidade e se repete a cada 22,6 horas, até Pi Mensae c, o primeiro planeta anunciado pelo TESS, cujo trânsito reduz o brilho da sua estrela brilhante em menos de 0,03%.
Passo 1: encontre uma queda que se repete
Curvas de luz reais têm ruído. As estrelas oscilam, a nave treme e toda medida tem um pouco de dispersão. Uma queda isolada não prova nada. O que você quer é uma queda que se repete, com a mesma profundidade e a mesma duração a cada vez.
No Caçador de Planetas, você marca cada queda que vê. Quando tiver duas ou três, os intervalos entre elas devem ser múltiplos inteiros de um mesmo número: esse é o período orbital do planeta. LHS 3844 b, um planeta rochoso em volta de uma anã vermelha, dá uma volta em apenas 11 horas, então um único setor de 27 dias mostra dezenas de trânsitos dele.
Passo 2: dobre a curva de luz
Com um período em mãos, você pode cortar a curva de luz em pedaços do tamanho de um período e empilhá-los uns sobre os outros. Isso se chama dobrar em fase (phase folding). Se o período estiver certo, todos os trânsitos se alinham, e uma queda fraca que estava enterrada no ruído de repente se destaca com clareza. Se o período estiver errado, as quedas se espalham. É dobrando a curva que os astrônomos encontram planetas rasos demais para ver a olho nos dados brutos.
Passo 3: leia o planeta a partir da queda
O trânsito dobrado diz muita coisa:
- A profundidade dá o tamanho do planeta em relação à estrela. Sabendo o raio da estrela, você obtém o raio do planeta.
- A duração depende do tamanho da órbita e do tamanho da estrela: um planeta longe da sua estrela se move devagar e leva mais tempo para atravessá-la.
- A forma importa: um planeta produz uma queda de fundo plano com bordas inclinadas, porque fica totalmente na frente da estrela por um tempo.
Passo 4: confira se não são duas estrelas
O impostor mais comum é uma binária eclipsante: duas estrelas que orbitam uma à outra e se revezam bloqueando a luz uma da outra. Sinais de alerta:
- As quedas têm forma de V em vez de fundo plano.
- Quedas alternadas têm profundidades diferentes (as ímpares e as pares não batem), porque as duas estrelas são diferentes.
- Há uma segunda queda, menor, no meio do caminho entre as principais, quando a estrela mais brilhante esconde a mais fraca.
- A queda é profunda demais para qualquer planeta: um planeta não consegue bloquear mais do que alguns por cento de uma estrela como o Sol.
Mas binárias eclipsantes nem sempre são más notícias. Em 2020, um estagiário da NASA de 17 anos, Wolf Cukier, estava conferindo dados do Planet Hunters TESS justamente atrás desse tipo de binária, o par TOI-1338, quando notou uma queda extra que não se encaixava. Era TOI-1338 b, um planeta com cerca de 6,9 vezes o tamanho da Terra que orbita as duas estrelas. Você pode estudar o mesmo sistema no Caçador de Planetas.
Passo 5: ele já é conhecido?
Antes de comemorar, verifique se a estrela já tem um TOI ou um planeta confirmado. O Caçador de Planetas faz isso por você, comparando o seu período com os catálogos da NASA. Se ele não bater com nada conhecido, talvez você tenha achado um candidato novo de verdade. Voluntários do projeto Planet Hunters TESS (no Zooniverse) já encontraram muitos candidatos assim, e alguns foram confirmados como planetas.
Faça uma busca real
As dez estrelas de treino do Caçador de Planetas são sistemas conhecidos, então você pode conferir as suas respostas. Quando estiver pronto, o modo Busca real carrega curvas de luz do setor mais recente do TESS direto do arquivo da NASA. A maioria dos sinais ali ainda não foi examinada por ninguém.
Abra o Caçador de Planetas, comece por WASP-18 b e veja qual é a menor queda que você consegue encontrar.
Perguntas frequentes
Amadores podem mesmo descobrir exoplanetas? Sim. Os dados do TESS e do Kepler são públicos, e voluntários de projetos como o Planet Hunters TESS já encontraram candidatos a planeta que depois foram confirmados por astrônomos profissionais, entre eles o planeta circumbinário TOI-1338 b.
O que é uma curva de luz? Um gráfico do brilho de uma estrela ao longo do tempo. Um planeta passando na frente da estrela aparece como uma pequena queda que se repete.
Qual é o menor planeta que o TESS consegue encontrar? O TESS já encontrou planetas menores que a Terra, quase sempre em volta de anãs vermelhas pequenas e próximas, onde um planeta do tamanho da Terra bloqueia uma parte maior da luz da estrela.
Por que a maioria dos planetas em trânsito tem órbitas curtas? Porque um planeta precisa passar na frente da sua estrela pelo menos duas vezes, de preferência mais, durante as poucas semanas em que o TESS observa um pedaço do céu. Planetas próximos transitam com frequência; um planeta com órbita de um ano normalmente mostraria no máximo uma queda.
Explore você mesmo: Caçador de Planetas · Segunda Terra · Exoplanetas e a Via Láctea em 3D · Qual é o tamanho das estrelas?
Fontes
- Ricker et al. (2015), Transiting Exoplanet Survey Satellite, JATIS 1, 014003. doi:10.1117/1.JATIS.1.1.014003
- Kostov et al. (2020), TOI-1338: TESS's First Transiting Circumbinary Planet, AJ 159, 253. doi:10.3847/1538-3881/ab8a48
- NASA, NASA's TESS Mission Uncovers its 1st World with Two Stars (2020): Wolf Cukier's discovery. nasa.gov
- Huang et al. (2018), TESS Discovery of a Transiting Super-Earth in the Pi Mensae System, ApJL 868, L39. doi:10.3847/2041-8213/aaef91
- Vanderspek et al. (2019), TESS Discovery of an Ultra-short-period Planet around the Nearby M Dwarf LHS 3844, ApJL 871, L24. doi:10.3847/2041-8213/aafb7a
- NASA Exoplanet Archive and MAST (Mikulski Archive for Space Telescopes). exoplanetarchive.ipac.caltech.edu · archive.stsci.edu
As profundidades dos trânsitos são (raio do planeta / raio da estrela)², usando 6.371 km para a Terra, 69.911 km para Júpiter e 695.700 km para o Sol. Os períodos e as profundidades das estrelas do Caçador de Planetas são os valores medidos nas suas curvas de luz do TESS.