quinta-feira, 2 de julho de 2015

Medida a idade de estrelas que contêm exoplanetas parecidos com a Terra

Uma das maiores questões em astrofísica é: será que existe vida além da Terra?

ilustração de estrela e seu exoplaneta parecido com a Terra

© IAC (ilustração de estrela e seu exoplaneta parecido com a Terra)

Até mesmo para começar a responder isso, precisamos saber quantos planetas como o nosso existem lá fora, e quando eles se formaram. Entretanto, a determinação das idades de estrelas e de seus planetas orbitando é extremamente difícil; idades precisas estão disponíveis apenas para um punhado de estrelas hospedeiras graças às observações de sismologia estelar feitas com o satélite Kepler.

As 33 estrelas foram escolhidas devido às oscilações serem como a do Sol e um conjunto de parâmetros básicos foram determinados com alta precisão mostrando que as estrelas de 11 bilhões de anos têm planetas como a Terra.
"Nossa equipe determinou as idades para estrelas hospedeiras individuais com níveis semelhantes de precisão, constituindo o melhor conjunto caracterizado de estrelas hospedeiras de exoplanetas atualmente disponível," disse Victor Silva Aguirre do Centro de Astrofísica Estelar na Universidade de Aarhus, na Dinamarca.

Medir as idades das estrelas é um dos problemas mais difíceis que os astrônomos contemporâneos enfrentam. Até agora apenas a idade do Sol foi determinada com alta precisão, ou seja, 4,57 bilhões de anos, com uma precisão de ±10 milhões de anos. O grupo internacional de astrônomos determinaram as idades, os diâmetros, as densidades, as massas e as distâncias de 33 estrelas com grande precisão. Especialmente, todas estas estrelas têm planetas como a Terra, dando-nos uma nítida indicação de que tais planetas se formaram em na Via Láctea muito antes da Terra e ainda estão sendo formadas lá fora.

As 33 estrelas foram cuidadosamente selecionadas de mais de 1.200 estrelas com planetas ao seu redor que têm sido observados com o satélite Kepler. As estrelas têm de ser suficientemente brilhante para dar uma boa base estatística para os resultados, e elas têm que mostrar algumas características semelhantes ao Sol para torná-las comparáveis.

Estrelas pulsam, vibram e ressoam como as ondas sonoras em um instrumento musical. A técnica avançada de medição destas melodias estelares é chamada sismologia estelar, um método bastante semelhante ao utilizado por geólogos para sondar a composição do interior da Terra por meio de sismos.

O satélite Kepler da NASA constantemente mediu minúsculas variações na luz de cerca de 145.000 estrelas em um período de um pouco mais de quatro anos. Analisando essas variações ao longo do tempo fornece os períodos de muitas pulsações simultâneas em cada estrela, e que podem derivar as propriedades básicas importantes das estrelas individuais.

Conhecer as idades, tamanhos e outros parâmetros básicos das estrelas é importante quando se quer estudar o desenvolvimento em grande escala da nossa galáxia e do Universo, uma disciplina relativamente nova chamada "arqueologia galáctica". Nós todos queremos saber de onde viemos! Num nível mais prático as estrelas funcionam em grande parte do mesmo modo que um reator de fusão. O conhecimento preciso do mecanismo interno nas estrelas pode ajudar, no futuro, na produção de energia aqui na Terra.

Esta não é a primeira vez que as idades precisas das estrelas individuais foram determinadas. Mas, a utilização de uma grande amostra e análise com o mesmo instrumento, o satélite Kepler, com os mesmos métodos teóricos e estatísticos gera maior confiança na precisão dos resultados. A comparação das estrelas podem também revelar propriedades estelares incomuns e até agora desconhecidas.

O conhecimento preciso especialmente das idades estelares pode estar relacionado com os espectros das estrelas. Isto fornece um conjunto de estrelas com calibração conhecida e, portanto, permite aplicar a espectroscopia de estrelas fracas para suas idades.

As 33 estrelas selecionadas para o estudo não são todas semelhantes ao Sol, mas elas se comportam da mesma forma que ele, chamado tecnicamente de osciladores solares. "O termo osciladores solares significa que as pulsações das estrelas apresentam o mesmo mecanismo que o Sol: bolhas de gás se movendo para cima e para baixo. Estas bolhas produzem ondas sonoras que viajam através do interior das estrelas, saltando para trás e para frente, e à superfície produzindo minúsculas variações no brilho estelar," disse Aguirre.

O novo estudo fornece os valores para as estrelas selecionados com precisão sem precedentes. As propriedades estelares obtidas apresentam as seguintes porcentagens: 1,2% (raio), 1,7% (densidade),
3,3% (massa), 4,4% (distância) e 14% (idade). Se, por exemplo, uma estrela tem uma idade calculada de 5 bilhões de anos, o 14% significa que a verdadeira idade se situa entre 4,3 e 5,7 bilhões anos.

Todas as estrelas estudadas pelo satélite Kepler situam em uma pequena área do céu, perto da constelação de Cygnus. As 33 estrelas estão localizadas entre 100 e 1.600 anos-luz do Sol. Com uma pequena área da Via Láctea, tais estrelas analisadas durante um tempo relativamente curto  representam as mais de 300 bilhões de estrelas em nossa galáxia? A resposta é um sonoro "sim". Certamente, os astrônomos gostariam de estudar muito mais estrelas por muito mais tempo, mas, por enquanto, e em comparação com o que era anteriormente conhecido este é um grande primeiro passo. Futuramente, seremos capazes de estudar amostras maiores de estrelas, selecionadas a partir de uma área maior do céu com o projeto atual Kepler2 e a exploração de todo o céu com o satélite TESS em 2017. Sendo que melhores resultados são esperados a partir do satélite PLATO que deverá ser lançado pela ESA (Agência Espacial Europeia), em meados dos anos 2020.

O satélite Kepler é capaz de fornecer dois tipos diferentes de resultados com o mesmo tipo de medição. Desde as pequenas variações na intensidade da luz das estrelas, pode-se deduzir valores tanto de sismologia estelar e também descobrir quaisquer exoplanetas que circundam as estrelas. Determinação das propriedades exatas destes exoplanetas só é possível se também for conhecida as características fundamentais das estrelas hospedeiras. Os dois campos da astronomia estão intimamente ligados.

"Nosso estudo fornece a primeira amostra de idades homogeneamente determinadas para dezenas de estrelas hospedeiras de exoplanetas com um elevado nível de precisão. As estrelas que estudamos hospedam exoplanetas do tamanho comparável à Terra (entre 0,3 e 15 raios terrestres), e os nossos resultados revelam uma ampla gama de idades para estas estrelas hospedeiras, tanto mais jovens (até metade da idade solar) e mais velhas (até 2,5 vezes a era solar) do que o Sol. Isto é, independentemente do tamanho dos exoplanetas no sistema, mostra que a formação dos exoplanetas similares em tamanho à Terra ocorreu ao longo de toda a história da nossa galáxia (e ainda está acontecendo!). Na verdade, alguns desses planetas eram da mesma idade que a Terra é agora, no momento em que a própria Terra se formou. Isto é uma descoberta notável," disse Aguirre.

O novo estudo será publicado no periódico Monthly Notices da Royal Astronomical Society.

Fonte: Universidade de Aarhus

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