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Possível sinal de lua gigantesca em exoplaneta divide astrônomos

Observações do Hubble sugerem lua do tamanho de Netuno ao redor de planeta a 8.000 anos-luz da Terra.

Courtesy of Dan Durda

Impressão de um artista da candidata a exolua transitando o exoplaneta Kepler 1625b

Será que os astrônomos acabaram de encontrar a primeira exolua, a companheira lunar de um planeta que orbita outra estrela? Talvez.

Usando dados dos telescópios espaciais Kepler e Hubble da NASA, os astrônomos Alex Teachey e David Kipping, da Universidade de Columbia, relatam a possibilidade de existência de uma lua do tamanho de Netuno que orbita um planeta três vezes mais pesado que Júpiter, ambos orbitando um sol de quase 10 bilhões de anos, chamado de Kepler 1625 b, que está há cerca de 8.000 anos-luz da Terra. Uma lua tão grande desafia explicações fáceis baseadas nas teorias predominantes. Os resultados da pesquisa apareceram publicados ontem (3) na revista Science Advances. Elas são uma continuação das descobertas do trabalho anterior da dupla, relatado no ano passado, que ofereceu evidências provisórias da lua.

Se confirmada, essa descoberta desafiaria a compreensão atual dos cientistas sobre a formação de planetas e luas, tendo potenciais implicações profundas para a prevalência da vida em todo o Cosmo, revelando mais uma vez que, quando se trata de mundos alienígenas, o Universo é mais estranho do que qualquer um pode supor.

Uma exolua extraordinária

Se o nosso Sistema Solar servisse de modelo, as luas deveriam ser muito mais numerosas que os planetas no Universo, e poderiam constituir a maior parte dos locais habitáveis em qualquer galáxia. Assim, determinar como e com que frequência elas se formam daria aos astrobiólogos uma vantagem para encontrar vida em outras partes de nossa galáxia. As estatísticas de Kipping e Teachey, derivadas dos dados de Kepler, sugerem que as luas são majoritariamente ausentes em torno de planetas em órbitas temperadas ao redor de suas estrelas - insinuando que a maioria dos companheiros lunares devem se esconder em climas mais frios, e que as luas habitáveis como semelhantes a Endor, de Guerra nas Estrelas, ou Pandora, de  Avatar, podem ser extremamente raras.

Acredita-se que as luas podem se formar de três maneiras distintas: coalescendo a partir de anéis de gás e poeira remanescentes da formação de um planeta; a partir de destroços que ficam em órbita ao redor de um planeta após um impacto gigante; ou ao serem gravitacionalmente capturadas por um planeta através de raros encontros próximos com pares de asteróides ou cometas em co-órbita. Mas esta exolua recém-proposta não se encaixa perfeitamente em nenhuma dessas histórias de origem. Parece ser grande demais para coalescer facilmente ao lado de seu planeta, que por si só é muito volumoso e gasoso para ejetar prontamente detritos após qualquer impacto concebível. A captura via encontro imediato, embora possível, exigiria uma concatenação perfeita de circunstâncias improváveis. "Se a lua for validada, isso provavelmente abrirá um novo cenário da formação das luas", diz René Heller, um teórico do Instituto Max Planck de Pesquisa do Sistema Solar na Alemanha, que não fez parte do estudo. "Na verdade, a própria existência da lua proposta exige a necessidade de repensar nossos conceitos sobre o que uma ‘lua’ realmente é.

Em termos de perspectiva, considere que a maior lua do nosso Sistema Solar, Ganimedes, de Júpiter, tem menos da metade da massa do menor planeta que orbita nosso Sol, Mercúrio. A lua de Kepler 1625 b, em contraste, seria cerca de 10 vezes mais massiva do que todos os planetas terrestres e as centenas de luas do nosso Sistema Solar combinadas. Isso sugere, diz Heller, “que essa lua teria se formado de uma maneira completamente diferente do que qualquer lua em nosso Sistema Solar”.

Até os autores do estudo concordam que sua alegação, potencialmente histórica, deve ser vista com cautela - ninguém jamais descobriu conclusivamente uma exolua antes, muito menos uma tão bizarra. "Esta lua teria propriedades surpreendentes, o que é uma boa razão para o ceticismo", diz Kipping, professor assistente em Columbia, que passou a última década sendo pioneiro na caça às exoluas. “Se este fosse o 10º objeto conhecido de um mesmo tipo, estaríamos chamando de `descoberta`, sem dúvida. Mas como é o primeiro de seu tipo, exige um nível mais alto de apuração… Ainda não consigo me convencer 100% de que isso é definitivamente real”.

"Estamos pedindo cautela aqui - a primeira exolua é obviamente uma alegação extraordinária, e requer evidências extraordinárias", diz Teachey, principal autor do estudo e candidato a PhD do braço de Kipping em Columbia. "Nós não estamos estourando champanhe ainda."

Não se sabe mais quase nada sobre esse satélite em potencial, a não ser seu tamanho estimado, e que a distância de três milhões de quilômetros que ele possui de seu hospedeiro planetário fariam ele aparecer no céu desse mundo com o dobro do tamanho da Lua terrestre. Com base na órbita de 287 dias do par planeta-lua em torno de sua estrela, Teachey e Kipping calcularam grosseiramente suas temperaturas médias, que seriam próximas da que faz a água entrar em ebulição, quente  o suficiente para que os micróbios mais resistentes da Terra prosperassem. Um desafio maior à vida seria a falta de superfícies, tanto no planeta quanto na lua - não há esperanças de alienígenas por ali.

Pego em movimento

Reivindicações de exoluas vêm e vão ao longo dos anos, mas duas delas se destacam como particularmente plausíveis. Em 2013, os cientistas relataram a detecção potencial do que poderia ter sido uma exolua com uma massa média com massa entre a de Marte a de Netuno, circulando um planeta com a massa de Júpiter, e que flutuava livremente pelo espaço - ou um planeta gigante e gasoso, parecido com Júpiter, orbitando uma estrela pequena e enfraquecida

Seja qual for a sua natureza, o sistema só foi detectado, em primeiro lugar, devido a um fenômeno chamado microlente gravitacional, que ocorreu apenas uma vez e acontece inteiramente ao acaso em qualquer circunstância e, portanto, não pôde ser observado novamente. Então, em 2015, uma análise separada de um gigantesco sistema de anéis em torno do exoplaneta "super-Saturno" J1407 b revelou múltiplos hiatos que poderiam ser várias exoluas com a massa média de Marte ou da Terra - diferentemente, escondidas nos anéis. Contudo, além dessas descobertas circunstanciais, não existem outros candidatos confiáveis.

Os primeiros indícios de uma descoberta revolucionária surgiram no ano passado, como parte de uma busca de cinco anos em que Kipping e Teachey conduziram para procurar por exoluas em torno de quase 300 planetas do gigantesco conjunto de dados do Kepler, que contém milhares de mundos conhecidos. Quase todos os planetas vistos a partir de Kepler fazem trânsitos, o que significa que eles cruzam as faces de seus sóis, quando vistos da Terra, lançando uma sombra em nossa direção que os astrônomos avaliam como um breve escurecimento de uma estrela. Se alguns desses planetas abrigam luas notavelmente grandes em órbitas amplas, as luas podem transitar de forma detectável também, imprimindo sua própria diminuição, muito menor, na luz de uma estrela, pouco antes ou depois da passagem de um planeta. Kipping e Teachey espiaram o que parecia ser um desses sinais em três passagens do Kepler 1625 b. Isso será o suficiente para captar 40 horas utilizando o instrumento Wide Field Camera 3 (WFC3) do Hubble para uma observação de acompanhamento de uma única passagem adicional do planeta e sua potencial lua, prevista para ocorrer em 28 e 29 de outubro de 2017. Além de procurar o movimento de uma lua, o programa do Hubble também tenta determinar o tempo exato da passagem de Kepler 1625b, que poderia ser alterado pela atração gravitacional de uma lua ou de um planeta próximo que não se movimenta.

Alcançando uma precisão quatro vezes maior do que os dados de Kepler, as observações do Hubble revelaram que, na verdade, esse movimento de Kepler 1625b foi alterado no tempo, chegando cerca de 75 minutos antes do previsto - exatamente como seria esperado se os movimentos do planeta fossem perturbados por uma enorme lua o acompanhando. Além disso, 3,5 horas após a conclusão do percurso do planeta, o Hubble registrou uma segunda inclinação muito menor, já que o brilho da estrela pareceu desvanecer-se em apenas cinco centésimos de 1%. As estrelas escurecem mais do que isso o tempo todo devido aos padrões convectivos em suas superfícies, mas testes observacionais básicos sugerem que essa atividade estelar não foi a culpada nesse caso, diz Kipping. Em vez disso, diz ele, o sinal minúsculo seria consistente com uma lua do tamanho de Netuno "seguindo o planeta como um cão seguindo seu dono na coleira".

Infelizmente, o tempo atribuído a Kipping e Teachey para utilizar o Hubble expirou antes que eles pudessem chegar a conclusão das conclusões sobre o trânsito menor, deixando o conjunto de dados incompletos e em aberto a possibilidade de que a aparente sombra da lua tivesse sido, na verdade, algo totalmente diferente.

"Não vejo nenhum motivo para que ela não seja uma exolua", diz Peter McCullough, astrônomo e especialista em instrumentação do Hubble da Universidade Johns Hopkins, que não participou da pesquisa. “Contudo, também não vejo nenhum motivo para que seja uma exolua. Qualquer declaração é justificável”.

Contra a hipótese da exolua, McCullough e outros pesquisadores estão familiarizados com resultados que apontam que o instrumento WFC3 do Hubble é notório por exibir rotineiramente variações menores e difíceis de definir, e que podem imitar o sinal sutil de uma lua. Além disso, eles apontam para os dados mais recentes da missão Kepler, em que novos métodos analíticos de última geração fizeram os sinais já diminutos da exolua se tornarem insignificantes. “Eu acho que isso mostra o quão fluida a interpretação pode ser, com tão poucos movimentos observados [de Kepler 1625 b]”, diz McCullough. “Os pesquisadores estão plenamente conscientes disso - eles são os maiores especialistas nesse campo. É a natureza do problema - ela é difícil.”

Teachey e Kipping afirmam que, depois de passar quase um ano sendo seus mais severos críticos e tentando, da melhor forma possível explicar as provas, essa alegação mais extraordinária continua sendo a mais convincente. “Até onde podemos dizer, não há como ignorar esse sinal - há realmente um segundo declive na luz da estrela”, diz Kipping. E sim, a mudança de horário no trânsito de Kepler 1625 b poderia alternativamente ocorrer devido à influência de um planeta invisível muito massivo - mas nenhum planeta desse tipo foi encontrado apesar do levantamento de Kepler e do Hubble. "Uma lua é a hipótese mais simples, elegante e autoconsistente - é por isso que somos a favor dela", diz Kipping. "Chegou a hora de deixar a comunidade interrogar nossas descobertas".

Existe apenas uma maneira de resolver verdadeiramente o problema: obter mais dados. O Telescópio Espacial James Webb da NASA deve ser mais do que capaz de decidir definitivamente a favor ou contra essa suposta exolua, mas ele não deve ser lançado até 2021, no mínimo. Enquanto isso, Kipping e Teachey aguardam a aprovação de outra proposta de observação do Hubble, que usaria o dobro do tempo utilizado anteriormente no telescópio para captar movimentos completos do Kepler 1625b e de sua suposta lua durante a próxima travessia prevista do par celestial em maio de 2019.

Desta vez, eles prevêem que a lua estará no lado oposto de sua órbita, com um movimento que precede o do próprio planeta. "Devemos observar um evento lunar separado e limpo", diz Kipping. "Se virmos isso, acho que terminamos... Acredito que teríamos uma descoberta final desse sistema". Exceto, é claro, sobre como ele se formou.

Lee Billings

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