Estruturas do Universo

Saia em uma noite clara para um lugar descampado e sem luzes artificiais, olhe para o céu e maravilhe-se em poder estar certo de algo que nossos ancestrais jamais poderiam imaginar: provavelmente, cada estrela que você vê tem pelo menos um planeta em sua órbita.

Os seres humanos têm especulado sobre tal possibilidade por milhares de anos, mas nossa geração é a primeira a saber, com certeza, que existem planetas fora do Sistema Solar.

Esses mundos são chamados de exoplanetas e podem ou não estar orbitando estrelas. Eles se apresentam em uma grande variedade de tamanhos, de gigantes gasosos maiores do que Júpiter a planetas rochosos menores, de dimensões aproximadas às da Terra ou Marte.

Eles podem ser quentes a ponto de derreter metais ou totalmente congelados. Podem descrever órbitas tão rapidamente em torno de suas estrelas que um ano dura apenas alguns dias e podem até mesmo orbitar dois sóis ao mesmo tempo. Alguns deles são órfãos de estrelas e vagam pela galáxia em permanente escuridão.

A primeira confirmação de descoberta de um exoplaneta ocorreu em 1995. Batizado de 51 Pegasi b, ele tem tamanho comparável ao de Júpiter, localiza-se a 50 anos-luz de distância e está preso a uma órbita com periodicidade de quatro dias terrestres ao redor de sua estrela.

Antes disso, entretanto, já existiam algumas indicações. Um planeta que atualmente é chamado de Tadmor foi divulgado em 1988, mas a descoberta foi contestada e negada em 1992. Dez anos depois, um volume maior e melhor de dados mostraram que, no final das contas, ele de fato está lá!

A maioria dos exoplanetas já descobertos encontra-se a centenas de milhares de anos-luz da Terra, mas um deles foi detectado orbitando Proxima Centauri, a estrela mais próxima de nós depois do Sol. Ele se chama Proxima Centauri b e está a apenas 4,5 anos-luz (mais do que 40 trilhões de quilômetros) da Terra.

Outra descoberta confirmada, com base em observações que tiveram início em 1992, foi a de um sistema de três planetas orbitando um pulsar, localizado a uma distância de mais ou menos 2.300 anos-luz.

Pulsares são restos mortais de estrelas colapsadas, convertidas em objetos de alta densidade que giram em altas velocidades, bombardeando quaisquer planetas que estejam em suas órbitas com injeções ardentes de radiação. Mais detalhes sobre eles podem ser encontrados em nosso artigo sobre as estrelas de nêutrons.

As pesquisas indicam que vivemos em um Universo de exoplanetas. De acordo com dados da NASA, já foram confirmados mais de 5.000 deles e as descobertas continuam se sucedendo, e isto apenas em uma pequena porção da Via Láctea.

Nossa galáxia é a grossa faixa de estrelas que corta o céu, sendo vista com mais facilidade de locais com pouca (ou nenhuma) iluminação artificial, em noites de céu limpo. Grandes altitudes e baixa umidade do ar são bem favoráveis, minimizando os efeitos da turbulência atmosférica.

Isto fica demonstrado na foto apresentada no início deste artigo, obtida em uma região dos Andes Chilenos, onde estão instalados os telescópios ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), a uma altitude de 5.000 metros.

A quantidade de estrelas presentes na galáxia é algo entre 100 e 400 bilhões. Atualmente, os cientistas afirmam que cada estrela tem pelo menos um planeta em sua órbita. Então, quantos serão os planetas existentes?

É só fazer as contas para concluir que, somente na Via Láctea, o número pode chegar à ordem dos trilhões, principalmente se existirem muitos sistemas planetários como o Sistema Solar.

Historicamente, os exoplanetas têm sido descobertos por métodos indiretos, sendo os principais deles as observações de oscilações e de sombras.

Também chamado de método da velocidade radial ou Espectroscopia Doppler. Como o próprio nome indica, são investigadas as oscilações de estrelas (para a "frente" e para "trás") em função da influência gravitacional de algum planeta orbital. A intensidade do movimento revela a massa do planeta.

Este método produziu a primeira confirmação da existência de um exoplaneta, o já mencionado 51 Pegasi b, descoberto pelos astrônomos Michel Mayor e Didier Queloz. Telescópios terrestres, usando o método da velocidade radial, já descobriram centenas de planetas.

A grande maioria dos exoplanetas foi descoberta através de observações de sombras: os pequenos eclipses das luzes de estrelas quando os planetas cruzam suas faces.

Este é o método do trânsito. O tamanho da sombra revela o tamanho do planeta, por comparação com o de sua estrela. O telescópio espacial Kepler, da NASA, lançado em 2009, encontrou mais de 2.600 exoplanetas através desse método.

Cada método tem seus prós e contras. As oscilações permitem o cálculo da massa do planeta, mas não fornece nenhuma informação sobre a medida da circunferência ou do diâmetro. O método do trânsito revela o diâmetro, mas não informa nada sobre a massa.

Por isso, os dois métodos são adotados em conjunto, o que permite a inferência de estatísticas sobre sistemas planetários, mesmo sem a obtenção de imagens diretas dos planetas.

O melhor exemplo é o sistema Trappist-1, encontrado a 40 anos-luz de nós, onde sete planetas com tamanhos próximos ao da Terra orbitam uma pequena estrela vermelha.

Esses planetas foram estudados por telescópios terrestres e espaciais. Estes últimos revelaram não apenas seus diâmetros, mas também as sutis influências gravitacionais de uns sobre os outros. A partir dessas informações, os cientistas determinaram a massa de cada um deles.

Então, já sabemos suas massas e seus diâmetros. Também sabemos a intensidade de energia, proveniente de sua estrela, que atinge suas superfícies.

Isto permite que os cientistas estimem suas temperaturas. Tornam-se possíveis até mesmo cálculos razoáveis dos níveis de luminosidade, bem como suposições sobre a cor do céu, conforme veríamos se estivéssemos lá.

Não obstante tudo o que permanece desconhecido sobre o sistema Trappist-1 (não sabemos se os sete planetas possuem atmosferas ou oceanos, lençóis de água ou geleiras), por enquanto ele ainda é o sistema planetário sobre o qual temos mais detalhes, depois do nosso Sistema Solar.

Ainda não temos meios para alcançar os exoplanetas, e com certeza não superaremos isso tão cedo. Entretanto, poderemos observá-los cada vez com mais detalhes, medindo suas temperaturas, testando suas atmosferas e quem sabe até detectando sinais de vida a partir de pontos de luz capturados desses obscuros e distantes mundos.

Isto porque chegamos a um limiar na história da ciência. As primeiras explorações e as primeiras descobertas nos conduziram à fase seguinte: telescópios mais sofisticados e precisos, na Terra e no espaço.

Fazendo a ponte para a nova geração, em abril de 2018 foi lançado o Tess (Transiting Exoplanet Survey Satellite ou, em português, Satélite de Pesquisa de trânsito de Exoplanetas), que descobriu dezenas de novos planetas e milhares de candidatos a serem avaliados.

Este instrumento da NASA foi, inclusive, responsável por encontrar o primeiro planeta de tamanho parecido com o da Terra, em uma órbita localizada no que chamamos de zona habitável de seu sistema. A descoberta foi anunciada pela NASA em janeiro de 2020.

E finalmente, às 7:20 h do dia 25 de dezembro de 2021, foi colocado no espaço o tão esperado Telescópio Espacial James Webb (JWST - James Webb Space Telescope), o mais avançado de todos até o momento.

O JWST permite a realização de estudos cosmológicos avançados que podem, mais uma vez, revolucionar nossa visão do Universo. Ele se encontra em plena operação e, dentre suas metas primárias, está a investigação de sistemas planetários e origem da vida.

Este fantástico artefato já está observando detalhes de atmosferas de outros mundos e, quem sabe, poderá encontrar os tijolos constitutivos da vida ou a própria vida já proliferando em algum lugar do Universo. Também estão sendo pesquisados com muito mais profundidade objetos de nosso próprio Sistema Solar.

Projetado para capturar luz direta dos planetas, o JWST é capaz de analisar com muito mais acurácia os candidatos revelados pelo Tess. A luz captada por seus instrumentos pode ser decomposta em um espectro multicolorido, uma espécie de "código de barras" que permitirá a inferência dos gases presentes nas atmosferas.

Um dos alvos é a investigação das superterras, planetas rochosos bem maiores que o nosso, porém menores do que Netuno, ou seja, versões muito ampliadas da Terra.