Pesquisadores defendem abordagem estatística para procurar planetas semelhantes à Terra

Proposta apregoa valor de estudos mais amplos e menos detalhados de exoplanetas

A equipe de astrônomos da Universidade de Chicago e do Grinnell College procura mudar a maneira como os cientistas abordam a busca por planetas semelhantes à Terra orbitando estrelas que não sejam o sol. Eles preferem uma abordagem estatística comparativa na busca de planetas habitáveis ​​e vida além do sistema solar.

GJ1214b, mostrada na visão deste artista, é uma super-Terra orbitando
uma estrela anã vermelha a 40 anos-luz da Terra. Novas observações
do Telescópio Espacial Hubble da NASA mostram que é um mundo
aquático envolto por uma atmosfera espessa e vaporosa. GJ1214b
representa um novo tipo de planeta, como nada visto em
nosso sistema solar ou qualquer outro sistema planetário
conhecido atualmente. A equipe internacional
de astrônomos liderados por Zachory Berta,
do Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian (CfA),
fez as observações do planeta GJ 1214b.
"GJ 1214b é como nenhum planeta que conhecemos" , disse Berta
. “Uma enorme fração de sua massa é composta de água."
"A natureza da prova não deve ser: 'Podemos apontar para um planeta e dizer, sim ou não, que é o planeta que hospeda a vida alienígena", disse Jacob Bean, professor associado de astronomia e astrofísica da UChicago. “É um exercício estatístico. O que podemos dizer para um conjunto de planetas sobre a freqüência da existência de ambientes habitáveis, ou a freqüência da existência da vida nesses planetas? ”

A abordagem padrão da pesquisa de exoplanetas, ou planetas que orbitam estrelas distantes, exigiu o estudo de um pequeno número de objetos para determinar se eles têm os gases certos nas quantidades e proporções apropriadas para indicar a existência de vida. Mas em um artigo recente com os co-autores Dorian Abbot e Eliza Kempton no Astrophysical Journal Letters, Bean descreve a necessidade de “pensar sobre as técnicas e abordagens da astronomia neste jogo - não como cientistas planetários estudando exoplanetas”.

"A natureza nos forneceu um grande número de sistemas planetários", disse Kempton, professor assistente de física do Grinnell College, em Iowa. “Se pesquisarmos um grande número de planetas com medições menos detalhadas, ainda podemos ter um senso estatístico de como os ambientes habitáveis ​​predominantes estão em nossa galáxia. Isso nos daria uma base para futuras pesquisas mais detalhadas ”.

Kempton e Bean atestam os desafios de fazer observações detalhadas de um planeta potencialmente parecido com a Terra. Juntos, eles já estudaram a super-Terra conhecida como GJ 1214b, um exoplaneta com massa maior que a da Terra, mas menor que os gigantes gasosos, como Netuno e Urano. O GJ 1214b revelou-se bastante nublado, o que os impediu de determinar a composição da sua atmosfera.

"Um grande estudo estatístico nos permitirá observar muitos planetas", disse Kempton. “Se qualquer objeto único se mostrar particularmente desafiador para observar, como o GJ 1214b, isso não será uma grande perda para o programa de observação como um todo.”

Observatório Kepler, um divisor de águas

A inspiração para o artigo resultou da participação do Bean na equipe de definição de ciência e tecnologia que está avaliando o potencial para um novo telescópio espacial, a proposta da NASA Large UV / Optical / Infrared Survey ( LUVOIR ).

Uma das prioridades científicas do LUVOIR é a busca de planetas semelhantes à Terra. Durante uma reunião da equipe, Bean e seus colegas listaram todas as propriedades de um exoplaneta potencialmente habitável que precisam medir e como iriam obter os dados. Dado o estado atual da tecnologia, Bean concluiu que é improvável que os cientistas possam confirmar um exoplaneta individual como adequado para a vida ou se a vida está realmente lá.

No entanto, os astrônomos reuniram uma impressionante quantidade de dados exoplanetários do observatório espacial da NASA, o Kepler, que opera desde 2009.

"Kepler mudou completamente o jogo", disse Bean. “Em vez de falar sobre alguns planetas ou algumas dezenas de planetas, de repente tivemos alguns milhares de candidatos a planetas. Eles eram candidatos a planeta porque Kepler não podia provar definitivamente que o sinal que estava vendo era devido a planetas. ”

A abordagem padrão tem sido levar observações adicionais para cada candidato para descartar possíveis cenários de falsos positivos, ou para detectar o planeta com uma segunda técnica.

“Isso é muito lento. Um planeta de cada vez, muitas observações diferentes - observou Bean. Mas uma alternativa é fazer cálculos estatísticos para a probabilidade de falsos positivos entre esses milhares de candidatos a exoplanetas. Essa nova abordagem levou diretamente a uma boa compreensão da frequência de exoplanetas de diferentes tamanhos. Por exemplo, os cientistas agora podem dizer que a freqüência dos planetas do tipo super-terrestre é de 15%, mais ou menos 5%.

Papel da espectroscopia

Estudos espectroscópicos desempenham um papel fundamental na caracterização de exoplanetas. Isso envolve determinar a composição de uma atmosfera planetária medindo seus espectros, a radiação característica que os gases absorvem em seus próprios comprimentos de onda. Bean e seus co-autores sugerem concentrar-se no que pode ser aprendido com a medição dos espectros de um grande conjunto de exoplanetas terrestres.

A espectroscopia pode, por exemplo, ajudar os pesquisadores exoplanetários a verificar um fenômeno chamado feedback de intemperismo do silicato, que atua como um termostato planetário. Através do intemperismo do silicato, a quantidade de dióxido de carbono atmosférico varia de acordo com os processos geológicos. Os vulcões emitem dióxido de carbono na atmosfera, mas a chuva e as reações químicas que ocorrem nas rochas e nos sedimentos também removem o gás da atmosfera.

O aumento das temperaturas colocaria mais vapor de água na atmosfera, que depois choveria, aumentando a quantidade de dióxido de carbono dissolvido que interage quimicamente com as rochas. Essa perda de dióxido de carbono da atmosfera tem um efeito de resfriamento. Mas, à medida que um planeta começa a esfriar, o desgaste das rochas diminui e a quantidade de dióxido de carbono se acumula gradualmente a partir de suas fontes vulcânicas, o que provoca o aumento das temperaturas.

Observações em escala global sugerem que a Terra sofreu um feedback de intempéries de silicatos. Mas as tentativas de verificar se o processo está operando hoje na escala de bacias hidrográficas individuais se mostraram difíceis.

“Os resultados são muito barulhentos. Não há sinal claro ”, disse Abbot. "Seria ótimo ter outra confirmação independente de exoplanetas."

Todos os três co-autores estão interessados ​​em detalhar os detalhes dos experimentos que propuseram em seu artigo. Abbot planeja calcular quanto dióxido de carbono seria necessário para manter um planeta habitável em uma faixa de intensidades de radiação estelar enquanto altera vários parâmetros planetários. Ele também avaliará como um futuro instrumento seria capaz de medir o gás.

"Então, vamos colocar isso em conjunto para ver quantos planetas precisaríamos observar para detectar a tendência indicando um feedback de intemperismo de silicato", explicou Abbot.

Bean e Kempton, por sua vez, estão interessados ​​em detalhar o que um censo estatístico de gases biologicamente significativos, como oxigênio, dióxido de carbono e ozônio, poderia revelar sobre a habitabilidade planetária.

"Eu gostaria de entender melhor como alguns dos telescópios da próxima geração serão capazes de distinguir as tendências estatísticas que indicam planetas habitáveis ​​- ou habitados", disse Kempton.

Referência de informação

The article is a translation of the content of this work: RESEARCHERS ADVOCATE STATISTICAL APPROACH TO SEARCH FOR EARTH-LIKE PLANETS, uchicago.edu