19 de mai de 2011

EXOPLANETAS: Técnicas Utilizadas nas Descobertas.


AUTOR: FRANCOORP
TIPO: TEXTO
PASTA: Universo e Espaço.(Acima nos Cabeçalhos)

Como prometido vou postar uma série de matérias sobre os Planetas Extra-Solares(Mais de 500 Exoplanetas até 2011) descobertos por nossa espécie nos últimos tempos, e começo a postar hoje pelo inicio de tudo, COMO SE DESCOBREM OS PLANETAS EXTRA SOLARES ??? E dou alguns conselhos à leitura também, como abrir as "PALAVRAS LINKS" com tranqüilidade, pois não tem publicidade, mas neles estão contidos links para o aprofundamento do tema, para os leigos como eu é claro, e se tiver alguma duvida ou má compreensão volte sempre a leitura, não é vergonha nem problema algum, é normal para um tema tão complicado!!


Bem, faço esse trabalho por gostar demais de astronomia e quem sabe assim com estas postagens comecemos todos a ver um futuro maravilhoso para a nossa espécie, onde novos mundos são descobertos, e novos caminhos serão abertos para que a humanidade possa chegar la, pois sempre na história da nossa raça a exploração é o limite, quem sabe isso te inspire e motive para começar com o pé direito uma nova visão da vida... espero que sim!!

Vamos la então, iniciamos o ciclo:

1° Técnica Necessária: Lente Gravitacional.

Muito bem, já pra confundir um pouco mais, a primeira técnica que deve ser aplicada para se descobrir os Exoplanetas(Planetas Extra-Solares) não é EXATAMENTE uma técnica de descoberta, mas uma compensação dos efeitos naturais na luz que chega até os nossos telescópios, como sabemos segundo Einstein e de acordo com a sua Teoria da Relatividade Geral, a gravidade muda a geometria do espaço (do espaço-tempo, na verdade) localmente. Ou seja, onde há um campo gravitacional forte, o espaço se curva e a luz segue então uma trajetória igualmente curva no espaço em torno de um objeto massivo.



Assim sendo, a luz das estrelas ou qualquer luz que recebemos aqui na terra sofre uma "distorção" quando passa muito proximo a corpos celestes pesados, a distorção espaço temporal no "Tecido Espacial" é como uma bola de boliche colocada sobre um pano esticado, as bordas do pano continuam onde estão, enquanto que o pano debaixo da bola estica-se e afunda curvando-se para baixo, a curvatura é relativa e diretamente proporcional à massa do corpo celeste segundo a lei da gravitação clássica de Newton, e quando a luz passa por esse "tecido" curvado a sua tragetoria também se curva... demonstração abaixo:


Então se você receber a luz de uma estrela diretamente em seus olhos, Telescopio ou Luneta, não deve-se acreditar que a estrela esteja na posição da luz recebida, mas deve-se calcular a mudança de trajetoria da luz devido à distorção no Espaço-Tempo, e a base de calculo para tal é correspondente à massa do corpo celeste que estava na trajetoria da luz,  e todo este fenômeno é chamado de "Lente Gravitacional".


Fig: Uma fonte emissora S que esteja localizada na direção de um corpo supermassivo porém mais distante do que ele, terá sua radiação desviada de um ângulo e parecerá estar posicionada em S'.

No fim das contas, e graças aos super-computadores, hoje os astrônomos conseguem calcular com enorme precisão a origem da luz que recebemos em nossos instrumentos, e a partir daqui iniciar a busca por planetas extra-solares na órbita das estrelas que já tem sua posição original confirmada. SEM fazer as devidas compensações da Lente Gravitacional, poderíamos sobrepor luzes com origens diversas mas que pareceriam iguais, devido ao ângulo destas quando chegam ao mesmo destino(Telescópio), o que impossibilitaria as descobertas e mais importante que isso, o mapeamento estrelar que é a base para as futuras descobertas e estudos, além das viagens espaciais que a nossa espécie deverá realizar se quiser sobreviver pelos próximos bilhões e bilhões de anos.


Para se ter uma idea clara de como seria complicado o mapeamento do universo sem compensar a Lente Gravitacional, veja a imagem abaixo, imagine que estamos recebendo a luz(Imagem) de um planeta como a terra, e então decidimos apontar um hipotético raio laser em sua direção para medir a distância precisa, lembrando que a luz que recebemos hoje não é a luz de hoje, mas de milhares, milhões ou até mesmo bilhões de anos atras, pois a velocidade da luz tem um limite(+/- 300 mil Km/s), e assim a luz de uma estrela que está a 100 mil anos luz de distancia demorou 100 mil anos para chegar até nós, e os corpos celestes podem estar em órbitas diferentes quando mandarmos o laser para o planeta, ou podem ter modificado a sua massa, ou podem nem mais existir, o que não faria com que a nosso Laser sofresse a mesma influencia que sofreu a luz que chegou até nós e formou a imagem em nosso telescópio. Agora imagine que graças ao fenômeno da Lente Gravitacional, a posição real do planeta que vemos em nosso telescópio não seja exatamente atras da imagem em si, mas seja onde está aquele circulo luminoso ao lado direito da imagem... o nosso Laser de metrologia estaria completamente fora do curso não é mesmo?? Erraríamos completamente o objetivo, e seria complicado medir a distancia entre os planetas, e nunca teríamos a medição precisa... por isso é fundamental considerar a Lente Gravitacional antes de mais nada!!


Mesmo assim a lente gravitacional pode sim ser utilizada com um método de descoberta de Exoplanetas, mas muito pouco comprovavel pois serviria um alinhamento preciso para que a luz da estrela batesse no Exoplaneta de forma a causar uma espécie de Flash de luz refletida, e este flash poderia muito bem sugerir que existe um Exoplaneta na órbita da estrela.

Infelizmente este "Alinhamento Perfeito" não voltaria ocorrer em tempo para uma segunda medição, assim foram criados sistemas de alerta para que se algum astrônomo encontre algum Flash enquanto analisa uma Lente Gravitacional esse possa ser analisado por mais astrônomos ao mesmo tempo, e para ajudar nas informações rápidas e em tempo real, a Universidade de Washington criou o Global Microlensing Alert Network (GMAN).

Lembre-se que este método de busca usando a Lente Gravitacional é considerado como "Experimental", pois é basicamente um caso fortuito e não uma forma de analise que pode-se fazer sempre!

2° Técnica: Velocidade Radial via efeito Doppler - o método da "Oscilação".

A principal técnica utilizada por astrônomos para pesquisar e iniciar a procura de planetas extrasolares é um método de detecção indireta baseada em efeito Doppler que é uma medição dupla e em duas posições diferentes nas luzes emanadas das estrelas. Veja figura abaixo:


Este método da oscilação basea-se na idéia de que um planeta que órbita uma estrela proporcionará uma força gravitacional sobre a sua estrela hospedeira, causando pequenas mudanças(Oscilações) na posição original da estrela, que são potencialmente mensuráveis na ​​velocidade radial. Quanto maior a massa do planeta em órbita, maior a gravidade e, portanto, sua maior influencia na mudança de posição da estrela hospedeira.

Se a moção for devidamente alinhada com a Terra, será essa oscilação física da estrela durante o período de órbita do planeta entorno a si, que será diretamente mensurada, observando cuidadosamente as variações no espectro da luz coletada durante um período prolongado de tempo.

O tempo para a coleta destes dados comparativos deve ser de pelo menos um inteiro período de órbita, ou até mesmo duas órbitas, do planeta entorno ao Sol. Observou-se que a mais breve órbita para analise, seria compatível a três dias a da Terra entorno ao Sol, e a mais longa poderia durar varios anos, mas ainda não foi estabelecida, mesmo que algumas estejam sob analise já fazem muitos anos.

O espectro da linha de absorção da luz medido a partir da luz emitida pela estrela hospedeira, tem comprimentos de onda característicos para aquela estrela, e contém luz não absorvida por substâncias químicas presentes em sua atmosfera superior. Se a estrela estiver se movendo fisicamente devido à gravidade de uma massa planetária próxima, a distância entre a estrela e um observador na Terra pode variar. Se a estrela se afastar mais da Terra ao longo da linha de vista do observador, a luz emitida deve percorrer uma distância maior e o aparente aumento do espectro pode ser observado atraves da mudança no cumprimento das ondas de luz.



A luz tornam-se "mais vermelha" no espectro se a oscilação da estrela estiver relacionada à órbita de um planeta que se aproxima da Terra... e isso ao longo da linha de visão do observador. Agora se a luz aumenta as suas freqüências demonstrando uma "diminuição" no comprimento de onda, isso significa que o Planeta está seguindo uma orbita de distância do observador, e a luz torna-se "mais azul" no espectro. Veja a imagem abaixo:


Segundo essa técnica se não houver Oscilação não há planetas em órbita na estrela observada, pelo menos com os equipamentos de medição atuais, pois quando tivermos equipamentos capazes de identificar oscilações mínimas nas rotações das estrelas, talvez consigamos identificar planetas minúsculos, luas ou até mesmo meteoros vagabundos no sistema solar observado... por enquanto nada disso ainda é possível.

E andando avante, supondo que haja apenas um planeta orbitando, ou apenas um planeta com uma massa suficientemente grande para causar a oscilação gravitacional que podemos medir aqui da terra e que são somente observáveis ​​no período orbital do Planeta circundando a estrela, podemos determinar diretamente a velocidade radial da órbita completa do Planeta através do espectro do efeito Doppler, em função do tempo(ou da fase orbital, como na Figura ABAIXO). Com um planeta cobrindo uma órbita elíptica deve aparecer no gráfico uma curva sinusoidal(Sinuosa-Não constante), mapeando assim as órbitas e as velocidades dos planetas descobertos no sistema solar observado... e no exemplo da Figura Abaixo, a órbita completa do Planeta é de 60,8 dias da Terra aproximadamente.

Um exemplo típico dos resultados deste método de medição é apresentado na Figura ABAIXO. A medida Doppler é convertida para uma não-relativística velocidade radial, e plotados em função da fase orbital e da posição da estrela.



Este método foi demonstrada no início de 1998 pelo grupo de Marcy (Professor Geoffrey Marcy da Universidade da Califórnia em Berkeley) com medições de uma massa planetária em torno de 2,1 MJupiter (MJupiter= MASSAS DE JUPITER) orbitando uma estrela anã chamada Gliese 876. Uma característica inesperada que foi identificada neste sistema em particular, e em outros na época, era que alguns desses planetas observados tinham grandes períodos de órbita curta (cerca de 60 dias a da Terra) e ainda possuindo uma órbita muito apertada (0,21 UA) em comparação a Órbita terrestre que possui um raio de 1UA(UA= UNIDADE ASTRONÔMICA- 150. MILHÕES DE KM), o que demonstra que as condições descobertas neste sistema solar da estrela Gliese 876 está em contraste gritante com nosso Sistema Solar, com planetas gigantes em órbitas Elípticas. Esta observação comprovou o que foi de fato previsto nas quatro décadas anteriores como sendo um cenário razoável e verossímil para o comportamento dos planetas em um sistema solar, demonstrando assim que as órbitas em nosso sistema solar não são uma constante no Universo como muitos teorizavam.

Para finalizar este método de descobertas, posto essas ilustrações sobre o Sistema Solar Gliese 876, com demonstrações somente das órbitas dos Exoplanetas B,C e D que a orbitam, mas hoje como demonstrado na segunda imagem temos mais um Exoplaneta orbitando esta estrela descoberto em 2010:



O Planeta Gliese 876-C está na zona habitavel, ou seja, na zona onde não é quente demais para impedir a formação e evolução de vida, e nem frio demais para impedir a vida, onde com certeza existiria agua no estado liquido, caso o planeta tenha agua obviamente... será que tem alguma vida por ali??? Saberemos um dia, mas ainda não é possível saber!


3° Método: Fotometria de Transito - ou Método "Pisca".

A passagem de um objeto celeste que "passa" em frente a outro gera variações na luz emitida pelos corpos, e observando estas mudanças na luz ao longo da linha do observador(nós) podemos sem duvida alguma afirmar que algo existe no ponto que observamos, e serão as analises desta variação da Luz a dizer o que "Existe". Esse método tem sido muito utilizado para a detecção das propriedades de objetos aqui mesmo em nosso sistema solar. Em particular, os anéis de Urano foram descobertos em 1977 por James Elliot através da medição da intensidade de luz de uma estrela distante durante a sua ocultação por Urano.

Além disso, as dimensões exatas dos planetas, luas e asteróides foram medidos durante a ocultação estelar, bem como tivemos informações sobre temperaturas atmosféricas e composição de atmosferas planetárias superiores de alguns corpos aqui mesmo do nosso Sistema Solar.

Este método, utilizado pela equipe de Elliot, mapeou a intensidade da luz de uma estrela específica para saber o que modificava a sua intensidade, já que observando-a, essa parecia mover-se por trás de um planeta devido ao movimento relativo entre a Terra e o planeta.
(Ver Figura Abaixo para os dados que mostram como Elliot identificou os anéis de Urano.)



Tal como a Luz da distante estrela que "passa" ocultada por trás do planeta vizinho observado por nós, a intensidade desta luz da estrela vista cai com os diferentes raios que são absorvidos ou dispersos(Refletidos) pelo planeta. A relação entre a curva de luz medida da estrela com uma massa que transita orbitando o disco estrelar, faz com que a profundidade da imersão dos raios modifique a intensidade da luz, o que corresponde à relação entre a área do planeta para a área da estrela anfitriã, fornecendo uma pista para se estimar o tamanho do planeta.


As primeiras tentativas de utilizar-se a técnica de observação de trânsito foram utilizadas por dois grupos de competidores, compostos por muitos dos maiores caçadores de Exo-Planetas da atualidade, tendo cada Grupo realizado medições foto métricas detalhadas da estrela HD 209458 [6, 7] posicionada a 153 anos-luz da Terra, na constelação de Pégaso.

Com essas observações particulares feitas pelas equipes, foram confirmadas as medições anteriores sobre a mesma estrela utilizando o método de oscilação, estes estudos apresentam a primeira evidência conclusiva de que existem planetas orbitando esta estrela, pelo menos um, e com órbita muito próxima à estrela.

A estrela foi medida durante os tempos de trânsito planetário e deveria-se observar diretamente
as imersões na intensidade da luz durante os períodos de trânsito para verificar se os níveis de intensidade não fossem coerentes, para não ser afetada por influências não planetárias.



Os dados coletados pela equipe Charbonneau estão apresentados na Figura abaixo e ilustra claramente as mudanças de intensidade a partir de um nível básico, separadamente medida como uma função do tempo durante o período de trânsito. Duas observações de trânsito separados são realmente combinadas em um conjunto de dados. A diminuição na intensidade da luz medida foi de meros 1,6% dos níveis básicos, sensibilidade tão alta que, certamente, devem ser necessárias nestes tipos de medições.


O Planeta descoberto por esse método em órbita a estrela HD209458 tem mais ou menos as dimensões de Júpiter e possui uma atmosfera que foi até mesmo medida em níveis básicos segundo a Espectroscopia, em imagens feitas pelo Telescópio Hubble.

A estrela HD 209458, é uma estrela do tipo G como o nosso Sol e possui apenas 1,01 vezes a massa do nosso sol. O planeta HD 209458b, é um dos mais estudados exoplanetas porque ele transita muito próximo da estrela-mãe. Isto permite aos astrónomos utilizar o STIS Hubble (Space Telescope Imaging Spectrograph) para determinar a composição química de sua atmosfera. A Espectroscopia é uma ferramenta poderosa usada pelos astrônomos, esta ferramenta pode nos dizer a composição química, velocidade, e em muitos casos até os processos energéticos que ocasionam-se, como tempestades e furações em um planeta distante. Subtraindo os espectros conhecidos da estrela anfitriã, os astrônomos podem determinar a composição química da atmosfera do Exoplaneta, e vemos isso muito bem representado na imagem abaixo:



4° Técnica: Medição Direta, Geradores de imagens do Hobble.(Fotos)

Até agora, nenhuma imagem direta ou fotográfica de medidas de um Sistema Solar foi amplamente aceita para confirmar a existência de um planeta extrasolar.

Os professores Charbonneau e Vogt desenvolveram um modelo baseados na idéia de quanto a luz das estrelas de um planeta pode refletir por observações diretas. Eles
testaram seu modelo, que são exigidos pressupostos significativos contra observações reais
de uma estrela em particular usando um grande planeta hipotético, RJupiter 1.2, com uma órbita muito apertada de 0,046 UA. Eles não foram capazes de encontrar quaisquer resultados correspondentes com esses dados, mas a tentativa foi um início claro para a elaboração de abordagens possíveis para a observação direta de planetas extrasolares.

O Telescópio Espacial Hubble tem feito suas melhores fotos em vários candidatos inter-planetários. Entre os seus esforços mais recentes, em particular, dos professores Steinn Sigurdsson e o estudante de pós-graduação John Debes da Universidade de Penn State, têm desenvolvido a "Imagem Extensa" nas rotinas científicas de processamento das imagens das observações dos telescópios terrestres e do Hubble de uma anã branca.

Eles fizeram alegações preliminares de eventuais observações diretas do objetos que acompanha as imagens das estrelas, mas elas ainda precisam ser confirmadas, até mesmo pelo próprio grupo do Dr. Sigurdsson, como reais imagens diretas de planetas, e não simplesmente como objetos de fundo.

O Hubble em suas atividades recentes, e usando as analises desta nova técnica, no início de 2005 fez uma foto à infravermelho aproximada(Em Zoom) de um possível objeto companheiro de uma anã marrom à 225 anos-luz de distância (ver Figura Abaixo).

Imagem direta de um potencial objeto companheiro da estrela, poderia ser um Exoplaneta gigante. A luz da anã marrom, 2M1207, foi mascarada pela técnica adicional de processamento da imagem. Ainda não está confirmado que esses objetos são corpos que orbitam juntos.
Crédito da Imagem: NASA e Schneider, HubbleSite na http://www.hubblesite.org.

A observação do grupo utilizando o Observatório Europeu do Sul Very Large Telescope (VLT) no Chile, seguindo a analise com as imagens do Hubble que possuem conceito de alta confiança, e tudo parece indicar que o corpo está realmente em órbita a anã marrom, e seria um planeta gigante pesando no mínimo 5 MJupiter em uma órbita de 53,79 UA de sua estrela. Medições adicionais ainda são necessárias para confirmar que os dois objetos são de fato ligadas gravitacionalmente.

O resultado mais recento do Hubble não é uma imagem direta de exoplaneta, mas uma visão detalhada do extenso padrão de poeira ao redor da cintura de Kuiper na estrela Fomalhaut (HD 216956) ver na imagem abaixo. O centro do cinturão de pó estrelar foi medida em UA 13,4 da estrela, o que sugere fortemente que outros objetos gravitacionais estão a afectar o sistema.

Paul Kalas e seus colegas desenvolveram um modelo teórico com os dados para demonstrar a probabilidade de que massas invisíveis planetárias estão causando as distorções observadas na poeira cósmica, mas ainda não foi provado, e pra dizer a verdade, é muito experimental essa técnica baseada em fotos, e pelo que tudo indica levaremos ainda muito tempo para poder ter dados precisos sobre os Exoplanetas desta forma... se é que teremos um dia!

Imagem do Telescópio Espacial Hubble da NASA, a luz visível do cinturão de poeira orbitando Fomalhaut (HD 216956). A sugestão é que a particular forma do cinturào não pode ser gravitacionalmente esculpidas pela estrela sozinha, mas por massas orbitantes adicionais, o que indicaria a existencia de todo um sistema planetário, somente estes corpos presentes poeriam essas distorções. A imagem foi criada através do bloqueio da luz da estrela, no modo que a
localização da estrela foi artificialmente identificada das imagens tiradas pelo Hubble. Crédito da imagem: NASA e Kalas, via HubbleSite na http://www.hubblesite.org

Bem, creio que por enquanto é so, estes são os métodos atuais utilizados de forma continua, e vemos que o novo telescópio Kepler que usa o método do "Pisca", ou seja, vê que tem algum planeta em órbita pois este distorce a luz da estrela observada, mas com a vantagem de não ter modificações atmosféricas na luz que recebe em suas lentes, está descobrindo muitos novos mundos, e varios deles na zona Habitavel do sistema solar e que poderiam suportar a vida, e ainda até hoje, 68 planetas com o tamanho da Terra nestas zonas... é tudo uma questão de tempo até PROVARMOS que não estamos sozinhos na nossa galáxia e muito menos no Universo!!

BBC - Exoplanet hunt turns up 54 potentially habitable world

E além de que estes métodos estão encontrando até mesmo Planetas Vagabundos, que foram expulsos de suas órbitas... interessante demais né??

Planetas Sem Órbita

Bem pessoal, e para terminar esta postagem que levou grande tempo e pesquisa, deixo um vídeo do fotografo norueguês Terje Sørgjerd que passou uma semana sobre a montanha mais alta da Espanha, El Teide, para captar imagens impressionantes da Via Láctea, e lembre-se que todas as estrelas que vemos a olho nú aqui da Terra são da nossa Galáxia, e imagine agora se somente algumas delas tiver um Exoplaneta em seu sistema solar, coisa que começamos de descobrir é um fato comum, e se somente 1% destes tiver um Planeta na faixa Habitavel, coisa que se demonstra também comum ultimamente, veremos que as possibilidades de vida extra terrestre é muito alta, mas baixa deve ser a de vida inteligente... vamos esperar pra ver se é assim mesmo!!

Valeu e espero que de agora em diante toda vez que olhares para o céu e ver as estrelas, imagine quantos planetas estão la fora esperando serem descobertos e revelados por nós, estamos preparados para o que der e vier?????



Valeu e diga o que achou deste trabalho...


FRANCOORP.

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Bibliografia Internet:

http://www.if.ufrgs.br/~thaisa/bn/distorcao.htm
http://efisica.if.usp.br/moderna/relatividade/intro/
http://pion.sbfisica.org.br/pdc/index.php/por/content/view/full/399/(offset)/20
http://www.if.ufrgs.br/oei/cgu/gravlens.htm
http://youtube.com
http://exoplanet.hanno-rein.de/system.php?id=Gliese+876+c
http://www.ursa.fi/sirius/HD209458/HD209458_eng.html
http://hd-209458-b.co.tv/
http://www.sbig.com/sbwhtmls/contest_winners_Jan.htm
http://adsabs.harvard.edu/full/2003ASPC..294..449C
http://astronomyonline.org/aoblog/AOBlog46.asp
http://www.astro.wisc.edu/~townsend/static.php?ref=diploma-9
http://www.hubblesite.org
http://www.bbc.co.uk/portuguese/
+ Palavras links no texto.
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