Os caçadores de planetas receberam algumas boas notícias ultimamente. Um novo estudo concluiu que, em média, estrelas semelhantes ao Sol não são tão poeirentas assim. Menos poeira significa maiores chances de se obter fotos claras dos planetas das estrelas no futuro.
Esses resultados provêm da pesquisa de cerca de 50 estrelas, de 2008 a 2011 com o uso do Interferômetro Keck, um projeto científico fundamental que foi da NASA e combinava a potência dos telescópios duplos do Observatório W. M. Keck, no topo do monte Mauna Kea, no Havaí.
"A poeira é uma faca de dois gumes quando se trata de fotografar planetas distantes," explicou Bertrand Mennesson do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA, em Pasadena, Califórnia, principal autor de um relatório a ser publicado no Astrophysical Journal em 8 de dezembro. "A presença de poeira é um sinal de planetas, porém a poeira em excesso pode bloquear nossa visão." Mennesson faz parte do projeto Keck Interferometer desde seu início, há mais de 10 anos, como cientista e chefe de ótica para um dos seus instrumentos.
Telescópios baseados em solo e no espaço já captaram imagens de exoplanetas — planetas que orbitam estrelas além do Sol. Essas imagens primordiais, que mostram planetas gigantescos em órbitas frias, longe do brilho de suas estrelas, representam uma enorme lacuna tecnológica. O brilho das estrelas pode ofuscar a luz dos planetas, como um vaga-lume voando através do Sol. Então, os pesquisadores desenvolveram complexos instrumentos para bloquear a luz estelar, permitindo que as informações sobre o planeta possam ser captadas.
O próximo desafio é obter imagens de planetas menores na zona "habitável" ao redor de estrelas onde planetas possivelmente abrigando formas de vida, "exo-Terras" — planetas semelhantes à Terra fora do sistema solar — poderiam existir. Um objetivo tão ambicioso assim poderia levar décadas para ser alcançado, mas os pesquisadores já estão a caminho de chegar lá, desenvolvendo novos projetos de instrumentos e analisando a poeira levantada por estrelas para melhor compreender como tirar boas fotos planetárias. Os cientistas querem descobrir quais estrelas contêm mais poeira, e quão poeirentas são as zonas habitáveis de estrelas semelhantes ao Sol.
O Interferômetro Keck foi construído para procurar essa poeira, e por fim ajudar no projeto e seleção de alvos de futuras missões de exo-Terras da NASA. Assim como planetas ao redor de outras estrelas, a poeira próxima a estrelas também é difícil de detectar. A interferometria é uma técnica de obtenção de imagens de alta resolução que pode ser usada para bloquear a luz de estrelas, tornando a região ao redor delas mais fácil de observar. Ondas de luz da localidade precisa de uma estrela, coletadas separadamente pelos telescópios gêmeos de 10 metros do Observatório Keck, são combinadas e canceladas em um processo chamado nulling.
"Se a luz da estrela não for bloqueada, o observador é ofuscado e não consegue ver a poeira ou os planetas," disse o coautor Rafael Millan-Gabet do Instituto de Ciências de Exoplanetas do Instituto de Tecnologia da Califórnia, o Caltech, em Pasadena, que chefiou o sistema de operações científicas do Interferômetro Keck.
No estudo mais recente, estrelas maduras semelhantes ao Sol foram analisadas com alta precisão em busca de poeira morna, em temperatura ambiente em suas zonas habitáveis. Aproximadamente metade das estrelas selecionadas para o estudo não haviam dado sinais prévios de poeira fria circundando seus exteriores. Essa poeira externa é mais fácil de ver do que a interna, quente, devido à sua maior distância da estrela. Desse primeiro grupo de estrelas, nenhuma continha a poeira morna, o que as torna bons alvos para se obter imagens de planetas, e uma boa indicação de que outras estrelas, relativamente livres de poeira, estão lá.
Já se sabia que as outras estrelas do estudo têm grandes quantidades de poeira fria e distante orbitando-as. Nesse grupo, descobriu-se também que muitas das estrelas têm a poeira em temperatura ambiente. Esta é a primeira vez em que se estabelece uma conexão entre a poeira morna e a fria. Em outras palavras, se uma estrela é observada tendo um cinturão frio de poeira, os astrônomos podem agora dar um palpite baseado em seus conhecimentos relacionados, de que aquela zona habitável morna está também cheia de poeira, o que a torna uma mau alvo para se fotografar exo-Terras.
"Nós queremos evitar planetas enterrados em poeira," disse Mennesson. "A poeira brilha em infravermelho e reflete a luz estelar em frequência visível, ambas as quais podem ofuscar a luz do planeta."
Tal como um movimentando local de construção,o processo de formação de planetsas é bagunçado. É comum que jovens sistemas estelares em desenvolvimento sejam cobertos de poeira. Protoplanetas colidem, espalhando poeira.Mas finalmente, o caos se acalma e a poeira se dissipa — exceto ao redor de algumas estrelas mais velhas. Por que essas estrelas maduras ainda estão impregnadas de poeira morna em suas zonas habitáveis?
A recém-descoberta conexão entre os cinturões de poeira fria e quente ajuda a responder essa pergunta.
"O cinturão externo está de certa forma fornecendo material para o anel morno interno," disse Geoff Bryden do JPL, coautor do estudo. "Este transporte de material poderia ser concluído quando a poeira flui suavemente para dentro, ou poderiam haver cometas maiores atirados diretamente para o sistema interno."
Medições vindouras, mais sensíveis do Large Binocular Telescope Interferometer da NASA, no Monte Graham, Arizona irão melhorar ainda mais essas medições de poeira em sistemas estelares, apurando melhor sua quantidade, origem e paradeiro. Com esses esforços iniciais para investigar a poeira ao redor de estrelas, os astrônomos estão pavimentando seu caminho para um dia descobrirem planetas similares ao nosso.
O Observatório W. M. Keck opera os maiores e cientificamente mais produtivos telescópios que há na Terra. Os dois telescópios de 10 metros ópticos/infravermelhos próximos ao cume do Mauna Kea na Ilha do Havaí têm um conjunto de instrumentos avançados, inclusive de imagens, espectrógrafos multi objeto, espectrógrafos de alta resolução, espectrógrafos de campo integral e os melhores sistemas ópticos adaptáveis de guia de estrelas a laser.
Tradução de Luiz Leitão
A dusty planetary system (left) is compared to another system with little dust in this artist's conception.
Planet hunters received some good news recently. A new study concluded that, on average, sun-like stars aren't all that dusty. Less dust means better odds of snapping clear pictures of the stars' planets in the future.
These results come from surveying nearly 50 stars from 2008 to 2011 using the Keck Interferometer, a former NASA key science project that combined the power of the twin W. M. Keck Observatory telescopes atop Mauna Kea, Hawaii.
"Dust is a double-edged sword when it comes to imaging distant planets," explained Bertrand Mennesson of NASA's Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, California, lead author of an Astrophysical Journal report to be published online Dec. 8. "The presence of dust is a signpost for planets, but too much dust can block our view." Mennesson has been involved in the Keck Interferometer project since its inception more than 10 years ago, both as a scientist and as the optics lead for one of its instruments.
Ground- and space-based telescopes have already captured images of exoplanets -- planets orbiting stars beyond our sun. These early images, which show giant planets in cool orbits far from the glow of their stars, represent a huge technological leap. The glare from stars can overwhelm the light of planets, like a firefly buzzing across the sun. So, researchers have developed complex instruments to block the starlight, allowing information about the planet to shine through.
The next challenge is to image smaller planets in the "habitable" zone around stars where possible life-bearing "exo-Earths" -- Earth-like planets outside the solar system -- could reside. Such a lofty goal may take decades, but researchers are already on the path to getting there, developing new instrument designs and analyzing the dust kicked up around stars to better understand how to snap crisp planetary portraits. Scientists want to find out which stars have the most dust, and how dusty the habitable zones of sun-like stars are.
The Keck Interferometer was built to seek out this dust, and to ultimately help in the design and target selection of future NASA exo-Earth missions. Like planets around other stars, dust near a star is also hard to detect. Interferometry is a high-resolution imaging technique that can be used to block out a star's light, making the region nearby easier to observe. Light waves from the precise location of a star, collected separately by the twin 10-meter Keck Observatory telescopes, are combined and canceled out in a process called nulling.
"If you don't turn off the star, you are blinded and can't see dust or planets," said co-author Rafael Millan-Gabet of NASA's Exoplanet Science Institute at the California Institute of Technology in Pasadena, who led the Keck Interferometer's science operations system.
In the latest study, mature, sun-like stars were analyzed with high precision to search for warm, room-temperature dust in their habitable zones. Roughly half of the stars selected for the study had previously shown no signs of cool dust circling in their outer reaches. This outer dust is easier to see than the inner, warm dust due to its greater distance from the star. Of this first group of stars, none were found to host the warm dust, making them good targets for planet imaging, and a good indication that other, relatively dust-free stars are out there.
The other stars in the study were already known to have significant amounts of distant, cold dust orbiting them. In this group, many of the stars were found to also have the room-temperature dust. This is the first time a direct link between the cold and warm dust has been established. In other words, if a star is observed to have a cold belt of dust, astronomers now can make an educated guess that its warm habitable zone is also riddled with dust, making it a poor target for imaging exo-Earths.
"We want to avoid planets that are buried in dust," said Mennesson. "The dust glows in the infrared and reflects starlight in the visible, both of which can outshine the planet's light."
Like a busy construction site, the process of building planets is messy. It is common for young, developing star systems to be covered in dust. Proto-planets collide, scattering dust. But eventually, the chaos settles and the dust clears -- except around some older stars. Why are these mature stars still laden with warm dust in their habitable zones?
The newfound link between cold and warm dust belts helps answer this question.
"The outer belt is somehow feeding material into the inner, warm belt," said Geoff Bryden of JPL, a co-author of the study. "This transport of material could be accomplished as dust smoothly flows inward, or there could be larger comets thrown directly into the inner system."
Upcoming, more-sensitive measurements by NASA's Large Binocular Telescope Interferometer on Mount Graham in Arizona will further improve these measurements of dust in star systems, narrowing in on its quantity, origin and whereabouts. With these early efforts to sift through the murk around stars, astronomers are making their way down the path to one day finding planets similar to our own.
The W. M. Keck Observatory operates the largest, most scientifically productive telescopes on Earth. The two, 10-meter optical/infrared telescopes near the summit of Mauna Kea on the Island of Hawaii feature a suite of advanced instruments including imagers, multi-object spectrographs, high-resolution spectrographs, integral-field spectrographs and world-leading laser guide star adaptive optics systems.
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