O Telescópio Espacial Nancy Grace Roman da NASA está prestes a dar um grande salto na busca por mundos fora do nosso sistema solar, conhecidos como exoplanetas. Os cientistas esperam que a missão revele cerca de 100.000 mundos — um salto impressionante em comparação com os quase 6.300 encontrados até agora graças a missões da NASA que atuam em conjunto com outros observatórios. E o Roman vai encontrá-los principalmente em regiões pouco exploradas da Via Láctea.
“Nossa galáxia abriga uma variedade de ambientes diferentes, mas, quando se trata de caçar exoplanetas, nós realmente só exploramos um: o nosso próprio bairro”, disse Elisa Quintana, pesquisadora de exoplanetas no Goddard Space Flight Center da NASA, em Greenbelt, Maryland. Quintana lidera uma equipe focada em construir softwares e simulações para ajudar a preparar as observações de trânsito de exoplanetas do Roman. “O Roman vai ampliar a busca o suficiente para abranger outros habitats galácticos, o que pode nos ajudar a entender como a formação de planetas varia entre diferentes regiões da Via Láctea.”
Esta infografia traz visões em conceito artístico da nossa galáxia, a Via Láctea: de frente, à esquerda, e de lado, à direita. Ela destaca diferentes ambientes galácticos que podem influenciar o desenvolvimento de planetas e, potencialmente, da vida. O centro da galáxia é rico nos elementos que formam planetas (como silício, oxigênio e magnésio), forjados por múltiplas gerações de estrelas e explosões de supernova. Ali, os planetas podem ser mais comuns ou maiores, mas também estariam inundados por radiação de estrelas densamente empacotadas (incluindo as massivas, que emitem enormes quantidades de luz ultravioleta e raios X de alta energia). Nas regiões externas da galáxia, onde as estrelas estão muito mais espalhadas, a radiação é bem mais fraca, mas há também menores quantidades de materiais para formar planetas. Entre essas regiões, fica a zona habitável galáctica, um meio-termo em que os níveis de radiação e os elementos que formam planetas se equilibram, aumentando a probabilidade de mundos que poderiam sustentar vida.
Goddard Space Flight Center da NASA
A maioria dos exoplanetas conhecidos está a apenas alguns milhares de anos-luz da Terra. Mas uma das pesquisas centrais do Roman vai observar a Via Láctea inteira, atravessando o bojo galáctico — o núcleo central, onde as estrelas estão mais concentradas do que em qualquer outro lugar — até as bordas do lado distante da galáxia.
Explorando o local de nascimento da Terra
O Roman vai monitorar estrelas espalhadas por uma fatia profunda da galáxia para observar quais delas mudam de brilho. Algumas estrelas escurecem periodicamente quando planetas em órbita passam na frente delas, ou fazem trânsito. Outras parecem temporariamente ficar mais brilhantes quando a gravidade de uma estrela intermediária e de planetas em órbita amplificam a luz de uma estrela mais distante, graças a um fenômeno chamado microlente gravitacional.
Esses dois métodos tendem a revelar tipos bem diferentes de planetas. O método de trânsito, que o Roman vai usar para revelar cerca de 100.000 mundos, é melhor para encontrar mundos gigantes e escaldantes, pois bloqueiam mais luz das estrelas e fazem trânsito com mais frequência.
A microlente gravitacional, que o Roman vai usar para encontrar mais de 1.000 mundos, é mais adequada para detectar planetas com órbitas maiores, como os do nosso sistema solar, cuja gravidade pode ser separada com mais facilidade da gravidade das estrelas hospedeiras. A microlente gravitacional pode encontrar planetas tão pequenos quanto a Terra e Marte e detectá-los dentro da zona habitável da estrela e até mais além. Esses planetas quase não são detectáveis por outros métodos e são praticamente desconhecidos fora do nosso sistema solar. Ao combinar as duas técnicas, os astrônomos poderão estudar a formação de planetas em toda a galáxia, incluindo o local de nascimento da Terra e além.
Este conceito artístico mostra a região da Via Láctea que a Pesquisa de Tempo do Bojo Galáctico do Roman vai cobrir. A maior densidade de estrelas nessa direção vai gerar mais de 50.000 eventos de microlente gravitacional, que revelarão planetas, buracos negros, estrelas de nêutrons, objetos transnetunianos e permitirão uma empolgante ciência estelar. A pesquisa também vai abranger um território relativamente inexplorado quando se trata de encontrar planetas. Isso é importante porque a forma como os planetas se formam e evoluem pode ser diferente dependendo de onde na galáxia eles estão. Nosso sistema solar está situado perto das regiões externas da Via Láctea, a cerca de metade do caminho em um dos braços espirais da galáxia. Um estudo do Telescópio Espacial Kepler mostrou que estrelas nas bordas da Via Láctea têm menos dos tipos de planetas mais comuns que foram detectados até agora. O Roman vai procurar na direção oposta, em direção ao centro da galáxia, e também pode encontrar diferenças nesse bairro galáctico.
Goddard Space Flight Center da NASA/CI Lab
Hoje, nosso sistema solar está a cerca de 27.000 anos-luz do centro da Via Láctea. No entanto, os cientistas acreditam que ele se formou aproximadamente 10.000 anos-luz mais perto e depois migrou para a posição atual.
A composição química do Sol é a principal pista. A maioria das estrelas que se forma nas regiões externas da galáxia tem poucos elementos pesados — um termo amplo para quaisquer elementos além de hidrogênio e hélio, que se formaram com o nascimento do universo. Elementos pesados são forjados por estrelas, então são mais comuns em lugares que passaram por gerações sucessivas de estrelas.
As estrelas no bojo galáctico são muito mais antigas do que as do disco da Via Láctea e, portanto, têm uma mistura química um pouco diferente, mais rica em elementos como silício, oxigênio e magnésio.
Essas diferenças importam porque os planetas se formam a partir do mesmo material que as estrelas hospedeiras. Estrelas com composições diferentes podem abrigar planetas diferentes também, talvez mais rochosos ou maiores. Isso pode até influenciar se os planetas se formam ou não, ou quantos se agregam a cada estrela.
Este gráfico mostra os exoplanetas conhecidos atualmente, com diferentes categorias destacadas. O Roman ajudará a preencher o canto inferior direito do gráfico ao encontrar mundos pequenos em órbitas grandes.
Goddard Space Flight Center da NASA
Astrônomos já viram indícios dessas conexões nas proximidades.
“Estrelas com mais elementos pesados tendem a hospedar mais planetas, especialmente os gigantes”, disse Robby Wilson, bolsista de pós-doutorado no Goddard da NASA, que liderou um estudo sobre a estimativa de detecção de planetas em trânsito esperada para o Roman.
Ao amostrar populações completamente diferentes de estrelas e planetas, o Roman levará esses estudos a um novo nível. Em breve, os astrônomos poderão descobrir o quão comuns são sistemas planetários como o nosso em toda a Via Láctea.
“O Roman será especialmente poderoso porque vai observar centenas de milhões de estrelas distantes, permitindo que os cientistas comparem populações de planetas muito distantes com as encontradas nas proximidades”, disse Wilson. “Todo esse conjunto de dados nos dará muito para analisar, então estamos nos preparando criando dados sintéticos, detectando planetas simulados e usando aprendizado de máquina para filtrar falsos positivos. Assim, estaremos prontos para agir imediatamente quando os dados reais começarem a chegar.” E, como todos os dados do Roman estarão disponíveis publicamente, qualquer pessoa pode participar da busca por outros mundos.
Climas de outro mundo
Os cientistas também poderiam estudar as atmosferas de talvez alguns milhares dos planetas em trânsito que o Roman encontrar.
“O Roman não vai analisar atmosferas do mesmo modo aprofundado que missões como o Telescópio Espacial James Webb da NASA, mas vai reunir informações diferentes em uma escala muito maior”, disse Wilson.
Enquanto telescópios como o Webb buscam assinaturas químicas detalhadas em alvos individuais, o Roman vai medir padrões de temperatura e comportamento climático para milhares de planetas. A missão criará uma visão estatística ampla das atmosferas de exoplanetas, que o Webb poderá acompanhar para estudos adicionais.
Este conceito artístico visualiza um Júpiter quente — um mundo do tamanho de Júpiter orbitando extremamente perto da estrela hospedeira.
NASA/Ames/JPL-Caltech
A visão de calor no infravermelho do Roman vai detectar “Júpiteres quentes” brilhando. Com tamanho semelhante ao de Júpiter — que é cerca de 11 vezes mais largo do que a Terra —, Júpiteres quentes orbitam suas estrelas em apenas alguns dias. Esses mundos estão quentes o suficiente para emitir uma quantidade detectável de luz infravermelha.
Sistemas planetários com Júpiteres quentes em trânsito podem ter dois episódios de escurecimento: um quando eles passam na frente da estrela e outro, menor, quando passam
