Metade dos candidatos a exoplanetas gigantes do Kepler são falsos positivos

Impressão artística do "Júpiter quente" 51 Pegasi b, o primeiro exoplaneta a ser descoberto em torno de uma estrela normal em 1995. Crédito: ESO/M. Kornmesser/Nick Risinger (skysurvey.org)

Impressão artística do “Júpiter quente” 51 Pegasi b, o primeiro exoplaneta a ser descoberto em torno de uma estrela semelhante ao Sol, em 1995. (Foto: ESO/M. Kornmesser/Nick Risinger / skysurvey.org)

Uma equipa internacional, liderada por Alexandre Santerne do Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA), levou a cabo uma campanha de cinco anos para medir velocidades radiais, com o espectrógrafo SOPHIE (Observatory of Haute-Provence, França), e descobriram que maisd e metade (52,3%) dos candidatos a exoplanetas gigantes detetados pelo telescópio espacial Kepler (NASA) são na realidade binários de eclipse, enquanto 2,3% são anãs castanhas.

Segundo Alexandre Santerne (IA e Universidade do Porto), primeiro autor do  artigo, “pensava-se que a fiabilidade das deteções de exoplanetas do Kepler era muito boa – entre 10% e 20% não seriam planetas”. Contudo, “a nossa extensa pesquisa espectroscópica dos exoplanetas gigantes descobertos pelo Kepler mostra que esta percentagem é muito mais alta, até acima dos 50%. Isto tem implicações significativas na nossa compreensão da população de exoplanetas no campo do Kepler”.

Vardan Adibekyan (IA e Universidade do Porto), outros dos membros da equipa, acrescenta que “normalmente, detetar e caracterizar planetas é uma tarefa difícil, com diversas subtilezas. Com este trabalho, mostrámos que mesmo planetas grandes e fáceis de detetar, também não são fáceis. Em particular, mostrámos que menos de metade dos planetas gigantes detetados pelo Kepler estão de facto lá. O resto são falsos positivos, que resultam de variadas causas astrofísicas”.

Os trânsitos de exoplanetas gigantes podem ser facilmente imitados por falsos positivos, o que torna essencial uma segunda análise espectroscópica, de modo a confirmar a natureza planetária desses trânsitos, e desta forma revelar, por exemplo, sistemas múltiplos.

Susana Barros (IA e Universidade do Porto), outro membro da equipa EXOEarths, nota que “o Kepler encontrou um grande numero de planetas que transitam, até ao tamanho da Terra. Contudo, observações adicionais das velocidades radiais dos candidatos, uma das áreas de especialização do grupo Origem e Evolução de Estrelas e Planetas do IA, é crucial para perceber esses sistemas planetários”.

A investigação, que decorreu entre julho de 2010 e julho de 2015, começou com todos os 8826 objetos de interesse do Kepler (Kepler Objects of Interest, ou KOI). A amostra foi progressivamente reduzida para 129 KOI’s, em torno de 125 estrelas, ao remover falsos positivos identificados previamente, estrelas demasiado ténues para serem observadas pelo SOPHIE e candidatos com períodos orbitais de mais de 400 dias, para garantir que se conseguiam observar no mínimo três trânsitos.

Santerne lembra ainda que “depois de 20 anos a explorar planetas do tamanho de Júpiter, à volta de outros sóis, ainda temos imensas questões em aberto. Por exemplo, ainda não sabemos quais são os mecanismos físicos que levam à formação de gigantes com períodos orbitais de apenas alguns dias – imaginem a vossa idade! Também não percebemos como é que alguns desses planetas estão inchados”.

O diâmetro dos planetas gigantes depende da sua atmosfera e do seu interior, com a irradiação da sua estrela a aquecer a atmosfera, expandindo-a como um balão de ar quente. Mas a expansão de alguns destes planetas altamente irradiados não consegue ser modelada com processos físicos razoáveis.

Esta pesquisa espectroscópica estabeleceu limites para as massas, que combinadas com os diâmetros determinados graças aos trânsitos do Kepler, permitiram o cálculo da densidade destes exoplanetas gigantes. A equipa também descobriu um indício de uma relação entre a densidade destes planetas e a metalicidade das estrelas-mãe, mas este resultado precisa ainda de mais confirmação.

Esta investigação também revelou que os planetas com irradiação moderada não se expandem. Uma caraterização detalhada da estrutura interna destes planetas deve trazer mudanças às teorias de formação e evolução.

Os resultados do estudo foram anunciados no Havai, durante a conferência Extreme Solar Systems III, integrada nas comemorações dos 20 anos da descoberta do primeiro exoplaneta à volta de uma estrela do tipo solar.