O observatório LISA (Laser Interferometer Space Antenna, ou Antena Espacial de Interferômetro a Laser), atualmente em desenvolvimento, detectará ondas gravitacionais, as minúsculas ondulações no espaço-tempo causadas por massas em órbita. Agora, dois estudos liderados por astrofísicos da NASA mostram em novos detalhes como o LISA poderia revelar uma população nova e singular de exoplanetas , mundos além do nosso sistema solar , por toda a nossa galáxia.
Assista para saber como a presença de um planeta modifica o sinal de ondas gravitacionais de anãs brancas em órbita muito próxima. O observatório LISA (Laser Interferometer Space Antenna) poderia detectar um planeta com a massa de Júpiter nesses sistemas a até milhares de anos-luz de distância. (Goddard Space Flight Center da NASA)
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“A fonte mais comum para o LISA deve ser sistemas de anãs brancas duplas, que são binárias compostas por anãs brancas em órbitas próximas”, disse Casey McGrath, pesquisadora de pós-doutorado na Universidade de Maryland, Condado de Baltimore, e no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland. “Se um exoplaneta também orbitar um desses sistemas, sua presença fica gravada no sinal de ondas gravitacionais de uma maneira que poderemos descobrir.”
Dois artigos publicados na terça-feira no The Astrophysical Journal detalham os resultados. O primeiro, de autoria exclusiva de McGrath, examina o método de detecção e determina as massas planetárias e os períodos orbitais em que ele funcionaria melhor. O segundo artigo, de McGrath e coautores, investiga como esses planetas poderiam ser confirmados usando o Telescópio Espacial James Webb da NASA.
A possibilidade de detectar exoplanetas em torno de sistemas de anãs brancas duplas do LISA foi proposta pela primeira vez pelo astrônomo japonês Naoki Seto em 2008.
Liderada pela ESA (Agência Espacial Europeia), a missão LISA tem lançamento previsto para meados da década de 2030. Como parceira colaboradora, a NASA contribui com os telescópios, outros equipamentos essenciais e apoio científico e de engenharia, como parte de sua missão de entender melhor como o universo funciona.
O método de detecção do LISA é semelhante ao chamado velocidade radial, que usa luz e já é empregado para encontrar exoplanetas ao redor de estrelas próximas. À medida que um planeta orbita, sua gravidade puxa a estrela hospedeira, imprimindo nela um pequeno movimento de reflexo, ou oscilação. Essa oscilação faz o espectro da estrela variar, com as linhas espectrais se deslocando para comprimentos de onda mais vermelhos quando a estrela se afasta de nós e para mais azuis quando ela se aproxima. O deslocamento se deve a um fenômeno chamado efeito Doppler.
“Algo semelhante ocorre com as ondas gravitacionais”, disse Scott Noble, astrofísico teórico do Goddard da NASA e coautor do artigo de confirmação. “Sozinhas, as anãs brancas duplas emitem ondas gravitacionais em uma frequência quase contínua. Acrescente ao sistema um planeta suficientemente massivo, e sua presença faz a binária sofrer um movimento de reflexo, adicionando uma modulação Doppler ao sinal gravitacional.”
Para o LISA, essa modulação aparecerá como bandas laterais, sinais secundários em frequências tanto mais altas quanto mais baixas que a do sinal principal.
McGrath compara a situação à comunicação moderna por rádio, em que parte da energia da frequência da portadora principal de rádio é usada para formar bandas laterais em frequências adjacentes, superiores e inferiores, que transportam mensagens (como vozes ou música). No caso das ondas gravitacionais, as bandas laterais carregam mensagens sobre a presença de um planeta.
Anãs brancas são os remanescentes, do tamanho da Terra, de estrelas como o Sol. Embora exoplanetas tenham sido detectados ao redor de algumas anãs brancas isoladas, nenhum foi encontrado até agora ao redor de uma anã branca binária, o que significa que as detecções do LISA representariam uma nova e distinta população de exoplanetas.
Astrônomos estimam que nossa galáxia, a Via Láctea, contenha 10 milhões de sistemas de anãs brancas duplas com períodos orbitais de menos de uma hora, que geram ondas gravitacionais na faixa certa para o LISA encontrar. Eles esperam que o LISA resolva cerca de 10,000 sistemas individuais, além de aproximadamente 100 binárias mistas , com anãs brancas, estrelas de nêutrons ou buracos negros , em órbita com períodos semelhantes.
“Assim que o LISA fizer suas primeiras detecções de exoplanetas, será fundamental validarmos algumas delas”, disse Mary Anne Limbach, cientista pesquisadora assistente na Universidade de Michigan e coautora do artigo de confirmação. “Essas detecções conjuntas nos permitirão estabelecer que os sinais gravitacionais correspondem a planetas genuínos, e não a falsos positivos.”
A equipe descreveu um novo método para confirmar esses planetas aproveitando a sensibilidade do telescópio Webb ao infravermelho. Um planeta em um sistema de anãs brancas duplas produz uma parcela maior de luz infravermelha do que a esperada das próprias estrelas. Os instrumentos do Webb conseguem detectar facilmente esse excesso de infravermelho até uma distância de pelo menos 500 anos-luz.
Usando essa técnica em um sistema de teste a essa distância, os pesquisadores concluem que o Webb poderia detectar um exoplaneta com cerca de cinco vezes a massa de Júpiter, enquanto o LISA poderia detectar um exoplaneta com massa inferior à de Júpiter em circunstâncias ideais.
O observatório LISA consistirá em um trio de espaçonaves que seguirão a Terra em sua órbita ao redor do Sol. Elas formarão um vasto arranjo triangular com 1.6 milhão de milhas (2.5 milhões de quilômetros) de cada lado. Cada espaçonave terá dois telescópios que usarão feixes de laser infravermelho para transmitir e receber sinais simultaneamente entre espaçonaves adjacentes. Por meio desses telescópios, as espaçonaves medirão mudanças minúsculas , menores que a largura de um átomo de hélio , em suas distâncias relativas, que são os sinais de ondas gravitacionais em passagem.
As ondas gravitacionais foram previstas pela teoria da relatividade geral de Albert Einstein, de 1916, e detectadas pela primeira vez por observatórios em solo em 2015. As ondas se formam sempre que objetos massivos aceleram, como duas estrelas em órbita uma da outra. Elas viajam pelo espaço-tempo à velocidade da luz e não são afetadas pelos objetos que encontram no caminho. Essas propriedades fazem delas uma ferramenta valiosa para sondar o cosmos.
Outras contribuições da NASA para a missão incluem o sistema de laser, dispositivos para controlar o acúmulo de carga elétrica nas massas de prova, a análise de dados para identificar e caracterizar fontes individuais de ondas gravitacionais, além de conhecimento científico e de engenharia adicional.
Para saber mais sobre a missão LISA, acesse:
Fonte original: science.nasa.gov
