Estudos mostram como o futuro observatório LISA poderá achar planetas em pares de anãs brancas com ondas gravitacionais
Dois artigos publicados na The Astrophysical Journal detalham, em simulações, como o LISA, previsto para 2035, poderia detectar exoplanetas ao redor de pares de anãs brancas, com confirmação pelo telescópio Webb.
Pesquisadores ligados à NASA publicaram nesta terça-feira (10) dois estudos na revista científica The Astrophysical Journal que detalham como o LISA, um observatório de ondas gravitacionais que ainda está em desenvolvimento, poderia encontrar exoplanetas em um lugar onde nenhum foi achado até hoje: ao redor de pares de anãs brancas que giram muito próximas uma da outra. Os trabalhos são teóricos, baseados em cálculos e simulações, e nenhum planeta desse tipo foi detectado.
Como uma onda gravitacional pode denunciar um planeta
Anãs brancas são o que sobra de estrelas parecidas com o Sol depois que esgotam o combustível: objetos do tamanho aproximado da Terra, mas muito densos. Quando duas delas orbitam juntas em períodos de menos de uma hora, o sistema emite ondas gravitacionais, pequenas ondulações no espaço-tempo previstas pela relatividade geral de Einstein e detectadas pela primeira vez em 2015. Segundo a NASA, esses pares devem ser a fonte mais comum de sinais para o LISA.
A ideia central se parece com o método da velocidade radial, já usado para achar exoplanetas com telescópios ópticos. Um planeta em órbita puxa as estrelas que circunda e provoca um pequeno balanço no sistema. No caso das anãs brancas, esse vaivém deixa uma modulação Doppler no sinal gravitacional, que aparece como sinais secundários em frequências logo acima e logo abaixo da principal. Casey McGrath, pesquisadora de pós-doutorado da Universidade de Maryland, Condado de Baltimore, e do Centro de Voo Espacial Goddard, compara o efeito às bandas laterais de uma transmissão de rádio, que carregam a mensagem ao redor da frequência central.
O primeiro artigo, assinado só por McGrath, descreve o método e mapeia as combinações de massa e período orbital em que ele funcionaria melhor. Segundo o resumo do estudo, a técnica favorece planetas de grande massa e órbitas longas. O trabalho também compara a faixa de frequências em que o LISA vai operar com a dos observatórios terrestres atuais, como LIGO, Virgo e KAGRA, e discute como um planeta não detectado poderia distorcer a medição das propriedades do próprio par de estrelas.
Webb e Gaia entrariam na confirmação
O segundo artigo, de McGrath com Mary Anne Limbach, da Universidade de Michigan, Scott C. Noble, do Goddard, e Vincent Kofman, trata de outra etapa: confirmar que um sinal é mesmo um planeta, e não um falso positivo. Os autores usaram como caso representativo o sistema conhecido ZTF J2243+5242, colocado hipoteticamente a 150 parsecs, cerca de 490 anos-luz da Terra.
Nesse cenário, o telescópio espacial James Webb poderia identificar o excesso de luz infravermelha que um planeta acrescenta ao brilho das duas estrelas. Pela estimativa divulgada pela NASA, o Webb conseguiria detectar um planeta com cerca de cinco vezes a massa de Júpiter nessa distância, enquanto o LISA, em condições ideais, poderia captar um planeta menor que Júpiter. Os autores apontam ainda a astrometria, a medição precisa da posição das estrelas, feita pelo satélite Gaia ou pelo futuro observatório Habitable Worlds, como segundo caminho independente de confirmação. Segundo o artigo, é a primeira análise do excesso infravermelho como método de busca de planetas em pares de anãs brancas.
Uma população de planetas ainda desconhecida
Até hoje, só foram encontrados planetas ao redor de algumas anãs brancas isoladas e poucos planetas que orbitam pares de estrelas comuns. Nenhum foi identificado em torno de um par de anãs brancas. Por isso, eventuais detecções do LISA representariam uma população nova. Astrônomos estimam que a Via Láctea tenha cerca de 10 milhões desses pares com períodos abaixo de uma hora; a expectativa, segundo a NASA, é que o LISA consiga distinguir individualmente cerca de 10 mil deles.
A possibilidade não é nova. Ela foi proposta em 2008 pelo astrônomo japonês Naoki Seto, e um estudo de 2019 publicado na Nature Astronomy por Nicola Tamanini e Camilla Danielski já estimava que o LISA poderia caracterizar planetas desse tipo em toda a galáxia. Os novos trabalhos aprofundam o cálculo de onde o método seria mais sensível e propõem formas concretas de checagem com outros telescópios.
O que ainda falta
O principal limite é o calendário. O LISA é liderado pela Agência Espacial Europeia (ESA), que prevê o lançamento para 2035, em um foguete Ariane 6. A missão terá três naves que seguirão a Terra em sua órbita ao redor do Sol, formando um triângulo com cerca de 2,5 milhões de quilômetros de lado, e medirão variações de distância menores que a largura de um átomo de hélio. A NASA é parceira e fornece os telescópios, o sistema de laser e outros equipamentos.
Até lá, os resultados continuam sendo projeções. Eles dependem do desempenho real do observatório, da existência de planetas nesses sistemas e de casos favoráveis, como o sistema de referência usado na simulação. A confirmação por luz, defendem os próprios autores, será essencial justamente para validar as primeiras detecções feitas com ondas gravitacionais.
Segmentos do espelho principal do telescópio espacial James Webb chegam ao Centro de Voo Espacial Goddard, da NASA, em Greenbelt (EUA), em dezembro de 2013; imagem ilustrativa de arquivo, recortada. Foto: NASA/Chris Gunn, via Wikimedia Commons, domínio público.
