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PLANETAS EXTRA-SOLARES:
OS NOVOS MUNDOS DO COSMOS


Ilustração do que pode ter acontecido na estrela HD82943, uma estrela que tem 2 planetas em órbita, e que pode ter engolido um terceiro. Cortesia de Gabi Perez (IAC).

  A descoberta de outros mundos passou nos últimos anos de um sonho distante a uma realidade. Durante dezenas de anos os astrofísicos perscrutaram os céus à procura de sinais que nos indicassem a presença de planetas a orbitar outros sóis. No entanto, foi necessário esperar até meados da década de 90 (do século XX) para que as pesquisas dessem os primeiros resultados.
  A detecção de outros planetas não é simples. Júpiter, o maior planeta do Sistema Solar, é cerca de mil milhões de vezes menos brilhante que o Sol. Assim, quando vistos à distância de alguns anos-luz, os planetas não são mais do que tímidos pontos de luz ofuscados pela luz da estrela que orbitam. É então extremamente difícil obter uma imagem de um planeta extra-solar. No entanto, sabemos das leis da Física que do mesmo modo que uma estrela atrai um planeta, o planeta também atrai a estrela. Ambos os corpos vão rodar um em torno do outro, ou antes, em torno de um ponto chamado centro-de-massa, um ponto médio entre os dois corpos.
  Este facto permite procurar planetas recorrendo a técnicas indirectas. Durante muitos anos os astrónomos tentaram detectar o movimento periódico no céu de algumas estrelas próximas, o qual indicaria a presença de um corpo em órbita. Mas a precisão "astrométrica" necessária para detectar tais movimentos é difícil de alcançar, e os anos de buscas terminaram em grande decepção.
  Mas o movimento de uma estrela em torno do centro-de-massa do sistema estrela-planeta(s) traduz-se também por uma variação periódica na velocidade da estrela: por vezes esta está a afastar-se de nós, e outras vezes a aproximar-se. Assim, se formos capazes de medir a velocidade de uma estrela com grande precisão (da ordem de alguns m/s) poderemos detectar o movimento desta, provocado pela eventual presença de um planeta. Por exemplo, Júpiter induz no Sol um movimento com uma amplitude da ordem de 13 m/s.
  Foi exactamente esta técnica (chamada de técnica das velocidades-radiais, já que mede a velocidade de uma estrela na direcção da linha de visão) que nos permitiu detectar planetas extra-solares em torno de estrelas semelhantes ao Sol. Ainda assim foi necessário esperar até 1995, altura em que uma equipa de astrónomos Suíços liderada por Michel Mayor (Observatório de Genebra) anunciou o primeiro destes corpos, a orbitar a estrela 51 da constelação do Pégaso.
  A maldição estava quebrada... Finalmente um planeta! No entanto, havia um detalhe completamente inesperado: o planeta descoberto não se parecia em nada com os velhos conhecidos do Sistema Solar. Em vez de um planeta gigante gasoso a orbitar longe da sua estrela (tal como Júpiter ou Saturno), os astrónomos detectaram um planeta que dá uma volta à estrela 51 Pegasi (ou antes, ao centro de massa do sistema) em apenas 4,2 dias! Ou seja, encontra-se cerca de 20 vezes mais perto da estrela do que a Terra dista do Sol.
  Em apenas 8 anos, o número de planetas extra-solares conhecidos aumentou para cerca de 115. Afinal, os planetas parecem existir, e mais do que isso, parecem ser comuns no Universo.
  De um modo geral, estas descobertas causaram grande espanto. Os astrónomos esperavam encontrar planetas como Júpiter, em órbitas quasi-circulares e longe da sua estrela, e encontraram toda uma variedade de mundos. Embora até agora só tenham sido descobertos gigantes gasosos (os únicos ao alcance das técnicas actuais), a lista inclui planetas que estão perto da sua estrela, e outros que orbitam longe, em órbitas que demoram vários anos a dar uma volta a esta. Alguns exo-planetas percorrem órbitas quasi-circulares, enquanto outros têm trajectórias extremamente excêntricas, mais lembrando a órbita de um cometa. A juntar a isto, os novos mundos apresentam uma gama de massas que vai desde 30 vezes a massa da Terra até mais de 10 vezes a massa de Júpiter (Júpiter tem 318 vezes a massa da Terra). Nada disto era esperado.
  Assim sendo, estas descobertas levantam múltiplas questões. Como se formaram estes planetas? Ou, se quisermos, como se formam os planetas gigantes? As teorias aceites há apenas 10 anos atrás foram postas em causa, e novos dados tiveram de ser introduzidos. Mas os resultados mais recentes começam já a desvendar alguns dos mistérios, e as primeiras respostas são já evidentes. Por exemplo, a presença de planetas próximos das estrelas parece ficar a dever-se aos chamados processos de migração orbital: um planeta, depois de formado nas regiões exteriores do disco, pode espiralar para mais perto, em consequência de interacções gravitacionais com os restos do disco onde se formou. Por outro lado, a existência de planetas em órbitas excêntricas exige considerações mais catastróficas: esta característica deve-se provavelmente à interacção entre vários planetas formados ao mesmo tempo, um processo que pode levar alguns dos planetas a cair na estrela. Finalmente, a grande massa de alguns dos novos mundos coloca-os numa posição dúbia: serão planetas gigantes ou estrelas pequeninas? A própria definição de "planeta" não é clara neste momento.
Cartas para procurar 3 estrelas que são orbitadas por planetas gigantes. O mapa da esquerda refere-se à estrela Gama Cephei, o do centro à Upsilon Andromedae e o da direita à estrela 47 UMa. Utilize o mapa da página 8 para se orientar. Estes mapas foram gentilmente cedidos por Mario Beauchamp (http://pages.infinit.net/starged/exos/intro.htm).


NA ROTA DOS EXOPLANETAS
  Como foi referido, a observação directa de planetas extra-solares (ou exoplanetas) é algo que está fora de alcance mesmo dos mais sofisticados instrumentos de que os astrofísicos dispõem. No entanto, podemos localizar as estrelas em torno das quais, por métodos indirectos, tem sido detectada a presença destes. E em muitos casos, mesmo sem o auxílio de qualquer instrumento óptico (binóculo ou telescópio). Sendo assim, propomos-lhe que aproveite eventuais noites de céu limpo durante este mês para localizar algumas destas estrelas, das quais escolhemos três: Gama Cephei (γ Cep, no Cefeu), Upsilon Andromedae (υ And, em Andrómeda) e 47 Ursae Majoris (47 UMa, na Ursa Maior). Apresentamo-las por ordem decrescente de brilho aparente. Todas são, em princípio, observáveis à vista desarmada; no caso de 47 UMa, poderá ser necessário o uso de um binóculo. Utilize o mapa da pág. 8 para localizar a região celeste onde se encontra a estrela a observar (as principais estrelas estão assinaladas nos diversos mapas). Use os mapas de pormenor desta página para a sua identificação. Cartas celestes mais pormenorizadas ou um software que permita elaborá-las poderão ser muito úteis.

  γ Cep Os árabes chamavam a esta estrela Al-Rãi, "o pastor", designação que subsistiu sob forma Er-Rai. Trata-se de um sistema binário, isto é, de uma estrela dupla. A estrela primária, de cor alaranjada, encontra-se a 45 anos-luz. O planeta que a orbita, anunciado em 2002, tem uma massa correspondente a 1,6 massas de Júpiter, encontra-se a uma distância média de 2,1 unidades astronómicas e completa a sua órbita em cerca de 900 dias terrestres (a unidade astronómica - abreviatura: UA - é a distância média entre a Terra e o Sol, cerca de 149,6 milhões de quilómetros). Para localizar γ Cep, comece por identificar a Estrela Polar, na Ursa Menor, e Caph (β da Cassiopeia). γ Cep situa-se a cerca de 2/3 da distância entre Caph e a Polar.

  υ And Em 1996, foi anunciada a descoberta de um planeta em torno desta estrela anã amarela, situada a 44 anos-luz. Em 1999, com a descoberta de mais dois planetas, tornou-se o primeiro sistema extra-solar a ser conhecido. As massas dos planetas vão de 0,69 a 3,75 massas de Júpiter e os períodos orbitais estão compreendidos entre 4 e 1284 dias terrestres. O planeta mais próximo da estrela encontra-se a 0,06 UA, o mais distante a 2,53 UA. Uma maneira fácil de localizar υ And consiste em utilizar Almach (Gama1 And) e Mirach (Beta And) como referências. υ And situa se a cerca de 1/3 da distância aparente entre estas duas estrelas (mais próxima da primeira).

  47 UMa De identificação mais difícil, 47 UMa, situada a 43 anos-luz, é orbitada por dois planetas. O mais próximo, a 2,09 UA da estrela, tem uma massa correspondente a 2,54 massas de Júpiter e completa uma órbita em 1089 dias. O seu companheiro, situado a 3,73 UA da estrela, fica-se pelas 0,76 massas solares e descreve a sua órbita em cerca de 2600 dias terrestres. As célebres Guardas da Ursa Maior, Dubhé e Merak (habitualmente utilizadas como referência para a identificação da estrela Polar), serão úteis para a localização de 47 UMa. Comece por identificá-las e tome a distância aparente entre elas como referência. Prolongue essa distância três vezes, no sentido Dubhé-Merak, e encontrará a zona onde se situa 47 UMa. Utilize o mapa de pormenor desta página para a identificar.


Nuno Santos e Pedro Raposo
CAAUL/OAL