NASA TESS revela planetas escondidos em dados antigos

Um satélite de levantamento do céu concluiu, em 2018, o seu primeiro ano de coleta de dados, registrando medições de brilho de dezenas de milhões de estrelas.

Astrônomos analisaram primeiro os alvos mais brilhantes e, na sequência, passaram a confirmar mundos.

Enquanto isso, a maior parte do que a espaçonave havia gravado permaneceu simplesmente no arquivo - milhões de séries de brilho sem qualquer exame, por anos.

Recentemente, uma equipe desenvolveu ferramentas para vasculhar todos esses registros.

O total de candidatos a planeta ocultos encontrados acabou ficando muito acima do que a área previa.

Planetas escondidos em dados antigos

O telescópio TESS da NASA - sigla de Transiting Exoplanet Survey Satellite - vem varrendo o céu desde 2018.

O TESS monitora estrelas em busca de quedas mínimas e repetidas no brilho, a assinatura característica da sombra de um planeta ao passar diante da sua estrela hospedeira.

Ao longo de toda a missão, o satélite sinalizou perto de 8,000 candidatos a planeta. A maioria está em torno de estrelas suficientemente brilhantes para permitir acompanhamento com facilidade. Já a parte mais fraca do catálogo continuou pouco preenchida.

Joshua T. Roth, pós-graduando no Departamento de Ciências Astrofísicas da Universidade de Princeton, liderou a nova busca.

Roth e seus colegas desconfiavam que muitos mais planetas ainda estivessem enterrados justamente nesse extremo mais tênue do catálogo.

Eles montaram um fluxo de processamento baseado em aprendizado de máquina e o aplicaram ao primeiro ano de dados do TESS.

Os resultados vieram maiores do que qualquer um esperava. A varredura identificou 11,554 candidatos a planeta - 10,091 deles nunca haviam sido vistos.

Olhando além das estrelas brilhantes

A luz de uma estrela fraca é confusa. Impactos de raios cósmicos, falhas ocasionais nos instrumentos e a leve oscilação da espaçonave deixam marcas no registro de brilho.

A maioria das buscas no TESS se concentra em estrelas mais brilhantes do que, aproximadamente, a 13ª magnitude. Esse limite estava deixando planetas reais de fora.

Em um artigo anterior, o mesmo grupo havia gerado curvas de luz limpas - registros de brilho ao longo do tempo - para todas as estrelas do TESS até a 16ª magnitude, muitas vezes mais fracas do que as das listas usuais de busca.

O resultado foi uma montanha de dados: cerca de 84 milhões de registros de brilho distribuídos por aproximadamente 54 milhões de estrelas.

Uma única pergunta guia o trabalho: quantos desses rabiscos carregam a assinatura fraca e repetitiva de um mundo passando na frente da sua estrela?

Separando planetas de impostores

O grupo de Roth criou um software que aprende a classificar. Eles usaram um classificador de floresta aleatória - um sistema de votação em que programas independentes avaliam se um registro de brilho indica um planeta, um par de estrelas eclipsantes ou apenas ruído.

O treinamento foi tão importante quanto o projeto. A equipe alimentou o sistema com milhares de sinais de planetas confirmados, binárias eclipsantes reais de um catálogo publicado e trânsitos simulados inseridos em dados reais.

Com o tempo, o algoritmo aprendeu a diferenciar planetas verdadeiros de impostores.

Um único modelo não bastou. O sinal de uma estrela brilhante tem aparência diferente do de uma estrela fraca, e um classificador único continuava perdendo precisão no extremo mais escuro.

A equipe treinou dois classificadores separados. Um ficou responsável pelas estrelas mais brilhantes, enquanto o segundo se concentrou nos registros mais ruidosos e mais fracos - onde os pesquisadores esperavam que a maioria dos planetas ainda desconhecidos estivesse escondida.

Um Júpiter quente confirmado

Classificar tantos sinais traz uma preocupação real: quantos deles não são, de fato, planetas?

Para verificar, o grupo selecionou um candidato promissor e o investigou com o telescópio Magellan, no Chile.

O acompanhamento confirmou um Júpiter quente - um gigante gasoso que orbita sua estrela em poucos dias.

A estrela hospedeira se mostrou antiga e pobre em metais, localizada no disco espesso da Via Láctea, formada quando os elementos pesados da galáxia eram escassos. Para um planeta desse porte, trata-se de um lar incomum.

Roth disse a repórteres que espera que entre 3,000 e 5,000 dos novos candidatos resistam a uma análise mais rigorosa e se confirmem como planetas reais.

Só isso já representaria um dos maiores aumentos no número de planetas conhecidos desde o início do TESS.

Dobrando o catálogo

Os 411 eventos de trânsito único na nova lista são interessantes por si só. Para cada um deles, o satélite registrou apenas uma queda, de modo que o período orbital permanece desconhecido.

Muitos provavelmente são mundos de período mais longo que futuras passagens do TESS ainda vão capturar.

Vários dos novos candidatos ficam mais distantes. Alguns orbitam estrelas a cerca de 6,800 anos-luz, em direção profunda ao centro da Via Láctea.

Essa distância aproximadamente dobra o volume de espaço do qual a missão vinha extraindo trânsitos.

Os períodos orbitais vão de 12 horas até cerca de 27 dias. Essa faixa detecta com facilidade gigantes gasosos próximos e deixa fora do alcance planetas realmente semelhantes à Terra, com órbitas longas e lentas.

Direções para pesquisas futuras

Antes deste trabalho, a ideia de que milhares de planetas estariam escondidos em dados fracos do TESS existia apenas em artigos de projeção.

A nova busca coloca a resposta em números concretos. Um classificador bem treinado consegue extrair sinais de planeta de registros ruidosos demais para equipes humanas.

Para os astrônomos, isso abre um tipo diferente de mapa. O Telescópio Espacial James Webb e a próxima geração de observatórios gigantes em solo passam a ter um cardápio muito maior de alvos, incluindo mundos pequenos, fracos e distantes que nunca apareciam nas listas anteriores.

O catálogo também dá aos teóricos a primeira visão de perto de planetas em torno da metade mais fraca das estrelas próximas.

Tendências sobre como planetas se formam e sobrevivem ao redor de estrelas fracas e pobres em metais agora podem ser testadas com uma amostra que, finalmente, as inclui.

Crédito da imagem: NASA