Planetas ocultos nos dados antigos do NASA TESS

Um satélite de varredura do céu concluiu, em 2018, o seu primeiro ano de recolha de dados, registando medições de brilho de dezenas de milhões de estrelas.

Os astrónomos deram prioridade aos alvos mais luminosos e, em seguida, avançaram para a confirmação de novos mundos.

Enquanto isso, a maior parte do que a nave tinha observado ficou simplesmente guardada no arquivo - milhões de registos de brilho que permaneceram sem análise durante anos.

Há pouco tempo, uma equipa desenvolveu ferramentas capazes de vasculhar esse acervo completo.

O total de candidatos a planetas “escondidos” que eles encontraram acabou por ser muito superior ao que a área previa.

Planetas escondidos em dados antigos

O telescópio TESS da NASA - sigla de Transiting Exoplanet Survey Satellite - está a mapear o céu desde 2018.

O TESS monitora estrelas à procura de pequenas quedas de brilho que se repetem, a assinatura típica da sombra de um planeta ao passar à frente da sua estrela hospedeira.

Ao longo de toda a missão, o satélite assinalou quase 8.000 candidatos a planetas. A maioria orbita estrelas suficientemente brilhantes para permitir acompanhamento com relativa facilidade. Já a extremidade mais ténue do catálogo continuou pouco preenchida.

Joshua T. Roth, estudante de pós-graduação do Departamento de Ciências Astrofísicas da Universidade de Princeton, liderou a nova busca.

Roth e os seus colegas desconfiavam de que existiam muito mais planetas ainda enterrados justamente nessa parte mais fraca do catálogo.

Para testar a hipótese, eles montaram um pipeline de processamento baseado em aprendizado de máquina e aplicaram-no ao primeiro ano de dados do TESS.

O resultado veio acima das expectativas: a triagem identificou 11.554 candidatos a planetas - sendo 10.091 completamente inéditos.

Olhando além das estrelas mais brilhantes

A luz proveniente de uma estrela fraca é difícil de interpretar. Impactos de raios cósmicos, falhas ocasionais dos instrumentos e até uma ligeira oscilação da nave deixam marcas nos registos de brilho.

Por isso, a maior parte das pesquisas com o TESS concentra-se em estrelas mais brilhantes do que cerca de 13ª magnitude. Esse limite, porém, estava a deixar planetas reais de fora.

Num trabalho anterior, o mesmo grupo já tinha produzido curvas de luz limpas - registos de brilho ao longo do tempo - para todas as estrelas do TESS até 16ª magnitude, muitas vezes mais fracas do que as normalmente analisadas.

O preço desse avanço foi um volume enorme de informação: aproximadamente 84 milhões de registos de brilho distribuídos por cerca de 54 milhões de estrelas.

A pergunta central passou a ser direta: quantas dessas curvas irregulares escondem a assinatura fraca e repetitiva de um mundo a transitar à frente da sua estrela?

Separando planetas de falsos positivos

Para lidar com essa triagem, a equipa de Roth desenvolveu um software que aprende a classificar sinais. Eles recorreram a um classificador de floresta aleatória - um sistema de “votação” em que programas independentes avaliam se um registo de brilho indica um planeta, um par de estrelas em eclipse, ou apenas ruído.

A preparação do modelo foi tão importante quanto a arquitetura. O sistema recebeu milhares de sinais de planetas já confirmados, binárias eclipsantes reais de um catálogo publicado e trânsitos simulados inseridos em dados reais.

Com o tempo, o algoritmo passou a reconhecer padrões que distinguem planetas verdadeiros de impostores.

Ainda assim, um único modelo não bastava. O tipo de sinal produzido por uma estrela brilhante não se parece com o de uma estrela muito ténue, e um classificador único perdia precisão no extremo mais escuro.

A solução foi treinar dois classificadores diferentes: um voltado para estrelas mais brilhantes e outro dedicado aos registos mais ruidosos e fracos - precisamente onde os investigadores esperavam que a maioria dos planetas desconhecidos estivesse escondida.

Um Júpiter quente confirmado

Classificar uma quantidade tão grande de sinais levanta uma preocupação inevitável: quantos deles não são, de facto, planetas?

Para medir isso na prática, o grupo escolheu um candidato particularmente promissor e fez observações de acompanhamento com o telescópio Magellan, no Chile.

O acompanhamento confirmou um Júpiter quente - um gigante gasoso que completa a órbita em poucos dias.

A estrela hospedeira revelou-se antiga e pobre em metais, localizada no disco espesso da Via Láctea, formada numa época em que os elementos pesados na galáxia eram escassos. É um ambiente pouco comum para um planeta desse porte.

Roth afirmou a repórteres que espera que entre 3.000 e 5.000 dos novos candidatos resistam a análises mais rigorosas e sejam confirmados como planetas reais.

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

Dobrando o catálogo

Os 411 eventos de trânsito único presentes na nova lista são, por si só, bastante interessantes. Para cada um deles, o satélite registou apenas uma queda de brilho, o que impede determinar o período orbital.

Muitos devem ser mundos de período mais longo, que futuras observações do TESS poderão voltar a capturar.

Uma parte considerável dos novos candidatos encontra-se bem mais longe. Alguns orbitam estrelas a aproximadamente 6.800 anos-luz de distância, avançando na direção do centro da Via Láctea.

Na prática, isso quase duplica o volume de espaço que a missão vinha a explorar em busca de trânsitos.

Os períodos orbitais identificados vão de 12 horas até cerca de 27 dias. Esse intervalo favorece a deteção de gigantes gasosos muito próximos, mas mantém fora de alcance planetas verdadeiramente semelhantes à Terra, que têm órbitas longas e lentas.

Direções para pesquisas futuras

Antes deste trabalho, a ideia de que milhares de planetas estariam escondidos nos dados fracos do TESS existia sobretudo em estudos de previsão.

A nova varredura transforma essa hipótese em números concretos. Um classificador bem treinado consegue extrair sinais planetários em registos tão ruidosos que equipas humanas teriam dificuldade em analisá-los.

Para os astrónomos, isso abre um novo tipo de mapa. O Telescópio Espacial James Webb e a próxima geração de grandes observatórios em solo passam a ter um conjunto muito mais amplo de alvos, incluindo mundos pequenos, fracos e distantes que não apareciam em listas anteriores.

O catálogo também oferece aos teóricos a primeira oportunidade de examinar de perto planetas em torno da metade mais ténue das estrelas próximas.

Agora, tendências sobre como os planetas se formam e sobrevivem ao redor de estrelas fracas e pobres em metais podem ser testadas com uma amostra que, finalmente, inclui esses sistemas.

Crédito da imagem: NASA

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