Detectamos ou não uma exolua?

Título: Loose Ends for the Exomoon Candidate Host Kepler-1625b

Autores: Alex Teachey, David Kipping, Christopher J. Burke, Ruth Angus, Andrew W. Howard

Instituição do primeiro autor: Department of Astronomy, Columbia University, EUA

Status: disponível no arXiv [acesso aberto]

Onde estão as luas?

Nos últimos vinte anos, milhares de exoplanetas foram descobertos, mas nenhuma exolua. Atualmente, a existência de mais planetas do que estrelas é consenso. No Sistema Solar, existe uma média de 12 luas para cada planeta (isso apenas considerando as que conhecemos!). Seguindo essa lógica, faria sentido esperar que existam luas ao redor de exoplanetas – ou exoluas. Contudo, encontrar exoplanetas já é uma tarefa difícil – encontrar exoluas é, portanto, mais difícil ainda, e requer as medidas mais precisas possíveis.

Uma candidata a exolua foi anunciada em um artigo no ano passado, pelos autores do artigo de hoje (vamos nos referir a esse artigo como T18 daqui para frente). O possível sinal de uma lua foi notado nos dados do satélite Kepler para o planeta gigante gasoso Kepler-1625b, que orbita na zona habitável da sua estrela, que por sua vez é similar ao Sol. Observado o trânsito planetário de Kepler-1625b, os autores notaram um segundo trânsito, mais fraco, logo após o trânsito do planeta, como se ele estivesse sendo seguido por um objeto menor, como uma lua! Os autores realizaram subsequentemente observações com o Hubble Space Telescope (HST), que é quatro vezes mais preciso que o Kepler. Utilizando o HST, eles encontraram um sinal mais claro de um trânsito consistente com uma exolua, e também notaram que o trânsito do planeta ocorreu 77.8 minutos antes do esperado. Essa adiantamento é conhecido como Variação do Tempo de Trânsito (ou TVV, do inglês Transit Timing Variation), e indica a existência de outro objeto no sistema, que pode ser uma exolua ou outro exoplaneta, causando um puxão que atrasa o planeta que está em trânsito.

Dado que o sinal observado era bem fraco, o resultado foi tratado com muita cautela e atraiu bastante atenção para os métodos empregados. O artigo de hoje busca detalhar algumas das razões pelas quais a detecção poderia ser um falso-positivo, assim como responder a um recente artigo de Kreidberg et al. (ao qual vamos nos referir como K18), que re-avaliou o sinal observado nos dados do HST e conclui que não há qualquer sinal de uma exolua.

Pode ser que o sinal seja um artefato da correção dos dados?

Em T18, os autores aplicaram uma correção aos dados para remover variação longas. Esse processo, conhecido por remoção de tendências, ajusta e remove diferentes tipos de funções da curva de luz observada. No artigo de hoje, os autores analisaram se as funções no estudo original eram muito simples, e tentaram aplicar funções mais complexas no processo (veja na Fig. 1). Uma dessas funções de fato remove o sinal de uma possível exolua. Isso é, contudo, de certa forma esperado, já que modelos mais complexos têm grande chance de remover sinais fracos. Isso evidencia o quão fraco é o sinal, e o quão difícil é identificá-lo.

Figura 1: uma comparação entre diferentes métodos para remover tendências. Painéis à esquerda mostram os dados sem correção, e painéis à direita mostram os dados corrigidos. O trânsito consistente como uma exolua aparece logo após o trânsito do exoplaneta. Figura 1 no artigo.

Pode ser que o sinal seja devido a atividade estelar?

Estrelas podem exibir manchas em sua superfície em decorrência de atividade magnética (como é o caso do Sol). Devido à rotação da estrela, essas manchas podem causar variações periódicas na curva de luz similares a um trânsito. Se manchas estivessem causando o sinal, esperaríamos que ele se repetisse em observações da estrela. Para testar essa hipótese, os autores tentaram ajustar um sinal com a mesma duração e profundidade do candidato a trânsito de exolua a diferentes segmentos dos dados do Kepler. Eles repetiram isso para 100.000 segmentos de dados selecionados aleatoriamente, e obtiveram um ajuste em 3,8% dos casos. Isso é consistente com o ruído natural dos dados, de modo que os autores concluem que não há evidência explícita de que atividade estelar possa explicar o sinal.

Pode ser que o sinal e o TTV sejam causados por um outro planeta no sistema?

Outro cenário possível é que tanto o candidato a trânsito quando o atraso no trânsito do exoplaneta sejam causados por um segundo exoplaneta. Os autores calcularam a probabilidade de que um trânsito fosse indetectável nos dados do Kepler, mas visível nos 38 dias de dados obtidos com o HST. Levando em conta também que o planeta hipotético teria de causar o TTV, os autores encontram que tal planeta deveria ter um período orbital de 144 dias. Para esse período, a probabilidade de não-detecção no Kepler e detecção no HST é menor que 0.75% (veja a Fig. 2). Considerando essa baixa probabilidade, os autores concluem que um segundo planeta é menos provável que uma lua.

Figura 2: o painel à esquerda mostra a probabilidade de que o segundo planeta não seja detectado pelo Kepler em função do seu período. O painel central mostra a probabilidade de que o planeta seja detectado pelo HST, também em função do período. O painel à direita combina essas duas probabilidades. A área em vermelho corresponde a uma região em que o planeta não pode existir dada a duração do candidato a trânsito observado. Figura 7 no artigo.

Mais importante: outros cientistas podem reproduzir essa detecção?

A principal validação de qualquer descoberta científica é sua reprodutibilidade. Quando K19 reavaliou os dados do HST com outro método, eles encontram que o modelo de um planeta sem uma lua ajusta melhor os dados, sugerindo que sinal de uma exolua é um artefato introduzido pela análise de T18. K19 fez diversas mudanças no seu método de análise e chegam sempre à mesma conclusão. Na sua resposta, os autores do artigo de hoje notam que o método de K19 aumenta ligeiramente o espalhamento nos dados comparado ao método empregado originalmente, o que poderia estar mascarando o sinal. Eles sugerem que um dos passos no método de K19 poderia estar acidentalmente removendo ou escondendo o candidato a trânsito. Os autores também notam que outro artigo recente, de Heller et al., também encontra o sinal de um trânsito, ainda que de forma inconclusiva.

Quais os próximos passos?

Neste momento, o candidato a trânsito de exolua foi tanto validado quanto refutado por outros cientistas. Isso evidencia a extrema precisão necessária para detectar exoluas, mesmo que elas sejam relativamente grandes. Os autores do artigo de hoje sugerem que medidas de velocidade radial podem ser o próximo passo para confirmar (ou refutar) a hipótese de um segundo planeta. K19 argumenta que seria melhor utilizar nossos recursos para estudar outros sistemas (de fato, propostas para observar Kepler-1625b-i com o HST novamente foram rejeitadas). Além disso, o sinal aparecendo e desaparecendo conforme o método utilizado mostra que a precisão necessária para essa detecção parece estar além dos limites atuais. Como concluem os autores do artigo de hoje, confirmar de fato a existência de exoluas pode ter de esperar por futuros satélites espaciais aprimorados.


Adaptado de Thats no exomoon… or is it? A careful evaluation of evidence for Kepler-1625b-i, escrito por Oliver Hall

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