63ª Reunião Anual da SBPC

A. Ciências Exatas e da Terra - 1. Astronomia - 7. Astronomia

Aprendendo Como Exoplanetas São Descobertos Através da Simulação de Curvas de Velocidade Radial

Mauro Angelo Alves 1 Inacio Malmonge Martin 2,3 Cassia Solange Lyra 4

1. Instituto de Aeronautica e Espaco IAE/AMR 2. Instituto Tecnologico de Aeronautica -ITA 3. Universidade de Taubate - UNITAU 4. Infinite Technical

INTRODUÇÃO:

Até a presente data, foram descobertos mais de 530 exoplanetas e a perspectiva é de que esse número cresça de maneira significativa em futuro próximo devido à introdução de novas técnicas observacionais e instrumentos. A técnica que tem produzido o maior número de descobertas é a observação da variação da velocidade radial de estrelas através do efeito Doppler. Nesta técnica, a observação da variação da posição das linhas espectrais de uma estrela fornece informações que permitem inferir a presença de um planeta em sua órbita. Apesar desta técnica ser utilizada rotineiramente na descoberta de novos planetas e para a confirmação de descobertas efetuadas por outros métodos, ela foi criada há mais de um século, sendo utilizada pela primeira vez no estudo de binárias espectroscópicas. Não obstante sua aparente complexidade, a compreensão deste método está ao alcance de estudantes de nível médio. Assim sendo, como parte de uma atividade extracurricular foi desenvolvido um programa para a simulação do efeito Doppler observado em estrelas que possuem planetas em suas órbitas. Ao fim da atividade, os estudantes demonstraram ter adquirido os conhecimentos necessários para entender o fenômeno, criar um programa para a sua simulação e aplicá-lo em outras situações astronômicas similares.

METODOLOGIA:

O objetivo desta atividade foi o de recriar as oscilações na velocidade radial de uma estrela que dão origem ao deslocamento nas linhas espectrais (efeito Doppler). Estas oscilações ocorrem devido à presença de um planeta (ou outro corpo massivo) em órbita ao redor da estrela. Para isto, foi elaborado um programa de computador que calcula como a velocidade radial da estrela varia em função da massa e de outros parâmetros que descrevem a órbita do planeta, tais como o período orbital, semi-eixo maior, inclinação, excentricidade, argumento do periastro, longitude do nodo ascendente e anomalia média. Este programa permite ainda a simulação de mais de um planeta em órbita da estrela de tal forma que é possível calcular a variação da velocidade radial de uma estrela em um sistema multi-planetário. Um esquema iterativo simples foi utilizado no programa para o cálculo da Equação de Kepler e obtenção do valor da anomalia média. O programa foi escrito na linguagem C++ usando softwares gratuitos em um computador PC; o seu uso é simples e os estudantes o utilizaram com facilidade. Os resultados são exibidos em forma de gráficos mostrando como a velocidade radial varia em função de parâmetros orbitais e da massa do exoplaneta.

RESULTADOS:

Os valores de parâmetros orbitais de vários exoplanetas foram obtidos de um catálogo (http://exoplanet.eu/catalog.php) com o objetivo de recriar as curvas de velocidade radial com o programa elaborado pelos estudantes. Foram calculadas curvas de velocidade radial de vários tipos de exoplanetas: júpiteres quentes, netunos quentes, super terras e sistemas múltiplos, e para vários tipos de estrelas: anãs vermelhas, estrelas da sequência principal e gigantes. As curvas obtidas foram comparadas com as curvas de velocidade radial disponíveis na literatura para estes exoplanetas e a comparação mostrou haver um ótimo nível de concordância entre os resultados calculados e os publicados. A seguir foram calculadas curvas de velocidade radial de sistemas planetários hipotéticos e a curva de velocidade radial que um observador posicionado fora do Sistema Solar registraria se o Sol fosse observado, desta forma foi possível apreciar as vantagens e dificuldades inerentes à técnica da velocidade radial assim como determinar os tipos de exoplanetas que podem ser descobertos através desta técnica.

CONCLUSÃO:

Usualmente, estudantes têm um interesse natural por questões relacionadas à astronomia e ao universo. A possibilidade de encontrar outros planetas, além da Terra, com a capacidade de sustentar vida é outro fator que desperta a curiosidade de crianças e adolescentes. Motivados por esta vontade de conhecer dos estudantes, desenvolvemos uma atividade multidisciplinar envolvendo o aprendizado de fenômenos físicos, conceitos astronômicos e o uso de uma linguagem de programação. Ao fim da atividade, os estudantes demonstraram ter adquirido conhecimentos que estão além das obrigações curriculares, demonstraram satisfação e entusiasmo por terem aprendido algo novo e participado na criação do programa para o cálculo da curva de velocidade radial. Além disso, observamos que com esse tipo de atividade estudantes adquirem uma compreensão maior do trabalho que um cientista desenvolve, ajudando também na desmistificação da atividade científica.

Palavras-chave: Exoplanetas, Método da Velocidade Radial, Ensino Médio.