Registo fotográfico de exoplanetas

As curvas de luz fotométricas conseguem documentar o trânsito de planetas extrassolares. Leia o guia para saber como o fazer.

A fotografia de planetas não precisa de terminar nas fronteiras do nosso sistema solar. A procura por mundos em torno de outros sóis nos últimos 20 anos, aproximadamente, levou à descoberta de vários milhares de planetas extrassolares. Atualmente, é relativamente fácil registar fotograficamente alguns destes “exoplanetas” utilizando telescópios amadores de gama média.

Para o registo de exoplanetas por amadores, o método ideal é o chamado método de trânsito: ao captarmos continuamente o brilho de uma estrela com uma câmara adaptada ao telescópio antes da estrela ser ocultada pelo seu exoplaneta, a curva resultante da avaliação posterior dos dados irá mostrar uma diminuição do brilho estelar devido ao trânsito do exoplaneta. Terminado o trânsito, o brilho volta a intensificar-se.

Em muitas ocasiões é possível proceder ao registo fotográfico de exoplanetas com o equipamento utilizado para fotografar os planetas do nosso sistema solar. Os telescópios Schmidt-Cassegrain com uma abertura de 200 a 400 mm prometem ser a solução ideal para o registo de exoplanetas, não só pela sua grande abertura, mas também por, em regra, poderem ser operados numa montagem em garfo, o que nos permite tomar partido das vantagens deste tipo de montagem: a observação de um exoplaneta em trânsito, que normalmente se estende por várias horas, deve ser feita quando a estrela se encontra o mais alto possível acima do horizonte. Por conseguinte, os telescópios de montagem equatorial requerem normalmente uma inversão da montagem, o que implica um realinhamento do telescópio e, se necessário, o realinhamento da câmara e a reinicialização do guia. Esta interrupção, além de desagradável, resulta em lacunas de alguns minutos em termos de dados de captação durante o trânsito. Os telescópios SC montados num “wedge” nas montagens em garfo têm aqui a vantagem de permitirem a observação do trânsito sem interrupções.

A abertura do telescópio utilizado tem, evidentemente, influência no número de exoplanetas observáveis: a abertura de 200 mm de uma ótica SCT permite registar trânsitos de exoplanetas conhecidos em estrelas de magnitude 12 a 14 . Quanto maior for a variação de brilho causada pelo planeta em trânsito, mais fácil será o registo. Os trânsitos em estrelas menos luminosas exigem aberturas telescópicas maiores. O controlo do seguimento (Auto-Guiding) da montagem durante o trânsito é fundamental para garantir que a estrela observada é mantida no chip da câmara CCD durante todo o tempo de observação, a qual pode durar várias horas.

Recomenda-se aqui a utilização de uma câmara CCD refrigerada. Ao selecionarmos o tamanho do chip de captação da câmara, é importante captar, no campo de imagem, outras estrelas com aproximadamente o mesmo brilho, na medida em que serão úteis como estrelas de referência aquando da avaliação das imagens.

O telescópio utilizado, bem como a localização do observador e, acima de tudo, a duração da noite são fatores que determinam quais os trânsitos de exoplanetas a observar — é por isso que as longas noites de inverno são mais adequadas para documentar um trânsito que dura várias horas do que as curtas noites de Verão, quando o início ou o fim de um trânsito ocorre aquando do crepúsculo. A Internet é de grande utilidade na escolha do trânsito a documentar: na “Exoplanet Transit Database”, operada por astrónomos checos, podem ser criadas diariamente listas atualizadas do trânsito de exoplanetas para os dias seguintes, bastando para isso inserir o local de observação no item de menu “Transit predictions” (Previsões de trânsito).

Ao selecionar um trânsito a observar, é necessário ter atenção não só ao brilho da estrela, mas principalmente ao escurecimento espectável. Para os principiantes, recomendamos os trânsitos de exoplanetas que causem uma queda da luminosidade de, no mínimo, 0,m02 e que sejam observáveis em estrelas de magnitude até 10 . Quando os trânsitos são de curta duração, a observação torna-se mais fácil, gerando rapidamente resultados visíveis e uma sensação de realização. Ao selecionar um trânsito, é importante assegurar também que tanto o início como o fim do trânsito sejam visíveis acima do horizonte — a observação de um trânsito no zénite é geralmente mais fácil e mais promissora do que uma observação na proximidade do horizonte.

Assim que a estrela é encontrada e posicionada centralmente no chip de captação e a autoguiagem é iniciada, é possível fotografar continuamente a estrela do exoplaneta. Aqui já se provou ser benéfico desfocar ligeiramente a imagem da estrela (para que a luz estelar seja distribuída por vários pixéis) e assegurar que a saturação máxima da imagem da estrela seja de cerca de 70–75 % de modo a reduzir a influência do ruído e a evitar o burn-in dos pixéis.

Estão disponíveis várias soluções de software para avaliar os dados obtidos, muitas das quais foram originalmente desenvolvidas para o registo de estrelas variáveis e, por conseguinte, são hoje mais avançadas. Segue-se uma descrição do processamento de imagem com recurso ao programa “Muniwin”.

As imagens devem ser primeiramente alinhadas para compensar a falta de precisão no seguimento. Para o processamento fotométrico, é necessário assinalar não só a estrela hospedeira do exoplaneta, mas também uma estrela de comparação — com aproximadamente o mesmo brilho — e uma ou várias estrelas de controlo, que também são utilizadas pelo software para calcular a evolução da luminosidade. A representação das variações de brilho encontradas nas fotografias é feita depois através de uma curva gráfica ilustrativa da evolução do brilho.

Após a criação de um novo projeto para criar uma curva de luz, as imagens da série de fotografias podem ser importadas para o Muniwin. A importação complementar de imagens de flat field e dark frames permite depois a correção automática de todas as fotografias não editadas da série. Após a seleção subsequente da estrela hospedeira e das estrelas de comparação ou de controlo, pode-se iniciar a avaliação fotométrica das fotografias. O Muniwin calcula então não só a evolução do brilho da estrela do exoplaneta em trânsito, tendo como referência a estrela de comparação, mas também as diferenças de brilho entre todas as estrelas assinaladas (estrela do exoplaneta em trânsito, estrela de comparação e estrelas de controlo). Isto tem a vantagem de fornecer rapidamente uma visão geral da qualidade das fotografias e das estrelas de comparação selecionadas, uma vez que é suposto que as diferenças de brilho entre as estrelas de controlo resultem numa linha reta (e não numa curva) devido ao facto de o brilho destas estrelas se manter inalterado ao longo da série de fotografias.

Com o Muniwin já não é necessário guardar a imagem final e demais ajustes de contraste e gama de tonalidades, os quais são necessários para a astrofotografia. Isto porque, após a análise dos dados, o Muniwin cria um pequeno ficheiro de texto com os resultados da análise.

Estes dados analíticos do trânsito de um exoplaneta podem ser disponibilizados à “Exoplanet Transit Database” para ajudar a calcular com maior precisão os períodos orbitais do exoplaneta observado. Além disso, emerge daqui uma compilação de documentos de observação que mostram também que tipo de trabalho pode ser realizado e com que equipamento. Após o carregamento dos resultados da análise e a respetiva verificação por astrónomos da “Exoplanet Transit Database”, é criado um gráfico que permite visualizar claramente o percurso de trânsito do exoplaneta documentado.

O registo de planetas extrassolares é seguramente ainda uma área marginal da astronomia amadora. No entanto, muitos amadores já dispõem do equipamento necessário para o registo de exoplanetas. O registo de exoplanetas é também uma área da astronomia para a qual os fotógrafos amadores ainda podem contribuir através da investigação — embora a descoberta de exoplanetas seja cada vez mais difícil para fotógrafos amadores, estes podem contribuir com dados através da medição de exoplanetas conhecidos, proporcionando assim uma maior compreensão futura dos exoplanetas e a capacidade de prever os respetivos trânsitos.

Autor: Ullrich Dittler / Licença: Oculum-Verlag GmbH