Modelagem em Python do trânsito de um planeta em frente a uma estrela com manchas: um estudo aplicado a KEPLER-423

Beatriz Duque
há 3 dias
2 min de leitura

Confira nosso novo artigo publicado na Revista Brasileira do Ensino de Física!

Introdução

Uma das formas mais usadas para descobrir exoplanetas é observar quando eles passam na frente da sua estrela, causando uma pequena queda no brilho que conseguimos detectar daqui da Terra. Esse é o método de trânsito, responsável por boa parte dos mais de 6 mil exoplanetas já confirmados.

O problema é que as estrelas não são bolas de luz perfeitamente uniformes. Assim como o Sol, elas podem ter manchas escuras e fáculas (regiões mais brilhantes) na superfície. Quando um planeta passa bem na frente dessas regiões durante o trânsito, ele bagunça um pouco a curva de luz, e isso pode levar a erros na hora de calcular o tamanho do planeta, sua órbita e até a composição da sua atmosfera.

O que fizemos

Desenvolvemos um conjunto de scripts em Python chamado ECLIPSE, que simula esses trânsitos planetários levando em conta manchas e fáculas na estrela. A ferramenta usa um algoritmo estatístico (MCMC) para ajustar o modelo aos dados reais, encontrando os valores mais prováveis para cada parâmetro do sistema, com suas respectivas margens de incerteza.

Aplicamos o método à estrela Kepler-423, uma estrela parecida com o Sol que tem um planeta gigante gasoso orbitando bem de pertinho, completando uma volta a cada 2,7 dias. Isso significa muitos trânsitos para estudar em pouco tempo, perfeito para testar o modelo.

O que encontramos

Conseguimos identificar e caracterizar uma mancha estelar que apareceu durante um dos trânsitos observados pelo telescópio Kepler, estimando seu tamanho, brilho e posição na superfície da estrela. Mostramos que ignorar esse tipo de interferência pode distorcer a estimativa do raio do planeta, o que por sua vez afeta estudos posteriores sobre a atmosfera dele.

Gráfico de trânsito exoplanetário com dados do KEPLER em vermelho e modelo azul; na parte superior da image, uma matriz 2D representando a estrela amarela com planeta, um ponto preto na matriz, a orbitando, e a mancha, à direita do planeta, simbolizando a passagem do planeta "em frente" à mancha.

Além disso, o ECLIPSE é de código aberto e foi pensado também como ferramenta de ensino, para que estudantes de física e astronomia possam explorar o método de trânsito de forma visual e interativa.