O ano de 1995, como 1492, foi o início de uma era de descobertas. Os novos exploradores, em vez de utilizarem navios de mar para descobrir continentes, utilizam telescópios para descobrir planetas que giram em torno de estrelas distantes. Milhares destes planetas extra-solares, um termo geralmente abreviado para “exoplanetas”, foram encontrados, incluindo alguns mundos potencialmente semelhantes à Terra, juntamente com objectos bizarros que não têm qualquer semelhança com nenhum dos planetas do nosso sistema solar.
p>Dois destes exploradores de exoplanetas, Michel Mayor e Didier Queloz, receberam recentemente metade do Prémio Nobel da Física pela descoberta que fizeram em 1995. Os meus colegas e eu estamos unidos na nossa admiração pelo seu trabalho pioneiro, e no nosso orgulho em continuar o que começaram.
Mas há algo de peculiar na citação do Prémio Nobel. Diz: “pela descoberta de um exoplaneta orbitando uma estrela de tipo solar”. Não deveria dizer o primeiro exoplaneta? Afinal de contas, centenas de astrónomos descobriram um exoplaneta. Eu ajudei a encontrar alguns. Até estudantes do ensino secundário e astrónomos amadores os descobriram. O Comité Nobel cometeu um erro tipográfico?
Não, não o fez, e assim pendura um conto.
p>Apenas por ser problemático decidir quem descobriu a América (Cristóvão Colombo? John Cabot? Leif Erikson? Amerigo Vespucci, cujo nome é o que ficou preso? Aqueles que vieram a pé da Sibéria há dezenas de milhares de anos?) é difícil dizer quem descobriu o primeiro exoplaneta. Há pelo menos cinco concorrentes credíveis, e é divertido e fascinante considerar os méritos de cada caso. Portanto, vamos fingir que estamos no Comité Nobel, encarregado de escolher o vencedor.
P>Primeiro, porém, precisamos de compreender a mentalidade dos astrónomos pré-exoplanetas. Eles esperavam que todos os sistemas planetários se assemelhassem ao nosso próprio sistema solar. Não em todos os pormenores, mas pelo menos em alguns aspectos importantes: as órbitas dos planetas são quase circulares e encontram-se no mesmo plano, com os planetas gigantes (como Júpiter) no exterior, e os planetas rochosos (como a Terra) muito mais próximos da estrela.
Atrás dos séculos, os astrónomos desenvolveram uma teoria para a formação de planetas que explicava porque é que esses padrões deveriam ser universais, como consequências inevitáveis dos processos físicos que ocorrem dentro do turbilhão de material que envolve uma estrela recém-nascida. Sinto-me tentado a descrever a teoria, mas poupo-vos aos pormenores, porque as primeiras descobertas do exoplaneta mostraram que esta teoria está errada, ou pelo menos incompleta. Tudo o que precisa de saber é que esta expectativa estava profundamente entrincheirada.
P>É preciso também saber como detectar os exoplanetas. A primeira coisa que pode tentar é apontar um telescópio a uma estrela e procurar objectos mais fracos à sua volta. Isto revela-se quase impossível: os planetas são demasiado ténues. Em vez disso, os primeiros exoplanetas foram detectados observando o movimento da estrela.
As crianças são ensinadas que os planetas giram em torno do sol, mas isso é uma pequena mentira branca. Na realidade, o sol e os planetas giram em torno do centro de massa de todo o sistema solar. Se construir um modelo em escala do sistema solar deitado num disco plano, o centro de massa é onde se pode equilibrar o disco na ponta do dedo. O sol é o componente mais maciço do sistema solar, por isso está sempre perto do centro de massa, mas baralha-se um pouco. Os planetas à volta de uma estrela distante devem fazer com que a estrela também se mova. E isso dá aos astrónomos uma forma de os encontrar, usando o efeito Doppler.
Quando um objecto em movimento emite ondas – como ondas sonoras ou leves – o comprimento entre as ondas é comprimido na direcção da frente, e esticado na direcção inversa. Para o som, o comprimento de onda determina o passo, explicando porque é que a sirene de uma ambulância cai no passo à medida que acelera. Para a luz, o comprimento de onda determina a cor. Quando uma estrela se move na nossa direcção, a sua luz aparecerá cada vez mais azulada, e quando a estrela recua, ela fica avermelhada. Estamos a falar de mudanças de algumas partes por milhão, ou menos, e é por isso que é necessário equipamento astronómico especializado para as detectar.
Estamos quase prontos para rever os candidatos ao descobridor do primeiro exoplanet, mas há mais uma coisa. Devemos decidir antecipadamente o que queremos dizer com descobrir. Isto revelar-se-á importante.
Uma definição de dicionário é “obter conhecimento pela primeira vez”. Está bem, mas o que é o conhecimento? Para isso recorremos a um livro de filosofia, no capítulo sobre epistemologia, onde aprendemos que o conhecimento é uma crença verdadeira e justificada. A nossa tarefa, então, é identificar a primeira pessoa a ter uma crença verdadeira justificada na existência de um exoplaneta.
Porque tem de ser verdade, não precisamos de discutir todos os falsos começos e afirmações espúrias que mancharam a reputação dos caçadores de planetas durante décadas. Ao exigi-lo, colocamos de lado os adivinhadores sortudos. Em 1953, Philip K. Dick escreveu uma história ambientada num planeta em torno da estrela Proxima Centauri, e em 2017, os astrónomos detectaram tal planeta, mas Philip K. Dick não descobriu o planeta.
O nosso briefing está agora completo, e podemos dar as boas vindas aos concorrentes ao ringue, por ordem cronológica.
Em 1979, Gordon Walker e alguns colegas da Universidade de British Columbia começaram a procurar planetas. Ele era a autoridade preeminente do mundo em observações precisas de Doppler. Concebeu o seu estudo com base na premissa de que todos os sistemas planetários se assemelham ao Sistema Solar. Os maiores sinais – e, dadas as limitações do seu equipamento, os únicos sinais que tinha alguma hipótese de detectar – viriam de planetas gigantes, semelhantes a Júpiter, que levam 12 anos a contornar o Sol. O que significava que Walker precisava de se comprometer com um projecto a muito longo prazo.
Ele também tinha de esperar que planetas semelhantes a Júpiter fossem comuns, porque ele só conseguia monitorizar cerca de 20 estrelas. Para expandir a sua busca, precisaria de mais apoio do Comité de Atribuição de Tempo Telescópico, que não estava previsto. Walker escreveu mais tarde: “É bastante difícil hoje em dia perceber a atmosfera de cepticismo e indiferença dos anos 80 para propor buscas de planetas. Algumas pessoas sentiam que tal empreendimento nem sequer era uma parte legítima da astronomia”
Apesar deste obstáculo, em 1988 ele tinha detectado o sinal de um planeta de massa de Júpiter que circula à volta de uma estrela chamada Gamma Cephei a cada 2,7 anos. Então, será que Walker ganha o prémio? Tinha ele uma crença verdadeira e justificada na existência do planeta?
Bem, era verdade: a existência do planeta foi definitivamente confirmada em 2003. O problema é se a crença foi justificada em 1988. O sinal de Walker destacou-se claramente do barulho, mas ele continuava preocupado por estar a ser enganado. O sinal Doppler poderia ser causado por outra coisa para além de um planeta. Talvez o padrão de 2,7 anos fosse da rotação da estrela, em vez de movimento. O sol roda uma vez por mês, mas Walker pensava que Gamma Cephei era uma estrela gigante, que podia rodar muito mais lentamente.
Num jornal de 1992, com base nesta preocupação, Walker afastou-se da afirmação de que o sinal de Gamma Cephei representava um planeta. Mas, ao que parece, a estrela tinha sido mal classificada. Não é uma estrela gigante. Walker tinha sido enganado para se preocupar com o facto de se estar a enganar a si próprio. A sua prudência era natural, dada a atmosfera de cepticismo que beirava a hostilidade. Talvez seja melhor dizer que Walker detectou o planeta mas não o descobriu bem.
p>Isso leva-nos ao nosso próximo concorrente, David Latham, do Observatório Astrofísico Smithsoniano. Em 1989, ele e os seus colaboradores relataram um intrigante sinal Doppler em torno de uma estrela chamada HD 114762. O sinal era cristalino. As suas características eram compatíveis com o movimento orbital, e incompatíveis com a rotação.
Esta pareceria ser uma descoberta de batida. De facto, o HD 114762 está incluído na base de dados abrangente de exoplanetas da NASA, registada com 1989 como o ano da descoberta. Isso é seis anos antes de Mayor e Queloz.
Então, porque é que Latham não estará a apertar a mão do Rei da Suécia? Porque, na altura, a realização de Latham não era vista como uma descoberta do planeta. Havia algumas coisas estranhas sobre o planeta putativo.
P>Primeiro de tudo, a órbita não está perto de ser circular. É uma elipse com uma dimensão duas vezes mais longa do que a outra – ao contrário dos planetas do Sistema Solar. Em segundo lugar, o planeta é 11 vezes mais maciço do que Júpiter, o que parecia estranho. Na verdade, o planeta poderia ser ainda mais maciço, porque o método Doppler apenas nos diz a massa mínima possível do planeta. Isto porque a estrela se move nas três dimensões, mas o efeito Doppler surge apenas a partir de uma dessas dimensões: o movimento para ou longe do observador.
Finalmente, a órbita parecia demasiado pequena para um planeta gigante. É menos de um décimo do tamanho da órbita de Júpiter. De acordo com a teoria da formação de planetas, os planetas gigantes nunca deveriam formar-se tão perto da estrela. É o domínio de planetas pequenos e rochosos.
Latham pensou que poderia ser um planeta, mas alguns dos membros da sua equipa (e a maioria dos outros astrónomos) pensaram que era um estiramento. O seu artigo de 1989 apenas menciona a possibilidade de um planeta através de especulação. Mais provavelmente, escreveram eles, era uma anã castanha, uma espécie de estrela falhada que nunca inflamou reacções de fusão nuclear.
Hoje, porém, nenhuma das “peculiaridades” do HD 114762 é considerada de todo peculiar. Sabemos que alguns por cento das estrelas semelhantes ao sol têm um planeta gigante com uma órbita pequena, altamente elíptica. E algumas delas têm massas tão altas como 10 ou mesmo 20 vezes a de Júpiter.
p>Latham tem uma boa pretensão de ser a primeira a descobrir um exoplanet, mas isto é apenas do nosso ponto de vista retrospectivo. A alegação era verdadeira, e amplamente justificada pelos dados. Mas, na altura, não se acreditava, devido ao preconceito de que os planetas deveriam parecer e agir como os planetas do sistema solar.
O que se seguiu foi uma surpresa espantosa. Em 1992, Aleksander Wolszczan e Dale Frail anunciaram a descoberta de dois planetas, comparáveis em massa à Terra, utilizando uma variação do método Doppler. As provas eram à prova de água e convincentes. O surpreendente foi que a estrela não é uma estrela vulgar como o Sol; é um pulsar.
Pulsares estão entre as coisas mais exóticas do universo. São restos de explosões de supernovas, que têm lugar quando uma estrela maciça fica sem combustível nuclear e se torna instável. Um pulsar embala a massa de todo o sol numa bola com apenas 20 quilómetros de diâmetro, tornando-a tão densa que, com um movimento em falso, se desmoronaria e se tornaria um buraco negro. Além disso, pode girar centenas de vezes por segundo, e emitir ondas de rádio, raios X e doses letais de radiação.
Como devemos pontuar este candidato para o Primeiro Exoplaneta? A alegação era verdadeira e justificada. Acreditava-se e ainda se acredita na comunidade astronómica. O único problema era se os objectos que orbitavam o pulsar deveriam qualificar-se como planetas.
Até esse ponto, a definição de trabalho dos astrónomos de um planeta era um objecto com uma massa demasiado pequena para ser uma estrela ou uma anã castanha. A descoberta do pulsar obrigou a uma avaliação mais cuidadosa. Talvez a palavra planeta devesse ser reservada a objectos que orbitam uma estrela normal, e não uma estrela zombie. (Agora compreende-se porque é que a citação do Nobel de 2019 se refere a “um exoplaneta em torno de uma estrela do tipo solar”)
p>alguns astrónomos insistiram que os planetas devem formar-se dentro do turbilhão de material que envolve uma estrela jovem. Não foi de lá que vieram os companheiros do pulsar. Presumivelmente, formaram-se após a explosão da supernova, porque não poderiam ter sobrevivido à explosão catastrófica da energia. Talvez algum do material que explodiu tenha acabado por cair e começou a orbitar a estrela de neutrões, e os planetas formaram-se a partir desse material. Um problema sério com qualquer definição baseada na formação, no entanto, é que não existe uma teoria universalmente aceite para a formação de planetas “normais”, nem.
O que acabou por acontecer é que os astrónomos se sentiram à vontade referindo-se aos objectos de Wolszczan e Frail como planetas. Mas os planetas pulsares foram tratados como aberrações, e a procura de mais deles revelou-se árida e improdutiva. Apenas um outro pulsar é conhecido por ter um planeta, e mesmo nesse caso, as provas não são tão seguras.
Isso leva-nos a 1995. Michel Mayor e Didier Queloz, dois astrónomos do Observatório de Genebra na Suíça, tinham vindo a melhorar a técnica Doppler. Anteriormente, o Presidente da Câmara tinha ajudado Latham a observar a sua estrela. Depois, ele e o seu aluno, Queloz, decidiram ir eles próprios caçar o planeta. Tinham um quase monopólio num telescópio em França, o que lhes permitia monitorizar mais estrelas do que Walker ou Latham.
Uma das suas estrelas, uma estrela semelhante ao sol chamada 51 Pegasi, movia-se parao-and-fro com uma amplitude de 50 metros por segundo, e um período de apenas 4,2 dias. O sinal implicava a existência de um planeta com uma massa mínima entre a de Saturno e Júpiter. Essa era uma massa que tornava os astrónomos confortáveis. Menos confortável era a distância orbital: apenas um vigésimo da distância da Terra ao Sol.
p>Isso, insistiu muitos teóricos, não era lugar para um planeta gigante. Estando tão perto da estrela, o objecto que orbita 51 Peg é aquecido a milhares de graus. Mayor e Queloz tinham descoberto o que viria a ser conhecido como um “Júpiter quente”, um tipo de planeta presumivelmente impossível na teoria dominante da formação de planetas.
A comunidade astronómica estava céptica, não só devido à contradição com as suas expectativas, mas também devido à história quadriculada do campo. Alguns estavam preocupados com o facto de os turnos Doppler serem de pulsações estelares, em vez de movimentos orbitais; talvez a superfície de 51 Peg estivesse a saltar para fora, depois afundando-se de volta com um ritmo regular.
Nos anos seguintes, no entanto, todas estas preocupações foram postas de lado. Este foi o verdadeiro negócio. A teoria da formação do planeta teve de ser actualizada.
Mayor e Queloz, então, foram os primeiros a manter uma justificada crença verdadeira na existência de um objecto que todos concordam ser um exoplaneta em torno de uma estrela semelhante ao sol. Igualmente importante, a descoberta de 51 Peg teve o mesmo efeito que a primeira visão de um continente inexplorado e aparentemente sem limites. O crescimento exponencial das descobertas do planeta, e do número de cientistas que trabalham nesta área, começou em 1995. Foi por isso que o Comité Nobel pensou que o Presidente da Câmara e a Queloz mereciam o destaque científico (e meio milhão de dólares).
Posto no chapéu do meu pedante, no entanto, vou notar que a alegação de que 51 Peg é um planeta não era 100% justificada. Lembre-se, o método Doppler apenas revela a massa mínima do corpo em órbita – a verdadeira massa poderia ser maior. Muito maior, se a sua órbita for perpendicular à nossa linha de visão. Embora isto exigisse uma coincidência muito improvável, era concebível na altura que o companheiro de 51 Peg é na realidade uma anã castanha. Na realidade, é um planeta. A verdadeira massa foi eventualmente medida com uma técnica diferente que depende da detecção da própria luz do planeta, mas não até 2015.
O primeiro exoplaneta para o qual a massa foi medida sem ambiguidade é denominado HD 209458b. Nesse caso, a órbita do planeta leva-o directamente à frente da estrela, provocando um eclipse em miniatura. É isso que elimina a habitual incerteza quanto à orientação da órbita. Os eclipses foram detectados em 1999 por dois grupos concorrentes, um liderado por David Charbonneau e o outro por Gregory Henry. Mas embora esta tenha sido tecnicamente uma descoberta mais definitiva, nesta altura da história a comunidade astronómica tinha deixado de duvidar das descobertas de 51 Peg e outros objectos semelhantes.
Pedantaria à parte, vale também a pena notar que, apesar de todos os falsos começos, a detecção de exoplanetas foi uma daquelas raras e maravilhosas ocasiões em que um projecto acabou por ser mais fácil do que o previsto. Normalmente, prevalece a Lei de Murphy: tudo é mais difícil e leva mais tempo do que se espera. O que tornou as coisas mais fáceis neste caso foi a existência de Jupiters quentes, um presente da natureza que ninguém esperava. Os Jupiters quentes produzem os maiores sinais Doppler, e podem ser detectados e confirmados com apenas algumas semanas de dados; não há necessidade de esperar décadas, como Walker tinha pensado que seria necessário.
Na verdade, não é bem verdade que ninguém esperava Jupiters quentes. Em 1956, Otto Struve escreveu um breve artigo salientando que a precisão das medições Doppler tinha-se tornado suficientemente boa para detectar planetas maciços, mas apenas se estes existissem em órbitas minúsculas. Pondo de lado a questão de como tal planeta poderia ter-se formado, ele percebeu que não existe nenhuma lei da física que proíba tais planetas de existir. O seu trabalho pode ter incendiado uma área completamente nova da astronomia, mas na realidade, definhou na obscuridade. O planeta por volta do 51 Peg provavelmente poderia ter sido descoberto no início dos anos 60, ou certamente por Walker nos anos 80, se ele tivesse sido capaz de observar mais estrelas.
Tento lembrar-me desta história quando estou a sofrer de pessimismo excessivo. Mesmo que um campo tenha sido manchado por afirmações anteriores que se revelaram erradas, mesmo que outras pessoas talentosas já tenham tentado antes, mesmo que os teóricos lhe digam que a sua ideia é rebuscada – pode ainda haver um fenómeno verdadeiramente espectacular à espera de ser descoberto.