O espectrógrafo NIRPS: um novo caçador de exoplanetas no céu do Chile

Acima: O instrumento NIRPS está instalado no telescópio de 3,6 metros do Observatório de La Silla, no Chile. Abaixo: Um espectro da estrela Proxima Centauri, nossa vizinha mais próxima, obtido pelo NIRPS durante os testes preliminares em junho de 2023. Créditos: Etienne Artigau.

O Near-InfraRed Planet Searcher (NIRPS) é um novo espectrógrafo de alta resolução projetado para a busca de exoplanetas e o estudo de suas atmosferas. Exoplanetas são corpos planetários localizados em órbita de estrelas distintas do nosso Sol. Em cinco novos estudos publicados hoje na revista Astronomy & Astrophysics, a equipe internacional do NIRPS apresenta o design do instrumento, suas primeiras observações e os resultados científicos iniciais.

Instalado no telescópio de 3,6 metros do Observatório Europeu do Sul (ESO), em La Silla, Chile, o NIRPS iniciou oficialmente sua missão científica em abril de 2023. Seu desenvolvimento e construção tornaram-se possíveis graças ao trabalho de um grande consórcio que reúne cientistas e engenheiros do Canadá, Suíça, Espanha, Portugal, França e Brasil, com o apoio fundamental do Observatório Europeu do Sul. Mais de 140 especialistas contribuíram para o projeto, incluindo uma equipe de Professores e Engenheiros do Departamento de Física e do Departamento de Engenharia Elétrica, da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN).

O NIRPS foi especialmente projetado para observações no infravermelho próximo, onde estrelas frias e vermelhas conhecidas como anãs M — que representam o tipo mais abundante de estrelas na Via Láctea — emitem a maior parte da sua luz. Isso torna o NIRPS um instrumento ideal para detectar pequenos planetas semelhantes à Terra, orbitando tais estrelas.

O NIRPS também é particularmente adequado para detectar e estudar atmosferas de exoplanetas. O instrumento foi projetado para funcionar em conjunto com outro poderoso caçador de planetas: o HARPS (High Accuracy Radial velocity Planet Searcher), um espectrógrafo que observa no visível e opera no mesmo telescópio desde 2003.

Juntos, NIRPS e HARPS oferecem uma rara possibilidade de observar estrelas, simultaneamente, na luz visível e no infravermelho. Essa observação combinada permite aos cientistas distinguir sinais planetários reais do "ruído" causado pela atividade estelar, como erupções, manchas ou atividade magnética na superfície da estrela — fenômenos que às vezes podem ser confundidos com a presença de um planeta.

Além disso, o NIRPS conta com um sistema de óptica adaptativa, que aprimora as imagens corrigindo distorções causadas pela atmosfera terrestre. Esse recurso permite que o instrumento colete a luz estelar com mais eficiência, mantendo um design compacto.

“Este instrumento é o resultado de lições aprendidas com espectrógrafos anteriores, tecnologias inovadoras e uma frutífera colaboração internacional,” afirma François Bouchy, do Observatório de Genebra e professor na Universidade de Genebra, autor principal do estudo e co-investigador principal do NIRPS. “Estamos orgulhosos do que conquistamos e empolgados com o que está por vir."

Revelando exoplanetas com o NIRPS

Tanto o NIRPS quanto o HARPS detectam exoplanetas usando uma técnica conhecida como método da velocidade radial, que mede pequenas oscilações de uma estrela, causadas pela atração gravitacional de um planeta em sua órbita. À medida que o planeta se movimenta em torno da estrela, ele faz com que a mesma se mova levemente para frente e para trás. Ao medir essas variações sutis no movimento da estrela, os astrônomos podem inferir a presença de um planeta, mesmo que ele não seja visível diretamente.

Detectar um exoplaneta pequeno, com massa semelhante à da Terra, orbitando uma anã M é ainda um grande desafio científico e tecnológico. Isso exige a capacidade de medir variações no movimento da estrela, induzidas pela presença do planeta, da ordem de um metro por segundo (ou 3,6 km/h). Atualmente, alcançar esse nível de precisão na luz visível é muito difícil, ainda mais no infravermelho próximo, onde o NIRPS opera.

Além de detectar planetas, o NIRPS também é altamente eficaz no estudo de suas atmosferas. Sua sensibilidade no infravermelho permite aos astrônomos identificar a presença de elementos químicos ou moléculas importantes, tais como vapor de água, hélio e metano.

“O NIRPS nos permite estudar estrelas e planetas em uma região do espectro onde nenhum outro instrumento havia alcançado esse nível de precisão,” diz René Doyon, diretor do OMM e do IREx, professor na Universidade de Montréal e co-investigador principal do NIRPS. “Pela primeira vez, conseguimos alcançar uma precisão de velocidade radial inferior a um metro por segundo no infravermelho — comparável à dos melhores espectrógrafos de luz visível.”

Como contrapartida pela construção do instrumento, o consórcio NIRPS recebeu do ESO um total de 725 noites de Tempo Garantido de Observação (GTO) com tal instrumento. Esse tempo de observação está sendo utilizado pela Equipe Científica do NIRPS, composta por membros do consórcio, dedicadas, principalmente, a três grandes temas científicos:

Buscar exoplanetas em torno de estrelas anãs M;
Medir a massa de exoplanetas detectados por missões espaciais;
Estudar a composição química da atmosfera de diferentes tipos de exoplanetas.

“Como parte do tempo garantido (GTO), temos acesso a 40% do tempo do telescópio de 3,6 metros, o que significa que estamos recebendo novos dados quase todos os dias!”, diz Lison Malo, gerente de projeto NIRPS no OMM e no IREx. “Isso permite que uma grande equipe de astrônomos trabalhe continuamente com novas observações do NIRPS.”

A Equipe Científica do NIRPS, no outono de 2024.

A Equipe brasileira do NIRPS.

Primeiros Resultados do NIRPS

O NIRPS, uma vez iniciadas as suas atividades, não demorou muito para demonstrar seu grande potencial científico. Nos primeiros meses de operação do instrumento, um estudo liderado por Alejandro Suárez Mascareño, do Instituto de Astrofísica de Canárias e da Universidade de La Laguna (ULL), na Espanha, confirmou a presença de Proxima Centauri b, um planeta semelhante à Terra localizado na zona habitável de Proxima Centauri, a estrela mais próxima do Sol. A equipe também encontrou indícios da presença de um segundo planeta, orbitando a mesma estrela, com massa inferior à da Terra. Essas descobertas evidenciam a sensibilidade excepcional do NIRPS para detectar planetas de baixa massa. Os resultados estão detalhados em um artigo publicado hoje na revista Astronomy & Astrophysics.

Um segundo estudo liderado por Romain Allart, da Universidade de Montréal, também publicado hoje na Astronomy & Astrophysics, revela a presença de uma cauda cometária de gás hélio escapando da atmosfera do exoplaneta WASP-69 b, de massa semelhante à massa do planeta Saturno. A descoberta — uma das mais detalhadas do gênero efetuada até o presente — lança nova luz sobre como os efeitos da intensa radiação estelar afetam a evolução das atmosferas planetárias.

“Os dados de alta qualidade e fidelidade obtidos com o NIRPS nos permitem estudar atmosferas de exoplanetas com um nível de detalhe sem precedentes,” afirma Romain Allart, autor principal do estudo sobre o WASP-69b. “Com o tempo garantido do NIRPS, conseguimos acompanhar estrelas e seus planetas por longos períodos de tempo para estudar a variabilidade de seus climas.”

Olhando para o Futuro

O NIRPS está desempenhando também um papel importante na identificação dos alvos planetários mais promissores para observações atmosféricas com o Telescópio Espacial James Webb e, no futuro, para buscas por bioassinaturas com o Extremely Large Telescope (ELT), atualmente em construção pelo ESO.

O NIRPS também tem um papel essencial como precursor do desenvolvimento do ArmazoNes high Dispersion Echelle Spectrograph (ANDES), um instrumento de segunda geração para o ELT, atualmente em desenvolvimento por um consórcio internacional, do qual fazem parte as instituições responsáveis pela construção do NIRPS. Um dos objetivos científicos do NIRPS é estudar as estrelas mais próximas do Sol na busca por sistemas planetários que possam ser alvos ideais para estudos com o ANDES. Assim, o NIRPS funciona como um protótipo para o ANDES, já que ambos combinam espectroscopia de alta resolução no infravermelho com óptica adaptativa — que representa uma condição fundamental para a investigação de atmosferas de planetas semelhantes à Terra, na busca por sinais de vida.

“O NIRPS representa uma ponte entre o presente e o futuro das fronteiras da astronomia, com sua função fundamental de precursor para o desenvolvimento do ANDES (ArmazoNes high Dispersion Echelle Spectrograph)”, destaca José Renan de Medeiros, professor da UFRN, coordenador da equipe brasileira e co-investigador principal do NIRPS. “Concebido para ser um Caçador de Planetas, o NIRPS torna-se a base para a construção de um instrumento revolucionário: o ANDES, projetado para estudos científicos que vão desde a busca por sinais de vida fora do Sistema Solar a questões da Física Fundamental, como investigações sobre a possível variação, no espaço e no tempo, das constantes fundamentais da natureza.”

O NIRPS como vetor na diversificação do Conhecimento

Um aspecto de grande relevância no NIRPS está associado à possibilidade de aplicação de conhecimentos adquiridos no seu desenvolvimento em outras áreas, tais como ensino e engenharia. Em particular, dois casos conduzidos pelo professor Allan de Medeiros Martins, do Departamento de Engenharia Elétrica da UFRN, podem ser citados, devido aos seus efeitos imediatos:

1 - Desenvolvimento de quadro digital:

Os conhecimentos adquiridos sobre a gerência de templates de software foram aplicados no desenvolvimento de um sistema de quadro e ementa digitais. Tal sistema, a partir da utilização de um quadro digital, possibilita a estruturação de ementas de disciplinas em forma hierárquica com o mesmo formato usado para representar as dependências paramétricas em templates de observações astronômicas.

2 - Projeto RedeRecalque:

Os conhecimentos adquiridos sobre análise de imagens via otimização de modelos possibilitou a implementação de um projeto para a construção de uma rede de sistema de medição de recalque relativo entre colunas de edificações para construção civil. A solução foi possível graças a utilização de algoritmos de ultra-precisão desenvolvidos no projeto NIRPS.

"O NIRPS apresenta-se como uma oportunidade única para a inserção do Brasil em uma das áreas da fronteira do conhecimento, ou seja, a busca por exoplanetas e o desenvolvimento de instrumentação científica de ponta," afirma Bruno L. Canto Martins, professor do Departamento de Física Teórica e Experimental da UFRN, gerente brasileiro e membro da equipe científica do projeto NIRPS. "Ao mesmo tempo, o NIRPS tem sido um sólido laboratório para a formação de estudantes, bem como na diversificação do conhecimento."

Sobre os Estudos

● “NIRPS joining HARPS at the ESO 3.6m: On-sky performance and science objectives”, liderado por François Bouchy (Observatório de Genebra, Universidade de Genebra), foi publicado hoje na Astronomy & Astrophysics. A equipe de coautores é constituída por 136 pesquisadores do Canadá, Suíça, Chile, França, Espanha, Portugal, Alemanha e Brasil. A equipe de coautores brasileiros é composta por 4 professores e 5 estudantes de pós-graduação da UFRN e 1 professor da Universidade Federal do Ceará.

● “Diving into the planetary system of Proxima with NIRPS: Breaking the metre per second barrier in the infrared”, de Alejandro Suárez Mascareño, também foi publicado hoje na Astronomy & Astrophysics. A equipe de coautores é composta por 138 pesquisadores do Canadá, Suíça, Chile, França, Espanha, Portugal, Alemanha e Brasil. A equipe de coautores brasileiros é composta por 4 professores e 5 estudantes de pós-graduação da UFRN e 1 professor da Universidade Federal do Ceará.

● “NIRPS detection of delayed atmospheric escape from the warm and misaligned Saturn-mass exoplanet WASP-69 b?”, liderado por Romain Allart (IREx), foi publicado hoje em Astronomy & Astrophysics. A equipe de coautores é composta por 139 pesquisadores do Canadá, Suíça, Chile, França, Espanha, Portugal, Alemanha e Brasil. A equipe de coautores brasileiros é composta por 4 professores e 5 estudantes de pós-graduação da UFRN e 1 professor da Universidade Federal do Ceará.

Contato para a Imprensa no Brasil

José Renan de Medeiros
Núcleo de Astronomia Observacional e Instrumental (NAOS)
Universidade Federal do Rio Grande do Norte
renan@fisica.ufrn.br
+55 84 98181-4300

Links

Artigos científicos:

● AA53341-24 — NIRPS joining HARPS at ESO 3.6 m. On-sky performance and science objectives – F. Bouchy et al., 2025, A&A, 700, A10. Download/Website: https://www.aanda.org/10.1051/0004-6361/202453341

● AA53728-25 — Diving into the planetary system of Proxima with NIRPS. Breaking the metre per second barrier in the infrared – A. Suárez Mascareño et al., 2025, A&A, 700, A11. Download/Website: https://www.aanda.org/10.1051/0004-6361/202553728

● AA52525-24 — NIRPS detection of delayed atmospheric escape from the warm and misaligned Saturn-mass exoplanet WASP-69 b – R. Allart et al., 2025, A&A, 700, A7. Download/Website: https://www.aanda.org/10.1051/0004-6361/202452525

● AA52972-24 - Hydride ion continuum hides absorption signatures in the NIRPS near-infrared transmission spectrum of the ultra-hot gas giant WASP-189b - V. Vaulato et al., 2025, A&A, 700, A9. Download/Website: https://www.aanda.org/10.1051/0004-6361/202452972

● AA52856 - Studying the variability of the He triplet to understand the detection limits of evaporating exoplanet atmospheres - S. Mercier et al., 2025, A&A, 700, A8. Download/Website: https://www.aanda.org/10.1051/0004-6361/202452856