TESS fornece novas ideias sobre um mundo ultra-quente

Medições do TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) da NASA permitiram aos astrónomos melhorar bastante a sua compreensão do ambiente bizarro de KELT-9b, um dos planetas mais quentes conhecidos.

“O factor de estranheza de KELT-9b é alto,” disse John Ahlers, astrónomo da USRA (Universities Space Research Association) em Columbia, no estado norte-americano de Maryland, e do Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, no mesmo estado dos EUA. “É um planeta gigante numa órbita muito íntima, quase polar, em torno de uma estrela que gira rapidamente, e estas características complicam a nossa capacidade de entender a estrela e os seus efeitos no planeta.”

As novas descobertas aparecem num artigo liderado por Ahlers publicado dia 5 de junho na revista científica especializada The Astronomical Journal.

Localizado a cerca de 670 anos-luz de distância na direção da constelação de Sagitário, KELT-9b foi descoberto em 2017 porque o planeta passou em frente da sua estrela durante uma parte da sua órbita, um evento chamado trânsito.

Os trânsitos diminuem regularmente a luz da estrela por uma quantidade minúscula, mas detetável. Os trânsitos de KELT-9b foram observados pela primeira vez pelo levantamento de trânsitos KELT, um projeto que recolheu observações com dois telescópios robóticos localizados no estado norte-americano do Arizona e na África do Sul.

Entre 18 de julho e 11 de setembro de 2019, como parte da campanha de um ano da missão para observar o céu do norte, o TESS observou 27 trânsitos de KELT-9b, obtendo medições a cada dois minutos. Estas observações permitiram que a equipa modelasse a estrela invulgar e o seu impacto no planeta.

KELT-9b é um mundo gigante de gás cerca de 1,8 vezes maior que Júpiter, com 2,9 vezes a sua massa. As forças das marés bloquearam a sua rotação, de modo que o mesmo lado está sempre virado para a sua estrela.  O planeta gira em torno da sua estrela em apenas 36 horas numa órbita que o transporta quase diretamente acima de ambos os polos da estrela. KELT- recebe 44.000 vezes mais energia da sua estrela do que a Terra do Sol.

Isto eleva a temperatura diurna do planeta a cerca de 4300º C, mais quente do que as superfícies de algumas estrelas. Este aquecimento intenso também faz com que a atmosfera do planeta escape para o espaço.

A sua estrela hospedeira também é estranha. Tem aproximadamente o dobro do tamanho do Sol e é, em média, 56% mais quente. Mas gira 38 vezes mais depressa do que o Sol, completando uma rotação em apenas 16 horas. A sua rápida rotação distorce a forma da estrela, achatando-a nos polos e ampliando a sua secção central.

Isto faz com que os polos da estrela aqueçam e brilhem enquanto a sua região equatorial esfria e escurece – um fenómeno chamado escurecimento gravitacional. O resultado é uma diferença de temperatura à superfície da estrela de quase 800º C.

A cada órbita, KELT-9b sofre por duas vezes toda a gama de temperaturas estelares, produzindo o que equivale a uma sequência sazonal muito peculiar. O planeta passa a “verão” quando orbita sobre cada polo e a “inverno” quando passa sobre a parte central e mais fria da estrela. Assim, KELT-9b tem dois verões e dois invernos por ano, cada estação durando aproximadamente nove horas.

“É realmente intrigante pensar como o gradiente de temperatura da estrela afeta o planeta,” disse Knicole Colón, coautora do artigo científico, também de Goddard. “Os vários níveis energéticos que recebe da sua estrela provavelmente produzem uma atmosfera extremamente dinâmica.”

A órbita polar de KELT-9b, em torno da sua estrela achatada, produz trânsitos distintamente desequilibrados. O planeta começa o seu trânsito perto dos polos brilhantes da estrela e depois bloqueia cada vez menos luz à medida que passa sobre o equador mais escuro da estrela. Esta assimetria fornece pistas sobre as mudanças de temperatura e brilho na superfície da estrela e permitiram que a equipa reconstruísse a sua forma não redonda, a sua orientação no espaço, a sua gama de temperaturas de superfície e outros factores que afetam o planeta.

“Dos sistemas planetários que estudámos através do escurecimento gravitacional, os efeitos em KELT-9b são de longe os mais espetaculares,” disse Jason Barnes, professor de física na Universidade de Idaho e coautor do artigo.

“Este trabalho ajuda a unificar o escurecimento gravitacional com outras técnicas que medem o alinhamento planetário e, em última análise, esperamos que revelem segredos sobre a formação e sobre a história evolutiva dos planetas em torno de estrelas de massa elevada.”