Um ano neste planeta gigante e escaldante dura apenas 16 horas

Investigadores encontraram um planeta gigante onde um ano dura apenas 16 horas. O planeta está à distância de 2,4 milhões de quilómetros.

A busca por planetas para lá do nosso Sistema Solar revelou mais de 4000 mundos distantes em órbita de estrelas a milhares de anos-luz da Terra. Estes exoplanetas são muito diversificados, desde super-Terras rochosas, passando por Neptunos em miniatura e até gigantes gasosos colossais.

Entre os planetas mais intrigantes descobertos até à data estão os “Júpiteres quentes” – enormes bolas de gás com o tamanho do nosso planeta joviano, mas que giram em torno das suas estrelas hospedeiras em menos de 10 dias, em contraste com a lenta órbita de 12 anos de Júpiter. Os cientistas descobriram até ao momento cerca de 400 Júpiteres quentes. Mas a origem exata destes pesos-pesados velozes continua a ser um dos maiores mistérios não resolvidos da ciência planetária.

Agora, astrónomos descobriram um dos Júpiteres ultraquentes mais extremos – um gigante gasoso com cerca de cinco vezes a massa de Júpiter e que completa uma órbita em torno da sua estrela em apenas 16 horas. Esta é a órbita mais curta de qualquer gigante gasoso conhecido até hoje.

Devido à sua órbita extremamente íntima e proximidade à estrela, o lado diurno do planeta tem uma temperatura estimada em cerca de 3500 K – quase tão quente quanto uma pequena estrela. Isto torna o planeta, designado TOI-2109b, o segundo mais quente já detetado.

A julgar pelas suas propriedades, os astrónomos pensam que TOI-2109b está no processo de “decaimento orbital”, ou a espiralar para a sua estrela, como água que gira no ralo. A sua órbita extremamente curta fará com que o planeta espirale em direção à sua estrela mais depressa que outros Júpiteres quentes.

A descoberta, que foi feita inicialmente pelo TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) da NASA, fornece uma oportunidade única para os astrónomos estudarem como os planetas se comportam quando são atraídos e engolidos pela sua estrela.

“Daqui a um ou dois anos, se tivermos sorte, poderemos detetar como o planeta se aproxima da sua estrela,” diz Ian Wong, autor principal da descoberta, pós-doutorado no MIT (Massachusetts Institute of Technology) durante o estudo e que desde então se mudou para o Centro de Voo Espacial Goddard da NASA. “Enquanto formos vivos, não vamos ver o planeta cair na estrela. Mas talvez este planeta desapareça daqui a 10 milhões de anos.”

A descoberta foi publicada na revista The Astronomical Journal e é o resultado do trabalho de uma grande colaboração que inclui membros da equipa científica do TESS no MIT e investigadores de todo o mundo.

Rastreamento do trânsito

No dia 13 de maio de 2020, o TESS da NASA começou a observar TOI-2109, uma estrela localizada na porção sul da constelação de Hércules, a cerca de 855 anos-luz da Terra. A estrela foi identificada pela missão como o “Objeto de Interesse TESS” (em inglês “TESS Object of Interest”, ou TOI) n.º 2109, devido à possibilidade de hospedar um planeta em órbita.

Ao longo de quase um mês, a nave recolheu medições da luz estelar, que a equipa científica do TESS então analisou em busca de trânsitos – quedas periódicas na luz das estrelas que podem indicar um planeta a passar em frente e a bloquear uma pequena fração da sua luz. Os dados da missão TESS confirmaram que a estrela, de facto, hospeda um objeto que transita a cada 16 horas.

A equipa notificou a comunidade astronómica em geral e, logo depois, vários telescópios terrestres fizeram o acompanhamento durante o ano seguinte para observar a estrela mais de perto numa gama ampla de frequências. Estas observações, combinadas com a deteção inicial do TESS, confirmaram o objeto em trânsito como um planeta em órbita, que foi designado TOI-2109b.

“Tudo era consistente com o facto de ser um planeta, e percebemos que tínhamos algo muito interessante e relativamente raro”, diz o coautor do estudo Avi Shporer, investigador do Instituto Kavli para Astrofísica e Investigação Espacial do MIT.

Dia e noite

Ao analisar medições em vários comprimentos de onda óticos e infravermelhos, a equipa determinou que TOI-2109b é cerca de cinco vezes mais massivo que Júpiter, cerca de 35% maior e está extremamente perto da sua estrela-mãe, a uma distância de 2,4 milhões de quilómetros. Mercúrio, em comparação, está a cerca de 58 milhões de quilómetros do Sol.

Em comparação com o nosso Sol, a estrela deste planeta é cerca de 50% maior em tamanho e massa. A partir das propriedades observadas do sistema, os investigadores estimaram que TOI-2109b está a espiralar para a sua estrela a um ritmo de 10 a 750 milissegundos por ano – mais depressa do que qualquer Júpiter quente já observado.

Dadas as dimensões do planeta e a proximidade à sua estrela, os cientistas determinaram que TOI-2109b é um Júpiter ultraquente, com a órbita mais curta de qualquer gigante gasoso conhecido. Tal como a maioria dos Júpiteres quentes, o planeta parece ter bloqueio de marés, com um lado sempre virado para a estrela e o outro em escuridão perpétua, semelhante à Lua em relação à Terra.

A partir das observações de um mês pelo TESS, a equipa foi capaz de testemunhar a variação do brilho do planeta enquanto gira em torno do seu eixo. Ao observar o planeta a passar por trás da sua estrela (conhecido como eclipse secundário) tanto no ótico como no infravermelho, os investigadores estimaram que o lado diurno atinge temperaturas de mais de 3500 K.

“Entretanto, brilho do lado noturno do planeta está abaixo da sensibilidade dos dados do TESS, o que levanta questões sobre o que realmente está a acontecer lá,” diz Shporer. “Será que a temperatura aí é demasiado fria, ou será que o planeta de alguma forma ‘captura’ calor do lado diurno e transfere-o para o lado noturno? Estamos apenas a começar a tentar responder a esta pergunta para estes Júpiteres ultraquentes.”

Os investigadores esperam observar TOI-2109b com ferramentas mais poderosas no futuro próximo, incluindo com o Telescópio Espacial Hubble e com o Telescópio Espacial James Webb, a ser lançado em breve. Observações mais detalhadas podem iluminar as condições pelas quais os Júpiteres quentes passam ao caírem para a sua estrela.

Os Júpiteres ultraquentes, como TOI-2109b, constituem a subclasse mais extrema de exoplaneta,” diz Wong. “Nós apenas começámos a entender alguns dos processos físicos e químicos únicos que ocorrem nas suas atmosferas – processos que não têm análogos no nosso próprio Sistema Solar.”

Observações futuras de TOI-2109b também podem revelar pistas de como estes sistemas estonteantes surgiram. “Desde o início da ciência exoplanetária que os Júpiteres quentes têm sido vistos como estranhos,” realça Shporer. “Como é que um planeta tão massivo e grande quanto Júpiter atinge uma órbita que dura apenas alguns dias? Não temos nada parecido no nosso Sistema Solar e vemos isto como uma oportunidade de estudá-los e de ajudar a explicar a sua existência.”