Caçadores de exoplanetas gigantes: procurem discos de detritos

JPL-Caltech / NASA

Esta impressão de artista mostra um grande exoplaneta a fazer com que corpos mais pequenos colidam num disco de poeira.

Não há um mapa que mostre todos os milhares de milhões de exoplanetas que se escondem na nossa Galáxia – estão tão distantes e são tão ténues em comparação com as suas estrelas, que é difícil encontrá-los. Agora, os astrónomos à procura de novos mundos definiram um possível marcador para exoplanetas gigantes.

Um novo estudo descobriu que os exoplanetas gigantes que orbitam longe das suas estrelas são mais propensos a ser encontrados em torno de estrelas jovens que têm um disco de poeira e detritos do que aquelas sem discos.

O estudo, publicado na revista The Astronomical Journal, focou-se em planetas com mais de cinco vezes a massa de Júpiter.

Este estudo é o maior, até à data, de estrelas com discos de detritos empoeirados, e encontrou as melhores evidências, até à data, de que os planetas gigantes são responsáveis por manter esse material sob controlo.

“A nossa investigação é importante para o modo como as missões futuras vão planear quais as estrelas a observar,” afirma Tiffany Meshkat, autora principal e cientista assistente do IPAC/Caltech em Pasadena, no estado norte-americano da Califórnia.

Meshkat trabalhou neste estudo como investigadora pós-doutoral no JPL da NASA. “Muitos dos planetas já descobertos através de imagens diretas estão em sistemas com discos de detritos, e agora sabemos que a poeira pode indicar mundos por descobrir.”

Os astrónomos descobriram que a probabilidade de encontrar planetas gigantes de longo período é nove vezes superior para as estrelas com discos de detritos do que em estrelas sem discos. A estudante Martha Bryan, do Caltech, realizou a análise estatística que determinou este resultado.

Os cientistas combinaram dados de 130 sistemas estelares, compostos por uma estrela individual, com discos de detritos detetados pelo Telescópio Espacial Spitzer da NASA, e compararam-nos com 277 estrelas que parecem não hospedar discos.  Os dois grupos estelares têm entre alguns milhões e mil milhões de anos. Das 130 estrelas, 100 já tinham sido anteriormente examinadas à procura de exoplanetas.

Como parte deste estudo, os investigadores estudaram as restantes 30 com o Observatório W. M. Keck no Hawaii e com o VLT (Very Large Telescope) do ESO no Chile. Não detetaram quaisquer novos planetas nesses 30 sistemas, mas os dados adicionais ajudaram a caracterizar a abundância de planetas em sistemas com discos.

A investigação não resolve diretamente porque é que os exoplanetas gigantes causariam a formação de discos. Os autores sugerem que a enorme gravidade dos planetas gigantes faz com que corpos mais pequenos, de nome planetesimais, colidam violentamente em vez de formar planetas, e permaneçam em órbita como parte de um disco.

“É possível que não encontremos planetas pequenos nestes sistemas porque, ao início, estes corpos massivos destruíram os blocos de construção de planetas rochosos, enviando-os violentamente uns contra os outros a altas velocidades em vez de se combinarem gentilmente,” afirma o coautor Dimitri Mawet, professor associado de astronomia no Caltech e cientista de pesquisa sénior no JPL.

Por outro lado, os exoplanetas gigantes são mais fáceis de detetar do que os planetas rochosos, e é possível que existam alguns nesses sistemas onde não foram encontrados.

O nosso próprio Sistema Solar é o lar de gigantes gasosos responsáveis pela produção de “cinturas de detritos” – a cintura de asteroides entre Marte e Júpiter, esculpida por Júpiter, e a Cintura de Kuiper, esculpida por Neptuno.

Muitos dos sistemas estudados por Meshkat e Mawet também têm dois discos, mas também são muito mais jovens do que o nosso – até mil milhões de anos, em comparação com a idade atual de 4,5 mil milhões de anos do nosso. A juventude destes sistemas explica em parte porque contêm muito mais poeira – resultante das colisões de corpos pequenos – do que o nosso.

Um sistema discutido no estudo é o de Beta Pictoris, que foi fotografado diretamente com telescópios terrestres. Este sistema tem um disco de detritos, cometas e um exoplaneta confirmado. De facto, os cientistas previram a existência deste planeta bem antes de ser confirmado, com base na presença e estrutura do disco proeminente.

Num cenário diferente, a presença de duas cinturas de poeira num único disco de detritos sugere que existem, provavelmente, mais planetas no sistema cuja gravidade mantém essas cinturas, como é o caso do sistema HR 8799 que tem quatro planetas gigantes.

As forças gravitacionais dos gigantes empurram cometas na direção da estrela, evento que poderá imitar o período da história do nosso Sistema Solar há cerca de 4 mil milhões de anos conhecido como “Último Grande Bombardeamento”.

Os cientistas pensam que durante esse período a migração de Júpiter, Saturno, Úrano e Neptuno desviou poeira e corpos pequenos para as cinturas de asteroides e de Kuiper que vemos hoje. Quando o Sol era jovem, também havia muito mais poeira no nosso Sistema Solar.

“Ao mostrar aos astrónomos onde as futuras missões com o Telescópio Espacial James Webb da NASA têm as melhores hipóteses de encontrar exoplanetas gigantes, esta investigação abre caminho para futuras descobertas,” afirma Karl Stapelfeldt do JPL, cientista-chefe do Gabinete do Programa de Exploração Exoplanetária da NASA e coautor do estudo.

// CCVAlg

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