Observados dois planetas a crescer em torno de uma jovem estrela

Os astrónomos fotografaram diretamente dois exoplanetas que esculpem, gravitacionalmente, uma grande divisão dentro de um disco de formação planetária em redor de uma jovem estrela.

Embora já tenham sido observados diretamente mais de uma dúzia de exoplanetas, este é apenas o segundo sistema multiplanetário a ser fotografado (o primeiro foi um sistema com quatro planetas em órbita da estrela HR 8799). Ao contrário de HR 8799, os planetas neste sistema ainda estão a crescer a partir da acreção de material do disco.

“Esta é a primeira deteção inequívoca de um sistema com dois planetas que criam uma lacuna no disco,” comenta Julien Girard do STScI (Space Telescope Science Institute) em Baltimore, no estado norte-americano de Maryland.

A estrela hospedeira, conhecida como PDS 70, está a cerca de 370 anos-luz da Terra. A jovem estrela com 6 milhões de anos é um pouco mais pequena e menos massiva que o Sol e ainda está a acumular gás. É rodeada por um disco de gás e poeira que tem uma grande abertura que se estende de mais ou menos 3 a 6,1 mil milhões de quilómetros.

PDS 70 b, o planeta mais interior conhecido, está localizado dentro da divisão do disco a uma distância de aproximadamente 3,2 mil milhões de quilómetros da sua estrela, equivalente à órbita de Úrano no nosso Sistema Solar. A equipa estima que tenha uma massa 4 a 17 vezes superior à de Júpiter. Foi detetado pela primeira vez em 2018.

PDS 70 c, o planeta recém-descoberto, está localizado perto da orla externa da lacuna do disco, a cerca de 5,3 mil milhões de quilómetros da estrela, parecida à distância de Neptuno ao Sol. É menos massivo do que o planeta b, entre uma e dez vezes a massa de Júpiter. As duas órbitas planetárias estão perto de uma ressonância de 2 para 1, o que significa que o planeta interior orbita a estrela duas vezes no tempo que leva o planeta mais exterior a completar uma órbita.

A descoberta destes dois mundos é importante porque fornece evidências diretas de que a formação de planetas pode varrer material suficiente de um disco protoplanetário para criar uma lacuna observável.

“Com instalações como o ALMA, Hubble ou grandes telescópios óticos terrestres com óticas adaptativas, vemos discos com anéis e lacunas por toda a parte. A questão ainda em aberto é: existem aí planetas? Neste caso, a resposta é sim,” explicou Girard.

A equipa detetou PDS 70 c a partir do solo, usando o espectrógrafo MUSE acoplado ao VLT (Very Large Telescope) do ESO. A sua nova técnica depende da combinação da alta resolução espacial fornecida pelo telescópio de metros, equipado com quatro lasers, e da resolução espectral média do instrumento que permite cingir-se à luz emitida pelo hidrogénio, que é um sinal de acreção de gás.

“Este novo modo de observação foi desenvolvido para estudar galáxias e enxames estelares a uma maior resolução espacial. Mas este novo modo também é adequado para fotografar exoplanetas, que não foi de todo o objetivo principal científico do instrumento MUSE,” explicou Sebastiaan Haffert do Observatório de Leiden, autor principal do estudo.

“Ficámos muito surpresos quando encontrámos o segundo planeta,” comentou Haffert.

No futuro, o Telescópio Espacial James Webb da NASA poderá ser capaz de estudar este sistema e outros berçários planetários usando uma técnica espectral similar para se restringir a vários comprimentos de onda do hidrogénio. Isto permitirá que os cientistas possam medir a temperatura e a densidade do gás no disco, o que ajudaria a nossa compreensão do crescimento dos planetas gigantes.

O sistema também pode ser alvo da missão WFIRST, que transportará uma demonstração tecnológica de um coronógrafo de alto desempenho que pode bloquear a luz da estrela a fim de revelar a luz mais fraca do disco circundante e dos planetas que o acompanham. Estes resultados foram publicados na edição de 3 de junho da revista Nature.