Descoberto planeta raro que orbita de trás para a frente

Usando o telescópio WIYN de 3,5 metros do Observatório Nacional de Kitt Peak, os astrónomos descobriram a órbita extrema de um exoplaneta que está a caminho de se tornar num Júpiter quente.

Este exoplaneta não só segue uma das órbitas mais drasticamente esticadas de todos os exoplanetas em trânsito conhecidos, como também está a orbitar a sua estrela de trás para a frente, o que permite compreender o mistério da evolução dos Júpiteres quentes.

Atualmente, existem mais de 7000 exoplanetas confirmados em quase 5000 sistemas estelares.

Dentro desta população, algumas centenas pertencem à curiosa classe conhecida como Júpiteres quentes – exoplanetas grandes, semelhantes a Júpiter, que orbitam muito perto da sua estrela, alguns até tão perto quanto Mercúrio está do nosso Sol.

Como é que os Júpiteres quentes acabam em órbitas tão próximas é ainda um mistério, mas os astrónomos postulam que começam em órbitas distantes da sua estrela e depois migram para o interior ao longo do tempo.

As fases iniciais deste processo raramente foram observadas, mas com esta nova análise de um exoplaneta com uma órbita invulgar, os astrónomos estão um passo mais perto de desvendar o mistério dos Júpiteres quentes.

A descoberta deste exoplaneta, denominado TIC 241249530 b, teve origem na deteção pelo TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) da NASA, em janeiro de 2020, de uma queda no brilho de uma estrela consistente com a passagem de um único planeta do tamanho de Júpiter à sua frente, ou em trânsito.

Para confirmar a natureza destas flutuações e eliminar outras causas possíveis, uma equipa de astrónomos utilizou dois instrumentos no telescópio WIYN de 3,5 metros do Observatório Nacional de Kitt Peak, um programa do NOIRLab (National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory) da NSF (National Science Foundation) dos EUA.

A equipa começou por utilizar o NESSI (NN-EXPLORE Exoplanet and Stellar Speckle Imager), , numa técnica que ajuda a “congelar” a cintilação atmosférica e a eliminar quaisquer fontes estranhas que possam confundir a fonte do sinal.

Depois, usando o espetrógrafo NEID (NN-EXPLORE Exoplanet Investigations with Doppler Spectroscopy), a equipa mediu a velocidade radial de TIC 241249530 b observando cuidadosamente como o espetro da sua estrela hospedeira, ou os comprimentos de onda da sua luz emitida, se alteravam em resultado do exoplaneta que a orbitava.

Arvind Gupta, investigador de pós-doutoramento do NOIRLab e autor principal do artigo científico publicado na revista Nature, elogiou o NESSI e o NEID como sendo fundamentais para os esforços da equipa para caracterizar e confirmar o sinal do exoplaneta.

“O NESSI deu-nos uma visão mais nítida da estrela do que teria sido possível de outra forma, e o NEID mediu com precisão o espetro da estrela para detetar mudanças em resposta à órbita do exoplaneta”, explicou Gupta.

O astrónomo salientou particularmente a flexibilidade única da estrutura de programação de observações do NEID, uma vez que permite uma adaptação rápida do plano de observação da equipa em resposta a novos dados.

“O telescópio WIYN está a desempenhar um papel crucial para nos ajudar a compreender porque é que os planetas encontrados noutros sistemas solares podem ser tão diferentes de sistema para sistema”, disse Chris Davis da NSF, diretor do programa NOIRLab da NSF.

“A colaboração entre a NSF e a NASA no programa NN-EXPLORE continua a produzir resultados impressionantes na investigação de exoplanetas”, acrescentou.

A análise detalhada do espetro confirmou que o exoplaneta é aproximadamente cinco vezes mais massivo do que Júpiter. O espetro também revelou que o exoplaneta está a orbitar ao longo de uma trajetória extremamente excêntrica, ou esticada.

A excentricidade da órbita de um planeta é medida numa escala de 0 a 1, sendo 0 uma órbita perfeitamente circular e 1 uma órbita altamente elíptica.

Este exoplaneta tem uma excentricidade orbital de 0,94, o que o torna mais excêntrico do que a órbita de qualquer outro exoplaneta já encontrado através do método de trânsito (existe um outro exoplaneta com uma excentricidade superior, HD 20782 b com 0,956, mas não transita a sua estrela).

Para comparação, a órbita altamente elíptica de Plutão em torno do Sol tem uma excentricidade de 0,25; a excentricidade da Terra é de 0,02.

Se este planeta fizesse parte do nosso Sistema Solar, a sua órbita estender-se-ia desde a maior aproximação, dez vezes mais perto do Sol do que Mercúrio, até à sua posição mais longínqua, à distância da Terra.

Esta órbita extrema faria com que as temperaturas no planeta variassem entre as de um dia de verão e as suficientemente quentes para derreter titânio.

Para aumentar a natureza invulgar da órbita do exoplaneta, a equipa também descobriu que está a orbitar para trás, ou seja, numa direção oposta à rotação da sua estrela hospedeira.

Isto não é algo que os astrónomos observem na maior parte dos outros exoplanetas, nem no nosso próprio Sistema Solar, e ajuda a informar a interpretação da equipa sobre a história de formação do exoplaneta.

As características orbitais únicas do exoplaneta também sugerem a sua trajetória futura. Espera-se que a sua órbita inicial altamente excêntrica e a sua aproximação extremamente íntima à estrela hospedeira “circularizem” a órbita do planeta, uma vez que as forças de maré no planeta retiram energia da órbita e fazem com que esta diminua gradualmente e se torne mais circular.

A descoberta deste exoplaneta antes desta migração ter tido lugar tem muito valor, uma vez que dá uma visão crucial sobre a forma como os Júpiteres quentes se formam, estabilizam e evoluem ao longo do tempo.

“Apesar de não podermos exatamente carregar no botão de rebobinar para ver o processo de migração planetária em tempo real, este exoplaneta serve como uma espécie de instantâneo do processo de migração,” disse Gupta.

“Planetas como este são incrivelmente raros e difíceis de encontrar, e esperamos que nos possam ajudar a desvendar a história da formação dos Júpiteres quentes”, acrescentou.

“Estamos especialmente interessados no que podemos aprender sobre a dinâmica da atmosfera deste planeta depois de fazer uma das suas passagens escaldantes pela sua estrela”, disse Jason Wright, professor de astronomia e astrofísica da Universidade do Estado da Pensilvânia, que supervisionou o projeto enquanto Gupta era estudante de doutoramento na mesma universidade.

“Telescópios como o Telescópio Espacial James Webb da NASA têm a sensibilidade necessária para sondar as alterações na atmosfera do exoplaneta recém-descoberto à medida que este sofre um rápido aquecimento, pelo que ainda há muito mais para a equipa aprender sobre o exoplaneta”, acrescentou.

TIC 241249530 b é apenas o segundo exoplaneta já descoberto a demonstrar a fase de pré-migração de um Júpiter quente. Juntos, estes dois exemplos afirmam observacionalmente a ideia de que os gigantes gasosos de maior massa evoluem para se tornarem Júpiteres quentes à medida que migram de órbitas altamente excêntricas para órbitas mais estreitas e circulares.

“Os astrónomos têm procurado exoplanetas que sejam precursores de Júpiteres quentes, ou que sejam produtos intermédios do processo de migração, há mais de duas décadas, por isso fiquei muito surpreendido – e entusiasmado – por encontrar um”, disse Gupta. “É exatamente o que eu esperava encontrar“.