Astrônomos da Universidade de Chicago, nos EUA, usaram dois satélites diferentes de detecção de exoplanetas para resolver um mistério cósmico e revelar uma rara família de seis planetas localizados a cerca de 100 anos-luz da Terra.
A descoberta pode ajudar os cientistas a desvendar os segredos da formação planetária. Os seis exoplanetas orbitam uma estrela brilhante semelhante ao Sol chamada HD110067, localizada na constelação de Coma Berenices, no céu setentrional.
Maiores que a Terra, mas menores que Netuno, os exoplanetas pertencem a uma classe pouco compreendida chamada sub-Netuno, comumente encontrada em órbita de estrelas semelhantes ao Sol na Via Láctea. E os planetas, rotulados de B a G, giram em torno da estrela numa dança celestial conhecida como ressonância orbital.
Existem padrões para discernir à medida que os planetas completam as suas órbitas e exercem forças gravitacionais uns sobre os outros, de acordo com um estudo publicado quarta-feira na revista Nature. Para cada seis órbitas completadas pelo planeta B, o planeta mais próximo da estrela, o planeta mais externo g completa uma.
Enquanto o planeta C dá três voltas ao redor da estrela, o planeta d dá duas, e quando o planeta e completa quatro órbitas, o planeta F dá três.
Este ritmo harmônico cria uma cadeia ressonante, com todos os seis planetas se alinhando a cada poucas órbitas.
O que torna esta família planetária uma descoberta incomum é que pouco mudou desde que o sistema se formou, há mais de mil milhões de anos, e a revelação pode lançar luz sobre a evolução dos planetas e a origem dos sub-Netunos predominantes na nossa galáxia natal.
Detectando um mistério
Os pesquisadores notaram o sistema estelar pela primeira vez em 2020, quando o Transiting Exoplanet Survey Satellite, ou TESS, da NASA, detectou quedas no brilho de HD110067. Uma queda na luz estelar sugere frequentemente a presença de um planeta que está a passar entre a sua estrela hospedeira e um satélite observador à medida que o planeta viaja ao longo do seu caminho orbital.
A detecção destas quedas na luminosidade, conhecida como método de trânsito, é uma das principais estratégias utilizadas pelos cientistas para identificar exoplanetas através de telescópios terrestres e espaciais.
Os astrônomos determinaram os períodos orbitais de dois planetas ao redor da estrela a partir dos dados de 2020. Dois anos depois, o TESS observou a estrela novamente e as evidências sugeriram diferentes períodos orbitais para esses planetas.
Quando os conjuntos de dados não bateram, o astrônomo e principal autor do estudo, Rafael Luque, e alguns de seus colegas decidiram dar uma nova olhada na estrela usando um satélite diferente – o Satélite ExOPlanet, ou Cheops, característico da Agência Espacial Europeia. Enquanto o TESS é usado para observar frações do céu noturno em observações curtas, o Cheops observa uma estrela de cada vez.
“Fomos à procura de sinais entre todos os períodos potenciais que esses planetas poderiam ter”, disse Luque, pós-doutorado no departamento de astronomia e astrofísica da Universidade de Chicago.
Os dados coletados por Cheops ajudaram a equipe a resolver a “história de detetive” iniciada pelo TESS, disse ele. Quéops conseguiu determinar a presença de um terceiro planeta no sistema, o que foi crucial para confirmar os períodos orbitais dos outros dois planetas, bem como a sua ressonância rítmica.
À medida que a equipa comparava o resto dos dados inexplicáveis do TESS com as observações de Quéops, descobriram os outros três planetas que orbitam a estrela. Observações de acompanhamento com telescópios terrestres confirmaram a presença dos planetas.
O tempo dedicado que Cheops passou a observar a estrela ajudou os astrónomos a resolver os sinais mistos dos dados do TESS para determinar quantos planetas se cruzavam em frente da estrela e a ressonância das suas órbitas.
“Quéops nos deu esta configuração ressonante que nos permitiu prever todos os outros períodos. Sem essa detecção de Quéops, teria sido impossível”, disse Luque.
O planeta mais próximo leva pouco mais de nove dias terrestres para completar uma órbita ao redor da estrela, e o mais distante leva cerca de 55 dias. Todos os planetas têm revoluções mais rápidas em torno da sua estrela do que Mercúrio, que leva 88 dias para completar uma volta ao redor do Sol.
Dado o quão próximos estão de HD110067, os planetas provavelmente têm temperaturas médias alucinantes semelhantes a Mercúrio e Vênus, variando entre 332 graus Fahrenheit e 980 graus Fahrenheit (167 graus Celsius e 527 graus Celsius).
Por que o ritmo planetário é importante
A formação de sistemas planetários, como o nosso próprio sistema solar, pode ser um processo violento. Embora os astrônomos acreditem que os planetas tendem a se formar inicialmente em ressonância em torno das estrelas, a influência gravitacional de planetas massivos, um arranhão com uma estrela que passa ou uma colisão com outro corpo celeste pode perturbar o equilíbrio harmônico.
A maioria dos sistemas planetários não está em ressonância, e aqueles com múltiplos planetas que preservaram suas órbitas rítmicas iniciais são raros, razão pela qual os astrônomos querem estudar detalhadamente HD110067 e seus planetas como um “fóssil raro”, disse Luque.
“Acreditamos que apenas cerca de um por cento de todos os sistemas permanecem em ressonância”, disse Luque em comunicado. “Nos mostra a configuração original de um sistema planetário que sobreviveu intocado.”
A descoberta é a segunda vez que Quéops ajuda a revelar um sistema planetário com ressonância orbital. O primeiro, conhecido como TOI-178, foi anunciado em 2021.
“Como afirma a nossa equipa científica: Quéops está a fazer com que descobertas notáveis pareçam comuns. Dos apenas três sistemas ressonantes de seis planetas conhecidos, este é agora o segundo encontrado pelo Cheops, e em apenas três anos de operações,” disse Maximilian Günther, cientista do projecto Cheops da ESA, num comunicado.
Um alvo de observação perfeito
O sistema também pode ser usado para estudar como os sub-Netunos se formam, disseram os autores do estudo.
Embora os sub-Netunos sejam comuns na Via Láctea, eles não existem em nosso próprio sistema solar. E há pouco acordo entre os astrónomos sobre como estes planetas se formam e do que são feitos – portanto, um sistema completo composto por sub-Neptunos poderia ajudar os cientistas a determinar mais sobre a sua origem, disse Luque.
Muitos exoplanetas foram encontrados orbitando estrelas anãs que são muito mais frias e menores que o nosso Sol, como o famoso sistema TRAPPIST-1 e seus sete planetas, anunciado em 2017. Embora o sistema TRAPPIST-1 também tenha uma cadeia ressonante, a fraqueza de a estrela hospedeira dificulta as observações.
Mas HD110067, que tem 80% da massa do nosso Sol, é a estrela mais brilhante conhecida com mais de quatro planetas em órbita, por isso observar o sistema é muito mais fácil.
As detecções iniciais da massa dos planetas sugerem que alguns deles têm atmosferas inchadas e ricas em hidrogénio, o que os torna alvos ideais de estudo para o Telescópio Espacial James Webb. À medida que a luz das estrelas é filtrada pelas atmosferas dos planetas, Webb pode ser usado para determinar a composição de cada mundo.
“Os planetas sub-Netuno do sistema HD110067 parecem ter massas baixas, sugerindo que podem ser ricos em gás ou água. Observações futuras, por exemplo com o Telescópio Espacial James Webb, destas atmosferas planetárias poderão determinar se os planetas têm estruturas interiores rochosas ou ricas em água,” disse a co-autora do estudo Jo Ann Egger, estudante de doutoramento em astrofísica na Universidade de Berna, na Suíça. em um comunicado.
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