Os astrónomos detectaram um exoplaneta com uma órbita altamente oblonga que sofre grandes oscilações de temperatura - e pode estar a transitar para outro tipo de mundo.
O exoplaneta, chamado TIC 241249530 b, orbita uma estrela a cerca de 1.100 anos-luz da Terra. A estrela faz parte de um par binário, pelo que o planeta orbita a estrela primária, enquanto a estrela primária orbita uma estrela secundária.
As interacções entre as duas estrelas, que têm uma órbita desalinhada, podem ser responsáveis por colocar este planeta no caminho para se tornar um “Júpiter quente”, referem os investigadores num estudo publicado na quarta-feira na revista Nature.
Os astrónomos já encontraram mais de 5600 exoplanetas confirmados, e 300 a 500 deles são “Júpiteres quentes”. Estes planetas são corpos gasosos maciços semelhantes a Júpiter que orbitam de perto as suas estrelas hospedeiras, o que os aquece a temperaturas escaldantes.
Enquanto Júpiter demora 4.000 dias terrestres a completar uma órbita em torno do Sol, os Júpiteres quentes completam uma órbita em cada poucos dias.
Os cientistas acreditam que os grandes planetas começam por orbitar as suas estrelas à distância, mas migram para mais perto com o tempo. Mas há muito que se questionam como é que os mundos maciços acabam em órbitas tão apertadas, que estão muito mais próximas das suas estrelas do que Mercúrio está do nosso Sol.
As observações de TIC 241249530 b, captadas pela primeira vez pelo satélite TESS, da NASA, em janeiro de 2020, oferecem uma visão rara e reveladora do que poderá ser um planeta a caminho de se tornar um Júpiter quente.
“Os astrónomos têm procurado exoplanetas que são provavelmente precursores de Júpiteres quentes, ou que são produtos intermédios do processo de migração, há mais de duas décadas, por isso fiquei muito surpreendido - e entusiasmado - por encontrar um”, disse o autor principal do estudo, Arvind Gupta, investigador de pós-doutoramento do NOIRLab que descobriu o planeta como estudante de doutoramento na Penn State, em comunicado.
Detetar um mundo em mudança
A 12 de janeiro de 2020, o satélite TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) recolheu dados que sugerem que algo estava a passar em frente da estrela hospedeira TIC 241249530. O TESS monitoriza o brilho de estrelas próximas para procurar falhas na luz estelar que possam indicar a presença de exoplanetas.
Gupta e os seus colegas seguiram os dados e determinaram que um planeta do tamanho de Júpiter estava a passar em frente da estrela. Depois, fizeram medições usando instrumentos do Telescópio WIYN de 3,5 metros no Observatório Nacional de Kitt Peak, no Arizona, para determinar a velocidade radial da estrela, ou seja, o quanto a estrela oscila para trás e para a frente à medida que a gravidade do planeta puxa a estrela.
Os dados da velocidade radial também confirmaram a presença do mesmo planeta e ajudaram os investigadores a esclarecer que era cerca de cinco vezes mais maciço do que Júpiter e tinha aquilo a que os astrónomos chamam uma órbita altamente excêntrica.
Os astrónomos usam “excêntrico” para se referirem à forma da órbita de um planeta numa escala de zero a 1. Zero equivale a uma órbita perfeitamente circular. No nosso sistema solar, a Terra tem uma excentricidade de 0,02, enquanto a órbita altamente ovalada de Plutão em torno do Sol é considerada 0,25.
O exoplaneta recém-descoberto tem uma excentricidade de 0,94, que é mais oblonga do que qualquer outro exoplaneta em trânsito que os astrónomos já encontraram, de acordo com os investigadores. O estranho mundo demora cerca de seis meses a completar uma órbita em torno da estrela hospedeira, aproximando-se muito da estrela antes de se afastar e voltar a uma órbita estreita e oval, com uma forma semelhante à de um pepino.
“Apanhámos este planeta maciço a fazer uma curva apertada durante a sua passagem próxima da estrela”, disse o coautor do estudo Suvrath Mahadevan, o Professor de Astronomia Verne M. Willaman da Penn State, num comunicado. “Estes planetas de trânsito altamente excêntricos são incrivelmente raros - e é realmente espantoso que tenhamos sido capazes de descobrir o mais excêntrico”.
O planeta está a apenas 3 milhões de quilómetros da sua estrela, mais de 10 vezes mais perto da estrela do que Mercúrio está do Sol. Para referência, Mercúrio está localizado a uma distância média de 36 milhões de milhas (58 milhões de quilómetros) do Sol, de acordo com a NASA.
A órbita extrema provoca “enormes oscilações de temperatura” ao longo do ano no planeta, disse o coautor do estudo Jason Wright, professor de astronomia e astrofísica na Penn State.
“A temperatura no topo das nuvens fica suficientemente quente para derreter titânio durante os poucos dias em que passa a gritar pela estrela”, disse Wright por correio eletrónico. “Durante a maior parte da sua órbita, está mais afastado, e no seu ponto mais distante a temperatura diurna no topo das nuvens é como um dia quente de verão na Terra.”
A equipa de investigação também descobriu que o planeta está a orbitar para trás ou a mover-se na direção oposta quando comparado com a rotação da sua estrela - uma ocorrência rara que não foi vista na maioria dos exoplanetas e que não acontece no nosso sistema solar.
Todas as peculiaridades observadas no TIC 241249530 b estão a ajudar os astrónomos a compreender como o planeta se formou.
“Apesar de não podermos exatamente carregar no botão de rebobinar e ver o processo de migração planetária em tempo real, este exoplaneta serve como uma espécie de fotografia do processo de migração,” disse Gupta. “Planetas como este são difíceis de encontrar e esperamos que nos possam ajudar a desvendar a história da formação de Júpiter quente.”
Uma “dança de órbitas
A equipa fez simulações para determinar como o planeta pode ter acabado numa órbita tão invulgar e como pode evoluir ao longo do tempo. As simulações incluíram a modelação das interacções gravitacionais entre TIC 241249530 b e a sua estrela hospedeira, bem como a estrela secundária.
A equipa de investigação estimou que o planeta provavelmente se formou longe da estrela hospedeira e começou numa órbita larga e circular semelhante à de Júpiter. Mas a estrela hospedeira tem uma órbita desalinhada com a segunda estrela, o que exerceu forças gravitacionais sobre o planeta e esticou a sua órbita, disseram os investigadores.
“Ao longo de muitas órbitas, a influência gravitacional dessa estrela exterior alterou a órbita de TIC 241249530 b, tornando-a cada vez mais alongada”, disse Wright.
A cada passagem da estrela hospedeira, a órbita do planeta perde energia, pelo que os astrónomos estimam que, em centenas de milhões de anos, a órbita encolherá e estabilizará para durar apenas alguns dias, em vez dos 167 dias que demora atualmente.
Nessa altura, o planeta tornar-se-á um verdadeiro Júpiter quente, disse a coautora do estudo Sarah Millholland, professora assistente de física no Instituto Kavli de Astrofísica e Investigação Espacial do Instituto de Tecnologia de Massachusetts.
“É um processo bastante extremo, na medida em que as alterações na órbita do planeta são enormes”, disse Millholland. “É uma grande dança de órbitas que está a acontecer ao longo de milhares de milhões de anos, e o planeta está apenas a acompanhar o processo”.
Júpiteres quentes gémeos
Antes de TIC 241249530 b, o único outro Júpiter quente primitivo conhecido era um exoplaneta chamado HD 80606 b, descoberto em 2001. HD 80606 b foi considerado o planeta com a órbita mais excêntrica até à recente descoberta.
O HD 80606 b tem uma excentricidade de 0,93 e uma órbita mais curta, de 111 dias, e orbita na mesma direção da sua estrela. Mas, de resto, os planetas são praticamente gémeos, disse Wright. Encontrar dois planetas numa fase tão breve da evolução orbital planetária é como “encontrar uma borboleta no momento em que a sua crisálida se abre”, disse ele.
A descoberta de um segundo precursor de Júpiter quente está a ajudar os astrónomos a confirmar a ideia de que os gigantes gasosos de elevada massa se transformam em Júpiteres quentes à medida que migram de órbitas excêntricas para circulares, disseram os investigadores.
A equipa espera observar o TIC 241249530 b com o Telescópio Espacial James Webb para descobrir a dinâmica da sua atmosfera e ver como reage a um aquecimento tão rápido. E a procura continua por mais planetas como estes que se transformam em Júpiteres quentes.
“Este sistema realça a incrível diversidade que os exoplanetas podem ter”, disse Millholland. “São outros mundos misteriosos que podem ter órbitas selvagens que contam a história de como chegaram até aqui e para onde vão. No caso deste planeta, ainda não terminou a sua viagem”.
