A retração de um exoplaneta

De acordo com um novo estudo do observatório de raios X Chandra da NASA, um planeta bebê está diminuindo do tamanho de Júpiter, com uma atmosfera espessa, para um mundo pequeno e estéril.

© NASA (exoplaneta perdendo sua atmosfera)

Esta transformação está acontecendo à medida que a estrela hospedeira libera uma avalanche de raios X que está destruindo a atmosfera do jovem planeta a um ritmo descomunal.

O planeta, denominado TOI 1227 b, orbita uma estrela anã vermelha situada a cerca de 330 anos-luz da Terra. O TOI 1227 b está muito perto da sua estrela, a menos de 20% da distância a que Mercúrio orbita o Sol.

O novo estudo mostra que este exoplaneta tem apenas 8 milhões de anos. Em comparação, a Terra tem cerca de 4,5 bilhões de anos, ou seja, mais de 500 vezes mais velha. Este fato faz dele o segundo planeta mais jovem alguma vez observado a passar em frente da sua estrela hospedeira. Anteriormente, outros cientistas estimaram que o planeta tinha cerca de 11 milhões de anos.

Pesquisadores descobriram que os raios X da sua estrela estão bombardeando TOI 1227 b e rasgando a sua atmosfera a um ritmo tal que o planeta a perderá completamente dentro de cerca de um bilhão de anos. Neste momento, o planeta terá perdido uma massa total equivalente a cerca de duas massas terrestres, contra a atual massa de 17 vezes a da Terra.

A existência de vida é provavelmente impossível em TOI 1227 b, quer atualmente quer no futuro. O planeta está demasiado próximo da sua estrela para se enquadrar em qualquer definição de "zona habitável". A estrela que abriga TOI 1227 b, de nome TOI 1227, tem apenas cerca de um-décimo da massa do Sol e é muito mais fria e tênue no visível. No entanto, em raios X, TOI 1227 é mais brilhante do que o Sol. A massa de TOI 1227 b, embora não seja bem conhecida, é provavelmente semelhante à de Netuno, mas o seu diâmetro é três vezes maior do que o de Netuno, o que o torna semelhante em tamanho a Júpiter.

A equipe usou novos dados do Chandra para medir a quantidade de raios X da estrela que atingem o planeta. Usando modelos de computador dos efeitos destes raios X, concluíram que terão um efeito transformador, destruindo rapidamente a atmosfera do planeta. Estimam que o planeta está perdendo uma massa equivalente a uma atmosfera terrestre completa a cada 200 anos. O TOI 1227 b pode encolher para cerca de um-décimo do seu tamanho atual e perderá mais de 10% cento da sua massa.

Os pesquisadores utilizaram diferentes conjuntos de dados para estimar a idade de TOI 1227 b. Um método explorou medições do modo como a estrela hospedeira de TOI 1227 b se move no espaço, em comparação com populações próximas de estrelas com idades conhecidas. Um segundo método comparou o brilho e a temperatura da superfície da estrela com modelos teóricos de estrelas em evolução. De todos os exoplanetas que os astrônomos encontraram com idades inferiores a 50 milhões de anos, TOI 1227 b destaca-se por ter o ano mais longo e a massa mais baixa.

O artigo científico que descreve estes resultados foi aceito para publicação no periódico The Astrophysical Journal.

Fonte: Harvard–Smithsonian Center for Astrophysics

Nova abordagem na exploração de surtos estelares

Astrônomos há muito tempo procuram compreender o intenso comportamento das coroas das "anãs vermelhas" jovens.

© NASA (ilustração de uma ejeção de massa coronal)

As erupções massivas de plasma altamente magnetizado, designadas por ejeções de massa coronal (EMCs), constituem um grande perigo para o clima espacial, uma vez que podem corroer atmosferas planetárias ou desencadear reações químicas nocivas que podem desestabilizar biomoléculas.

As anãs vermelhas abrigam a maior parte dos exoplanetas semelhantes à Terra conhecidos, a distâncias muito mais próximas da estrela do que a distância Terra-Sol. Isto expõe estes exoplanetas a mais destas violentas erupções do que os planetas do Sistema Solar interior. A compreensão da produtividade de grandes EMCs pelas anãs vermelhas é um passo importante na identificação de plausíveis sistemas estrela-planeta que possam albergar vida.

Décadas de observações solares mostraram que grandes eventos de EMCs estão intimamente associados a três tipos distintos de surtos de rádio: tipos II, III e IV. Durante mais de uma década, os pesquisadores monitoraram jovens anãs vermelhas ativas para identificar estes tipos de explosões. Apesar de estas anãs vermelhas terem uma taxa muito elevada de fortes erupções, nunca tinham sido encontrados tipos de explosão rádio associados a EMCs.

Estas estrelas são superativas, produzindo erupções extremamente energéticas como o evento solar Carrington de 1859 muito mais frequentemente. As EMCs associadas ao Evento Carrington interromperam as transmissões telegráficas em todo o mundo e provocaram auroras perto do equador. Isto significou injeções intensas de partículas energéticas na magnetosfera da Terra, levando a fortes correntes elétricas. As erupções estão associadas a enormes reconfigurações do campo magnético na superfície. É isso que produz uma EMC. Assim, com estas estrelas altamente magnetizadas, havia um mistério: porque é que não estamos vendo quaisquer assinaturas de rádio de EMCs?

Os astrônomos compilaram um catálogo de surtos rádio solares associados a EMCs observadas simultaneamente pelas missões Wind e STEREO-A e STEREO-B da NASA. Devido às suas diferentes órbitas em torno do Sol, em qualquer data e hora, estas missões forneceram observações de rádio do mesmo evento a partir de diferentes pontos de observação. Utilizando esta informação, os pesquisadores exploraram o efeito da linha de visão para a região de atividade na detecção destas erupções. A emissão de rádio tem um efeito de feixe inerente, semelhante ao de um raio laser.

Foi descoberto que as regiões ativas têm de estar dentro de um ângulo de visão de cerca de 60 graus da missão ou haverá uma grande degradação do sinal observado, e o evento é muitas vezes indetectável com uma nave espacial desalinhada.

Foi escolhida uma estrela específica, a AD Leo, porque o seu cinturão de regiões ativas está bem alinhado com a nossa linha de visão a partir da Terra. Esta estratégia eliminou qualquer efeito do feixe de emissões que contribuísse para a não detecção. Descobriu-se em AD Leo os indícios de erupções massivas esperadas numa estrela ativa jovem (assinaturas de surtos de rádio Tipo IV e Tipo III de longa duração, normalmente associados a EMCs muito fortes no Sol).

Este é apenas o início de uma nova investigação sobre as estrelas, fornecendo um critério essencial de linha de visão para regiões ativas estelares quando se escolhem alvos de estudo, para além do simples critério da taxa de erupções.

Dois artigos foram publicados nos periódicos The Astrophysical Journal e Astronomy & Astrophysics.

Fonte: Catholic University of America

Planeta gigante em órbita de estrela minúscula

Astrônomos da Universidade de Warwick e da UCL (University College London) descobriram a menor estrela conhecida abrigando um planeta gigante em trânsito que, de acordo com as principais teorias de formação planetária, não deveria existir.

© M. Garlick (ilustração do exoplaneta TOI-6894)

A estrela TOI-6894 é como muitas outras na Via Láctea, uma pequena anã vermelha com apenas aproximadamente 20% da massa do nosso Sol. Como muitas estrelas pequenas, não se espera que forneça condições adequadas para formar e hospedar um planeta grande. No entanto, uma colaboração global de astrônomos encontrou a assinatura inconfundível de um planeta gigante, chamado TOI-6894 b, em órbita desta pequena estrela. 

Este sistema foi descoberto como parte de uma pesquisa em grande escala de dados do TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite), à procura de planetas gigantes em torno de estrelas de baixa massa. 

O planeta TOI-6894 b é um gigante gasoso de baixa densidade com um raio um pouco maior que o de Saturno, mas com apenas mais ou menos 50% da sua massa. TOI-6894 é, até à data, a estrela de menor massa a ter um planeta gigante em trânsito e tem apenas 60% do tamanho da seguinte estrela menor que hospeda um planeta deste tipo. 

A teoria mais aceita da formação de planetas é a chamada teoria da acreção do núcleo. Um núcleo planetário forma-se primeiro por acreção (acumulação gradual de material) e, à medida que o núcleo se torna mais massivo, eventualmente atrai gases que formam uma atmosfera. Depois, torna-se suficientemente massivo para entrar num processo descontrolado de acreção de gás e num gigante gasoso.

Nesta teoria, a formação de gigantes gasosos é mais difícil em torno de estrelas de baixa massa porque a quantidade de gás e poeira num disco protoplanetário em torno da estrela (a matéria-prima para a formação de planetas) é demasiado limitada para permitir a formação de um núcleo suficientemente massivo e da ocorrência do processo de acreção descontrolada. No entanto, a existência de TOI-6894 b sugere que este modelo pode não ser completamente exato e que são necessárias teorias alternativas.

Dada a massa do planeta, TOI-6894 b pode ter sido formado através de um processo intermediário de acreção do núcleo, no qual um protoplaneta se forma e acreta gás de forma constante sem que o núcleo se torne suficientemente massivo para uma acreção descontrolada de gás. Em alternativa, pode ter sido formado devido a um disco gravitacionalmente instável. Em alguns casos, o disco que rodeia a estrela torna-se instável devido à força gravitacional que exerce sobre si próprio. Estes discos podem então fragmentar-se, com o gás e a poeira colapsando para formar um planeta. 

Mas a equipe descobriu que nenhuma das teorias podia explicar completamente a formação de TOI-6894 b a partir dos dados disponíveis, o que deixa a origem deste planeta gigante, por agora, como uma questão em aberto. Um dos métodos para esclarecer o mistério da formação de TOI-6894 b é uma análise atmosférica detalhada. Ao medir a distribuição de material no interior do planeta, é possível determinar o tamanho e a estrutura do núcleo do planeta, o que pode dizer se TOI-6894 b foi formado por acreção ou por um disco instável.

Esta não é a única característica interessante da atmosfera de TOI-6894 b; é incomumente fria para um gigante gasoso. A maioria dos gigantes gasosos encontrados por caçadores exoplanetários são Júpiteres quentes, gigantes gasosos massivos com temperaturas entre 1.000 e 2.000 K. TOI-6894 b, por comparação, tem apenas 420 K. A temperatura fria, juntamente com outras características deste planeta, como trânsitos muito profundos, fazem dele um dos planetas gigantes mais promissores para realizar a caracterização de sua atmosfera.

Com base na irradiação estelar de TOI-6894 b, espera-se que a atmosfera seja dominada pela química do metano, o que é muito raro de identificar. As temperaturas são suficientemente baixas para que as observações atmosféricas possam até mostrar a presença de amoníaco, o que seria a primeira vez que tal substância seria encontrada na atmosfera de um exoplaneta.

A atmosfera de TOI-6894 b já está agendada para ser observada pelo telescópio espacial James Webb nos próximos 12 meses. Isto deverá permitir aos astrônomos determinar qual das teorias possíveis pode explicar a formação deste planeta inesperado.

Um artigo foi publicado na revista Nature Astronomy.

Fonte: University College London

Uma super-Terra na zona habitável de uma anã vermelha próxima

Astrônomos detectaram uma super-Terra orbitando na zona habitável de GJ 3998, uma anã vermelha próxima situada a 59 anos-luz de distância.

© IAC (ilustração do exoplaneta GJ 3998 d e sua estrela hospedeira)

O novo planeta, chamado GJ 3998 d, é o terceiro encontrado no sistema. O planeta recentemente descoberto possui uma massa 6 vezes superior à da Terra e completa uma órbita a cada 41,8 dias. A esta distância, GJ 3998 d recebe apenas mais 20% de irradiação estelar do que a que a Terra recebe do Sol. GJ 3998 é significativamente menor e mais fria do que o Sol, o que faz com que a zona habitável se aproxime da estrela. Embora seja certamente diferente da Terra, se o planeta for rochoso, pode ser capaz de abrigar água líquida na sua superfície.

A proximidade deste sistema ao Sol faz de GJ 3998 d um candidato atrativo para a caracterização atmosférica. Deverá ser possível verificar a presença de uma atmosfera e sondar a presença de oxigênio usando o futuro espectrógrafo ANDES do ELT (Extremely Large Telescope) do ESO. O exoplaneta GJ 3998 d seria também um bom alvo para o futuro telescópio ELF (Exo Life Finder) de 50 metros, liderado pelo IAC (Instituto de Astrofísica de Canarias), que procurará bioassinaturas em atmosferas exoplanetárias.

A descoberta faz parte do programa HADES, um esforço internacional para explorar sistemas planetários em torno de anãs vermelhas através do TNG (Telescopio Nazionale Galileo) no Observatório Roque de los Muchachos, em La Palma.

As anãs vermelhas são estrelas menores e mais frias do que o Sol, e constituem quase três-quartos da população estelar da nossa Galáxia. As suas baixas massas e abundância tornam-nas alvos privilegiados na procura de planetas de baixa massa. A GJ 3998, uma dessas anãs vermelhas, tem sido atrativa para a comunidade devido à sua proximidade e à sua atividade estelar bastante moderada. Usando o espetrógrafo HARPS-N do TNG, foi possível detectar pequenas oscilações no movimento da estrela, causadas pela atração gravitacional de planetas em órbita.

Um estudo anterior, realizado em 2016, já tinha detectado dois planetas. A presença de um sinal adicional nos dados motivou a continuação das observações e a reanálise do conjunto de dados. Com três planetas conhecidos agora detectados no sistema, GJ 3998 destaca mais uma vez como os sistemas multiplanetários são comuns.

Um artigo foi publicado no periódico Astronomy & Astrophysics. 

Fonte: Instituto de Astrofísica de Canarias

Uma anã branca e uma companheira anã vermelha

Astrônomos demonstraram que uma anã branca e uma anã vermelha, que se orbitam uma à outra de duas em duas horas, emitem pulsos de rádio.

© D. Futselaar (pulsos de rádio emitidos por interação de duas estrelas)

Graças a observações efetuadas com vários telescópios, os pesquisadores puderam, pela primeira vez, determinar com certeza a origem destes sinais. Nos últimos anos, devido a melhores técnicas de análise, foram detectados pulsos de rádio que duram entre segundos e minutos e que parecem ser originários de estrelas da Via Láctea.

Existem muitas hipóteses acerca do que desencadeia estes pulsos, mas até agora não havia evidências concretas. Um estudo descobriu pulsos provenientes de uma fonte chamada ILTJ1101. Observações com o MMT (Multiple Mirror Telescope) de 6,5 m, no estado norte-americano do Arizona, e com o Telescópio Hobby-Eberly, no Texas, mostraram que não é uma estrela que pisca, mas duas estrelas que, em conjunto, são a causa do pulso.

As duas estrelas, uma anã vermelha e uma anã branca, orbitam um centro de gravidade comum a cada 125 minutos. Estão localizadas a cerca de 1.600 anos-luz de distância na direção da constelação da Ursa Maior.

Os astrônomos pensam que a emissão de rádio é provocada pela interação da anã vermelha com o campo magnético da anã branca. No futuro, são planejados estudos para analisar a emissão ultravioleta de ILTJ1101. Isto ajudará a determinar a temperatura da anã branca e a aprender mais sobre a história das anãs brancas e vermelhas.

Por intermédio desta descoberta, sabe-se agora que as estrelas de nêutrons não têm o monopólio dos pulsos brilhantes de rádio. Nos últimos anos, cerca de dez sistemas emissores de rádio, deste tipo, foram descobertos por outros grupos de pesquisa. No entanto, estes grupos ainda não conseguiram provar se estes pulsos provêm de uma anã branca ou de uma estrela de nêutrons. Os pesquisadores estão agora verificando todos os dados do LOFAR (Low-Frequency Array) para encontrar mais pulsos de longo período.

Um artigo foi publicado na revista Nature Astronomy.

Fonte: Leiden University

Encontrado sistema planetário de estrela individual mais próxima

Usando em parte o telescópio Gemini North, os astrônomos descobriram quatro exoplanetas subterrestres em órbita da Estrela de Barnard, o sistema mais próximo da Terra composto por apenas uma estrela.

© Gemini Observatory (ilustração dos exoplanetas em torno da Estrela de Barnard)

Um dos planetas é o menos massivo alguma vez descoberto usando a técnica da velocidade radial, indicando um novo ponto de referência para a descoberta de planetas menores em torno de estrelas próximas. 

Há já um século que os astrônomos estudam a Estrela de Barnard na esperança de encontrar planetas em órbita. Descoberta pela primeira vez por Edward Emerson Barnard no Observatório Yerkes em 1916, é o sistema, com apenas uma estrela, mais próximo da Terra (o sistema Alpha Centauri é o mais próximo, mas tem três estrelas). 

A Estrela de Barnard está classificada como uma anã vermelha, que são estrelas de baixa massa que frequentemente abrigam sistemas planetários íntimos, muitas vezes com múltiplos planetas rochosos. As anãs vermelhas são extremamente numerosas no Universo. 

A equipe liderada por Jacob Bean, da Universidade de Chicago, criou o instrumento MAROON-X, concebido especificamente para procurar planetas distantes em torno de estrelas anãs vermelhas. O MAROON-X está montado no telescópio Gemini North, metade do Observatório Internacional Gemini, que é operado pelo NOIRLab (National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory). O MAROON-X procura exoplanetas usando a técnica da velocidade radial, o que significa que detecta a sutil oscilação para a frente e para trás de uma estrela, à medida que os seus exoplanetas a puxam gravitacionalmente, o que faz com que a luz emitida pela estrela se desloque ligeiramente em termos de comprimento de onda. O potente instrumento mede estas pequenas oscilações da luz com tanta precisão que até consegue determinar o número e a massa dos planetas que devem estar orbitando a estrela para produzir o efeito observado. 

Depois de calibrar e analisar rigorosamente os dados recolhidos durante 112 noites ao longo de um período de três anos, a equipe encontrou evidências sólidas da existência de três exoplanetas em torno da Estrela de Barnard, dois dos quais já tinham sido classificados como candidatos. Foram combinados também dados do MAROON-X com dados de um estudo de 2024 feito com o instrumento ESPRESSO no VLT (Very Large Telescope) do ESO, no Chile, para confirmar a existência de um quarto planeta, elevando-o também de candidato a genuíno. 

Os planetas recém-descobertos são, muito provavelmente, planetas rochosos e não planetas gasosos como Júpiter. No entanto, será difícil determinar com certeza este aspecto, uma vez que, devido ao ângulo em que os observamos da Terra, os planetas não se cruzam em frente da sua estrela, que é o método habitual para determinar a composição de um planeta. Mas com informações de planetas semelhantes em torno de outras estrelas, será possível fazer melhores estimativas da sua composição. No entanto, conseguiram excluir, com um grau de certeza razoável, a existência de outros exoplanetas com massas comparáveis à da Terra na zona habitável da Estrela de Barnard.

Os quatro planetas, cada um com apenas cerca de 20 a 30% da massa da Terra, estão tão perto da sua estrela natal que completam uma órbita numa questão de dias. O quarto planeta é o planeta menos massivo descoberto até à data usando a técnica da velocidade radial. A maioria dos planetas rochosos encontrados até agora são muito maiores do que a Terra e parecem ser bastante semelhantes em toda a Galáxia. Mas há razões para pensar que os exoplanetas menores têm composições mais variadas. À medida que os cientistas forem encontrando mais deles, poderão começar a obter mais informações sobre o modo como estes exoplanetas se formam e o que os torna suscetíveis de terem condições habitáveis.

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: Gemini Observatory

Medindo o tamanho do exoplaneta mais próximo em trânsito

O telescópio espacial Hubble mediu o tamanho do exoplaneta mais próximo da Terra que passa pela face de uma estrela vizinha.

© STScI (ilustração do exoplaneta LTT 1445Ac)

Este alinhamento, chamado trânsito, abre a porta a estudos posteriores para ver que tipo de atmosfera, se é que existe, o mundo rochoso poderá ter. O pequeno planeta, LTT 1445Ac, foi descoberto pela primeira vez pelo TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) da NASA em 2022. Mas a geometria do plano orbital do planeta em relação à sua estrela, vista da Terra, era incerta porque o TESS não tem a resolução óptica necessária. Isto significa que a detecção pode ter sido o chamado trânsito rasante, em que um planeta apenas atravessa uma pequena porção do disco da estrela hospedeira. Isto daria origem a um limite inferior impreciso do diâmetro do planeta.

© STScI (dois cenários do exoplaneta em trânsito)

Este diagrama compara dois cenários de como um exoplaneta do tamanho da Terra passa em frente da sua estrela hospedeira. O percurso inferior mostra o planeta apenas roçando a estrela. Estudar a luz de um trânsito deste tipo pode levar a uma estimativa incorreta do tamanho do planeta, fazendo-o parecer menor do que realmente é. O percurso superior mostra a geometria ótima, em que o planeta transita por todo o disco da estrela. A precisão do telescópio espacial Hubble pode distinguir entre estes dois cenários, produzindo uma medição precisa do diâmetro do planeta.

As observações do Hubble mostram que o planeta faz um trânsito normal por todo o disco da estrela, o que lhe dá um tamanho real de apenas 1,07 vezes o diâmetro da Terra. Isto significa que o planeta é um mundo rochoso, como a Terra, com aproximadamente a mesma gravidade à superfície. Mas, com uma temperatura à superfície de cerca de 260º C, é demasiado quente para a vida tal como a conhecemos. 

O planeta orbita a estrela LTT 1445A, que faz parte de um sistema triplo de três estrelas anãs vermelhas, a 22 anos-luz de distância, na direção da constelação de Erídano. A estrela tem dois outros planetas maiores que LTT 1445Ac. Um par íntimo de duas outras estrelas anãs, LTT 1445B e C, encontra-se a cerca de 4,8 bilhões de quilômetros de distância da estrela LTT 1445A, também resolvido pelo Hubble. O alinhamento das três estrelas e a órbita do par BC, vista de lado, sugerem que tudo no sistema é coplanar, incluindo os planetas conhecidos.

Um artigo foi publicado no periódico The Astronomical Journal. 

Fonte: Harvard–Smithsonian Center for Astrophysics