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

Detectado novo composto de carbono num sistema estelar jovem

Uma equipe de cientistas internacionais usou o telescópio espacial James Webb para detectar um novo composto de carbono no espaço pela primeira vez.

© James Webb (aglomerado Trapezium na Nebulosa de Órion)

Conhecida como cátion metil (CH3+), a molécula é importante porque auxilia na formação de moléculas mais complexas baseadas em carbono. O cátion metil foi detectado em um sistema estelar jovem, com um disco protoplanetário, conhecido como d203-506, localizado a cerca de 1.350 anos-luz de distância na Nebulosa de Órion. 

Os compostos de carbono formam as bases de toda a vida conhecida e, como tal, são particularmente interessantes para os cientistas que trabalham para entender como a vida se desenvolveu na Terra e como ela poderia se desenvolver em outras partes do nosso Universo. 

O estudo da química interestelar orgânica, que Webb está abrindo de novas maneiras, é uma área de grande fascínio para muitos astrônomos. As capacidades únicas do Webb o tornaram um observatório ideal para procurar por essa molécula crucial. A excelente resolução espacial e espectral de Webb, bem como sua sensibilidade, contribuíram para o sucesso da equipe. Em particular, a detecção de uma série de linhas de emissão chave do CH3+ consolidou a descoberta. 

A estrela em d203-506 é uma pequena anã vermelha, o sistema é bombardeado por forte luz ultravioleta (UV) de estrelas quentes, jovens e massivas próximas. Os cientistas acreditam que a maioria dos discos de formação de planetas passa por um período de intensa radiação UV, uma vez que as estrelas tendem a se formar em grupos que geralmente incluem estrelas massivas produtoras de UV. Normalmente, espera-se que a radiação UV destrua moléculas orgânicas complexas, caso em que a descoberta de CH3+ pode parecer uma surpresa.

No entanto, a equipe prevê que a radiação UV pode realmente fornecer a fonte de energia necessária para a formação do CH3+. Uma vez formado, promove reações químicas adicionais para construir moléculas de carbono mais complexas. Em termos gerais, a equipe observa que as moléculas que eles veem em d203-506 são bem diferentes dos discos protoplanetários típicos. Em particular, eles não conseguiram detectar nenhum sinal de água.

Isso mostra claramente que a radiação ultravioleta pode mudar completamente a química de um disco protoplanetário. Na verdade, pode desempenhar um papel crítico nos primeiros estágios químicos das origens da vida. 

Essas descobertas, que são do programa Early Release Science, foram publicadas na revista Nature.

Fonte: Space Telescope Science Institute

O vapor de água encontrado é de um planeta rochoso ou da sua estrela?

As anãs vermelhas são as estrelas mais comuns no Universo, o que significa que é mais provável encontrar exoplanetas rochosos em órbita de estrelas deste tipo.

© STScI (ilustração de estrela devorando seu planeta)

As estrelas anãs vermelhas são frias, pelo que um planeta deve possuir uma órbita apertada para se manter suficientemente quente para, potencialmente, abrigar água líquida (o que significa que se encontra na zona habitável). Estas estrelas são também ativas, particularmente quando são jovens, liberando radiação ultravioleta e raios X que podem destruir atmosferas planetárias. Consequentemente, uma questão importante em aberto na astronomia é saber se um planeta rochoso poderia manter, ou restabelecer, uma atmosfera num ambiente tão hostil. 

Para ajudar a responder a esta questão, os astrônomos utilizaram o telescópio espacial James Webb para estudar um exoplaneta rochoso conhecido como GJ 486 b. Está demasiado perto da sua estrela para estar dentro da zona habitável, com uma temperatura à superfície de cerca de 430 graus Celsius. E, no entanto, as suas observações usando o NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) do Webb mostram indícios de vapor de água.

Se o vapor de água estiver associado ao planeta, isso indicaria que este tem uma atmosfera, apesar da sua temperatura escaldante e da proximidade à estrela. O vapor de água já foi observado em exoplanetas gasosos, mas até à data não foi definitivamente detectada qualquer atmosfera em torno de um exoplaneta rochoso. No entanto, a equipe adverte que o vapor de água pode estar na própria estrela, especificamente, em manchas estelares frias, e não no planeta.

O vapor de água numa atmosfera de um planeta quente e rochoso representaria um grande avanço para a ciência exoplanetária. O GJ 486 b é cerca de 30% maior do que a Terra e três vezes mais massivo, o que significa que é um mundo rochoso com uma gravidade mais forte do que a do nosso planeta. Orbita uma estrela anã vermelha em pouco menos de 1,5 dias terrestres. Espera-se que sofra acoplamento de maré, com um lado diurno permanente e um lado noturno permanente. 

O GJ 486 b transita a sua estrela, passando à sua frente a partir do nosso ponto de vista. Se tiver uma atmosfera, quando transita, a luz estelar filtra-se através desses gases, imprimindo impressões digitais na luz que permitem aos astrônomos decodificar a sua composição através de uma técnica chamada espectroscopia de transmissão. A equipe observou dois trânsitos, cada um com a duração de cerca de uma hora. Depois utilizaram três métodos diferentes para analisar os dados resultantes. Os resultados dos três métodos são consistentes, na medida em que mostram um espectro praticamente plano, com um aumento intrigante nos comprimentos de onda infravermelhos mais curtos.

A equipe utilizou modelos computacionais considerando uma série de moléculas diferentes e concluiu que a fonte mais provável do sinal era o vapor de água. Embora o vapor de água possa indicar, potencialmente, a presença de uma atmosfera em GJ 486 b, uma explicação igualmente plausível é vapor de água na estrela. Surpreendentemente, mesmo no nosso próprio Sol, o vapor de água pode por vezes existir nas manchas solares, porque estas manchas solares são muito frias em comparação com a superfície estelar circundante.

A estrela progenitora de GJ 486 b é muito mais fria do que o Sol, pelo que ainda mais vapor de água se concentraria nas suas manchas estelares. Como resultado, poderia criar um sinal que imitasse uma atmosfera planetária. Não foi observado indícios de que o planeta tenha atravessado quaisquer manchas estelares durante os trânsitos. Mas isso não significa que não existam manchas estelares em outros locais na estrela. E esse é exatamente o cenário físico que imprimiria este sinal de água nos dados e poderia acabar por se assemelhar a uma atmosfera planetária. 

Seria de esperar que uma atmosfera de vapor de água sofresse uma erosão gradual devido ao aquecimento e irradiação. Consequentemente, existindo uma atmosfera, é provável que tenha de ser constantemente reabastecida por vulcões que ejetam vapor do interior do planeta. Se a água estiver na atmosfera do planeta, são necessárias observações adicionais para determinar a quantidade de água presente. 

Futuras observações com o telescópio espacial James Webb poderão fornecer informações sobre este sistema. Um programa vindouro irá usar o MIRI (Mid-Infrared Instrument) para observar o lado diurno do planeta. Se o planeta não tiver atmosfera, ou se tiver apenas uma fina atmosfera, então espera-se que a parte mais quente do lado diurno esteja diretamente debaixo da estrela. No entanto, se o ponto mais quente estiver deslocado, isso indicaria uma atmosfera que pode fazer circular o calor. E

Em última análise, serão necessárias observações em comprimentos de onda infravermelhos mais curtos por outro instrumento do Webb, o NIRISS (Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph), para diferenciar entre a atmosfera planetária e os cenários de manchas estelares. É a junção de vários instrumentos que vai realmente determinar se este planeta tem ou não uma atmosfera.

O estudo foi aceito para publicação no periódico The Astrphysical Journal Letters. 

Fonte: Space Telescope Science Institute

Medindo a temperatura de um exoplaneta rochoso

Uma equipe internacional de pesquisadores utilizou o telescópio espacial James Webb para medir a temperatura do exoplaneta rochoso TRAPPIST-1 b.

© STScI (ilustração do exoplaneta TRAPPIST-1 b)

A medição baseia-se na emissão térmica do planeta: energia emitida sob a forma de luz infravermelha detectada pelo MIRI (Mid-Infrared Instrument) do Webb. O resultado indica que o lado diurno do planeta tem uma temperatura de aproximadamente 500 K (cerca de 227º C) e sugere que não tem uma atmosfera significativa. 

Esta é a primeira detecção de qualquer forma de luz emitida por um exoplaneta tão pequeno e frio como os planetas rochosos do nosso próprio Sistema Solar. O resultado marca um passo importante para determinar se os planetas que orbitam estrelas pequenas e ativas como TRAPPIST-1 podem sustentar atmosferas necessárias para suportar vida.

No início de 2017, os astrônomos relataram a descoberta de sete planetas rochosos em órbita de uma estrela anã vermelha ultrafria (ou anã M) a 40 anos-luz da Terra. O que é notável acerca dos planetas é a sua semelhança em tamanho e massa com os planetas rochosos interiores do nosso próprio Sistema Solar. Embora todos eles orbitem muito mais perto da sua estrela do que os nossos orbitam o Sol, todos cabiam confortavelmente dentro da órbita de Mercúrio, eles recebem quantidades comparáveis de energia da sua pequena estrela. 

O TRAPPIST-1 b, o planeta mais interior, tem uma distância orbital de cerca de um centésimo da da Terra e recebe cerca de quatro vezes a quantidade de energia que a Terra recebe do Sol. Embora não esteja dentro da zona habitável do sistema, as observações do planeta podem fornecer informações importantes sobre os seus planetas irmãos, bem como sobre outros sistemas em torno de anãs M. Há dez vezes mais estrelas como esta na Via Láctea do que estrelas como o Sol, e é duas vezes mais provável que tenham planetas rochosos do que estrelas como o Sol. Mas também são muito ativas, são muito brilhantes quando são jovens e emitem surtos e raios X que podem destruir a atmosfera.

Observações anteriores de TRAPPIST-1 b com o telescópio espacial Hubble, bem como com o telescópio espacial Spitzer da NASA, não encontraram evidências de uma atmosfera inchada, mas não foram capazes de descartar uma atmosfera densa. Uma forma de reduzir a incerteza é medir a temperatura do planeta. Este planeta sofre bloqueio de maré, com o mesmo lado sempre virado para a estrela e o outro em escuridão permanente. Se tiver uma atmosfera para circular e redistribuir o calor, o lado diurno será mais fresco do que se não houver atmosfera. 

A equipe utilizou uma técnica chamada fotometria de eclipse secundário, na qual o MIRI mediu a mudança no brilho do sistema à medida que o planeta se movia por detrás da estrela. Embora TRAPPIST-1 b não seja suficientemente quente para emitir a sua própria luz visível, brilha no infravermelho. Ao subtrair o brilho da estrela por si só do brilho combinado da estrela e do planeta, foram capazes de calcular com sucesso quanta luz infravermelha está sendo emitida pelo planeta. A detecção de um eclipse secundário pelo Webb é um marco importante. Sendo a estrela mais de 1.000 vezes mais brilhante do que o planeta, a mudança de brilho é inferior a 0,1%.

A análise dos dados de cinco observações separadas do eclipse secundário indica que TRAPPIST-1 b não tem uma atmosfera. Os resultados são quase perfeitamente consistentes com um corpo negro feito de rocha nua e sem atmosfera para fazer circular o calor. Também não foi observado quaisquer sinais de luz sendo absorvida pelo dióxido de carbono, o que seria aparente nestas medições.

Um artigo foi publicado na revista Nature. 

Fontes: ESA & Space Telescope Science Institute

Planeta gigante gasoso em órbita de estrela anã vermelha

Uma equipe de astrônomos liderada por Shubham Kanodia do Instituto Carnegie descobriu um sistema planetário incomum no qual um planeta gigante de gás orbita uma pequena estrela anã vermelha chamada TOI-5205.

© Instituto Carnegie (ilustração de planeta gigante gasoso em órbita de anã vermelha)

As suas descobertas desafiam ideias há muito defendidas sobre a formação planetária. Mais frias e menores do que o nosso Sol, as anãs M são as estrelas mais comuns na Via Láctea.  Devido ao seu pequeno tamanho, estas estrelas tendem a ter cerca de metade da temperatura do Sol e a ser muito mais avermelhadas. Têm luminosidades muito baixas, mas vidas extremamente longas.

Embora as anãs vermelhas hospedem mais planetas, em média, do que outros tipos de estrelas mais massivas, as suas histórias de formação fazem delas candidatas improváveis na hospedagem de gigantes gasosos. O recém-descoberto planeta, TOI-5205b, foi identificado pela primeira vez como potencial candidato pelo TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) da NASA. 

A equipe de Kanodia confirmou então a sua natureza planetária e caracterizou-o utilizando uma variedade de instrumentos e instalações terrestres. A estrela anfitriã, TOI-5205, tem apenas cerca de quatro vezes o tamanho de Júpiter, no entanto conseguiu de alguma forma formar um planeta do tamanho de Júpiter, o que é bastante surpreendente!

Já foram descobertos alguns planetas gigantes em órbita de estrelas anãs M mais velhas. Mas até agora não tinha sido encontrado nenhum num sistema planetário de uma anã M de baixa massa como TOI-5205. Para compreender a comparação de tamanho, um planeta semelhante a Júpiter orbitando uma estrela semelhante ao Sol pode ser comparado a uma ervilha em torno de uma laranja; para TOI-5205b, dado que a estrela hospedeira é muito menor, é mais semelhante a uma ervilha em torno de um limão. De fato, quando TOI-5205b atravessa em frente da sua hospedeira, bloqueia cerca de sete por cento da sua luz, um dos maiores trânsitos exoplanetários conhecidos. 

Os planetas nascem no disco giratório de gás e poeira que envolve as estrelas jovens. A teoria de formação de planetas gasosos mais frequentemente usada requer cerca de 10 massas terrestres deste material rochoso para acumular e formar um enorme núcleo, após o qual varre rapidamente grandes quantidades de gás das regiões vizinhas do disco para formar o planeta gigante que vemos hoje. O período de tempo em que isto acontece é crucial.

No início, se não houver material rochoso suficiente no disco para formar o núcleo inicia. E, no final, se o disco se evaporar antes da formação do núcleo massivo, então não se pode formar um planeta gigante gasoso. E ainda assim TOI-5205b formou-se apesar destas limitações. Com base na nossa compreensão atual da formação planetária, TOI-5205b não deveria existir. 

A equipe demonstrou que a grande profundidade do trânsito planetário o torna extremamente propício a futuras observações com o recentemente lançado telescópio espacial James Webb, que poderá fornecer informações sobre sua atmosfera e algumas pistas adicionais sobre o mistério da sua formação.

Um artigo foi publicado no periódico The Astronomical Journal. 

Fonte: Carnegie Science

Um exoplaneta que poderá abrigar vida

Foi recentemente descoberto um exoplaneta onde poderá valer a pena procurar sinais de vida.

© NASA / D. Rutter (exoplaneta rochoso em órbita de estrela anã vermelha)

Análises efetuadas por uma equipe liderada pela astrônoma Diana Kossakoski do Instituto Max Planck para Astronomia descrevem um planeta que orbita a sua estrela hospedeira, a anã vermelha Wolf 1069, na zona habitável.

Esta zona inclui distâncias em torno da estrela para as quais pode existir água líquida à superfície do planeta. Além disso, o planeta, chamado Wolf 1069 b, tem uma massa semelhante à da Terra. Muito provavelmente, este é um planeta rochoso que também pode ter uma atmosfera. Isto torna-o um dos poucos alvos promissores onde procurar sinais de condições favoráveis à vida e bioassinaturas.

Quando os astrônomos procuram planetas localizados além do nosso Sistema Solar, estão particularmente interessados em planetas semelhantes à Terra. Dos mais de 5.000 exoplanetas descobertos até agora, apenas cerca de uma dúzia têm uma massa semelhante à da Terra e habitam na zona habitável, num sistema planetário, onde a água pode manter a sua forma líquida à superfície do planeta. 

Com Wolf 1069 b, temos mais um candidato na lista de exoplanetas sobre os quais a vida poderá ter evoluído. A detecção de planetas com baixa massa continua sendo um grande desafio. 

Como parte do projeto Carmenes, foi desenvolvido um instrumento especificamente para a procura de mundos potencialmente habitáveis. A equipe Carmenes está utilizando este aparelho no Observatório de Calar Alto, na Espanha.

Analisando os dados da estrela Wolf 1069 foi descoberto um sinal claro e de baixa amplitude parecendo ser um planeta com aproximadamente a massa da Terra. Ele orbita a estrela em cerca de 15,6 dias a uma distância equivalente a quinze avos da separação entre a Terra e o Sol. 

De acordo com o estudo, a superfície da estrela anã é relativamente fria e, por isso, parece laranja-avermelhada. Como resultado, a chamada zona habitável desloca-se para mais perto. Apesar da sua pequena distância à estrela, o planeta Wolf 1069 b recebe, portanto, apenas cerca de 65% da energia que a Terra recebe do Sol. Estas condições especiais tornam os planetas em torno de anãs vermelhas como Wolf 1069 potencialmente amigáveis à vida. Além disso, todos eles podem partilhar uma propriedade especial: têm provavelmente bloqueio de marés, ou seja, o planeta tem sempre a mesma face voltada para a estrela. Portanto, há um dia eterno, enquanto do outro lado é sempre noite. Esta é também a razão pela qual vemos sempre o mesmo lado da Lua. 

Se se assumir que Wolf 1069 b é um planeta "nu" e rochoso, a temperatura média mesmo no lado virado para a estrela seria de apenas -23º C. Contudo, de acordo com os conhecimentos atuais, é bem possível que Wolf 1069 b tenha formado uma atmosfera. Sob esta hipótese, a sua temperatura pode subir para 13º C, como demonstram as simulações por computador com modelos climáticos. Nestas circunstâncias, a água continuaria líquida e as condições favoráveis à vida poderiam prevalecer, porque a vida como a conhecemos depende da água.

Uma atmosfera não é apenas uma condição prévia para o aparecimento da vida de um ponto de vista climático. Também protegeria Wolf 1069 b da radiação eletromagnética altamente energética e das partículas que destroem possíveis biomoléculas. A radiação e as partículas ou provêm do espaço interestelar ou da estrela central. Se a radiação da estrela for demasiado intensa, pode também despojar a atmosfera de um planeta, como aconteceu em Marte. Mas, como anã vermelha, Wolf 1069 emite apenas radiação relativamente fraca; assim, neste planeta recentemente descoberto pode ter sido preservada uma atmosfera. 

É até possível que o planeta tenha um campo magnético que o protege das partículas carregadas do vento estelar. Muitos planetas rochosos têm um núcleo líquido, o que gera um campo magnético através do efeito dínamo, semelhante ao do planeta Terra. Tem havido um enorme progresso na busca por exoplanetas desde que o primeiro deste tipo foi descoberto há 30 anos. 

As assinaturas que os astrônomos procuram a fim de detectar planetas com massas e diâmetros semelhantes à Terra são relativamente difíceis de extrair dos dados. A equipe Carmenes está à procura de pequenas mudanças periódicas no espectro estelar. Espera-se que estas mudanças surjam quando um companheiro "puxa" a estrela hospedeira, fazendo com que oscile. Como resultado, a frequência da luz medida a partir da Terra muda devido ao efeito Doppler. 

No caso de Wolf 1069 e do seu recém-descoberto planeta, estas flutuações são suficientemente grandes para serem medidas. Uma das razões é que a diferença de massa entre a estrela e o planeta é relativamente pequena, fazendo com que a estrela oscile em torno do centro de massa do sistema de forma mais pronunciada do que em outros casos. A partir do sinal periódico, a massa do planeta também pode ser estimada. 

A uma distância de 31 anos-luz, Wolf 1069 b é o sexto planeta, de massa terrestre e na zona habitável, mais próximo de nós. Pertence a um pequeno grupo de objetos, como Proxima Centauri b e TRAPPIST-1 e, que são candidatos a buscas por bioassinaturas. No entanto, tais observações estão atualmente para além das capacidades da investigação astronômica. O ELT (Extremely Large Telescope), atualmente em construção no Chile, poderá ser capaz de estudar a composição das atmosferas destes planetas e possivelmente até detectar evidências moleculares de vida. 

Um artigo foi publicado no periódico Astronomy & Astrophysics. 

Fonte: Max Planck Institute for Astronomy

Descobertas duas exo-Terras potencialmente habitáveis

Uma equipe científica internacional liderada por pesquisadores do IAC (Instituto de Astrofísica das Canárias) descobriu a presença de dois planetas com massas semelhantes à da Terra em órbita da estrela GJ 1002, uma anã vermelha não muito longe do nosso Sistema Solar.

© IAC (dois exoplanetas em órbita da estrela GJ 1002)

Ambos os planetas situam-se na zona habitável da estrela. Com estes dois, conhecemos agora sete em sistemas planetários bastante próximos do Sol. Os exoplanetas recém-descobertos orbitam a estrela GJ 1002, que está a uma distância inferior a 16 anos-luz do Sistema Solar. Ambos têm massas semelhantes à da Terra e encontram-se na zona habitável. 

O planeta GJ 1002b, o mais interior dos dois, demora pouco mais de 10 dias para completar uma órbita em torno da estrela, enquanto que GJ 1002c o faz em pouco mais de 21 dias. A GJ 1002 é uma estrela anã vermelha, com apenas um-oitavo da massa do Sol. É uma estrela bastante fria e tênue. Isto significa que a sua zona habitável se encontra muito perto da estrela. A proximidade da estrela ao nosso Sistema Solar implica que os dois planetas, especialmente GJ 1002c, são candidatos excelentes para a caracterização das suas atmosferas com base quer na sua luz refletida, quer na sua emissão térmica.

O futuro espectrógrafo ANDES, para o telescópio ELT (Extremely Large Telescope) do ESO, poderia estudar a presença de oxigênio na atmosfera de GJ 1002c. Além disso, ambos os planetas satisfazem as características necessárias para que sejam objetivos da futura missão LIFE, que se encontra atualmente em fase de estudo.

A descoberta foi feita durante uma colaboração entre os consórcios dos dois instrumentos ESPRESSO e CARMENES. A estrela GJ 1002 foi observada pelo CARMENES entre 2017 e 2019 e pelo ESPRESSO entre 2019 e 2021. Devido à sua baixa temperatura, a luz visível de GJ 1002 é demasiado fraca para medir as suas variações de velocidade com a maioria dos espectrógrafos. O CARMENES tem uma sensibilidade ao longo de uma vasta gama de comprimentos de onda no infravermelho próximo que é superior à de outros espectrógrafos com o objetivo de detectar variações nas velocidades das estrelas, o que lhes permitiu estudar GJ 1002 com o telescópio de 3,5 metros do observatório de Calar Alto. A combinação do ESPRESSO e do poder de recolhimento de luz dos telescópios de 8 metros do VLT (Very Large Telescope) no ESO permitiu medições com uma precisão de apenas 30 cm/s, não alcançáveis com qualquer outro instrumento no mundo.

O estudo foi aceito para publicação no periódico Astronomy & Astrophysics.

Fonte: Instituto de Astrofísica de Canarias

Exoplanetas podem se adaptar ao redor de anãs vermelhas

Na busca por exoplanetas habitáveis, as estrelas anãs vermelhas, também conhecidas como anãs M, são alvos tentadores.

© J. Fohlmeister (ilustração de uma anã vermelha e seu exoplaneta)

Estas estrelas não são apenas extremamente comuns, mas também é mais fácil observar planetas terrestres em suas zonas habitáveis, onde podem potencialmente hospedar água em suas superfícies, do que encontrar mundos rochosos orbitando estrelas como o nosso Sol. 

Mas as anãs M também são incrivelmente voláteis, explodindo qualquer biosfera em seus planetas da zona habitável com radiação de alta energia. No entanto, novas descobertas sugerem que mundos habitáveis orbitando anãs vermelhas podem não ser completamente indefesos contra o clima estelar turbulento de seus sistemas. Os resultados da simulação mostram que explosões estelares repetidas podem construir uma “camada de proteção” de ozônio nestes planetas, oferecendo alguma proteção contra futuras explosões.

Embora os telescópios de hoje não sejam poderosos o suficiente para vislumbrar as atmosferas de mundos rochosos ao redor de estrelas como o nosso Sol, há um pequeno número de planetas orbitando a menor e mais fria das estrelas M que pode propiciar algumas medições atmosféricas. 

As anãs vermelhas são muito menores e mais frias que o Sol, então seus planetas devem orbitar muito mais perto para cair dentro da zona habitável. Isto força estes planetas em um bloqueio de maré, que mantém um lado voltado para as estrelas, enquanto o lado escuro congela.

As anãs M também são muito mais ativas do que as estrelas semelhantes ao Sol. Frequentemente, elas podem lançar partículas em eventos tão energéticos quanto os mais poderosos em toda a história registrada do Sol. É até possível que estas erupções violentas de partículas carregadas conhecidas como ejeções de massa coronal, possam retirar completamente as atmosferas dos planetas. 

Estudos anteriores deixam espaço para esperança, uma vez que as anãs vermelhas tendem a brilhar de seus pólos, o que pode poupar os planetas do pior de suas explosões. E supondo que os planetas ao redor das anãs M possam manter suas atmosferas, as erupções ainda deixariam uma marca em sua composição química. 

Para entender como as erupções podem interferir nas atmosferas de planetas anões potencialmente habitáveis, os pesquisadores criaram um modelo de computador de tal planeta e o submeteram a erupções simuladas. Os resultados mostraram que as chamas podem aumentar a quantidade de ozônio bloqueador de UV na atmosfera em 20 vezes.

Nas simulações, esta camada de proteção corta a radiação UV subsequentes em 85%, embora mesmo o índice UV reduzido de 55 ainda seja alto para os padrões terrestres (os índices UV típicos na Terra variam de 0 a 10).  Para simplificar as coisas, as simulações assumem que o planeta começa com uma atmosfera semelhante à da Terra cheia de oxigênio; sendo que a Terra não tinha uma atmosfera tão rica em oxigênio até que a vida já estivesse bem estabelecida.

As ejeções de massa coronal nas simulações também acumularam óxido nitroso na atmosfera. Este gás, assim como o ozônio, é considerado um possível indicador de vida. À medida que os astrônomos procuram estes sinais de vida em atmosferas de exoplanetas, é necessário saber qual é a probabilidade de que eles possam ser produzidos por processos abióticos, como explosões estelares. Simulações como esta podem ajudar a fornecer esta informação. A detecção de vida fora do Sistema Solar, se acontecer algum dia, será provavelmente o resultado mais importante em todo o campo de exoplanetas.

Os resultados serão publicados no periódico Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 

Fonte: Sky & Telescope

Um mundo "marshmallow" em órbita de uma fria anã vermelha

Usando o telescópio WIYN de 3,5 metros no Observatório Nacional de Kitt Peak, no estado norte-americano do Arizona, os astrônomos observaram um planeta incomum semelhante a Júpiter em torno de uma fria estrela anã vermelha.

© NOIRLab (exoplaneta gigante gasoso em órbita de estrela anã vermelha)

Localizado a aproximadamente 580 anos-luz da Terra, na direção da constelação de Cocheiro, este planeta, identificado como TOI-3757 b, é o planeta com a menor densidade jamais detectado em torno de uma anã vermelha e estima-se que tenha uma densidade média semelhante à de um marshmallow.

As estrelas anãs vermelhas são os membros menores e tênues das chamadas estrelas da sequência principal; estrelas que convertem hidrogênio em hélio nos seus núcleos a um ritmo constante. Embora "frias" em comparação com estrelas como o nosso Sol, as estrelas anãs vermelhas podem ser extremamente ativas e sofrer erupções poderosas capazes de despojar um planeta da sua atmosfera, tornando este sistema estelar num local aparentemente inóspito para formar um planeta tão delicado.

Os planetas gigantes que orbitam anãs vermelhas têm, tradicionalmente, sido considerados difíceis de formar. Até agora, isto só foi analisado com pequenas amostras de levantamentos Doppler, que tipicamente encontram planetas gigantes mais longe destas estrelas anãs vermelhas. 

Ainda existem mistérios inexplicados acerca de TOI-3757 b, sendo o maior planeta gigante gasoso que se pode formar em torno de uma estrela anã vermelha, e especialmente um planeta de tão baixa densidade. 

Os pesquisadores podem ter uma solução para este mistério. Propõem que a densidade muito baixa de TOI-3757 b pode ser o resultado de dois fatores. O primeiro está relacionado com o núcleo rochoso do planeta; pensa-se que os gigantes de gás começam como núcleos rochosos massivos com cerca de dez vezes a massa da Terra, momento em que rapidamente puxam grandes quantidades de gás vizinho para formar os gigantes de gás que vemos hoje. A estrela hospedeira de TOI-3757 b tem uma menor abundância de elementos pesados em comparação com outras anãs-M que abrigam gigantes gasosos, e isto pode ter resultado na formação mais lenta do núcleo rochoso, atrasando o início da acreção de gás e afetando assim a densidade global do planeta. O segundo fator pode ser a órbita do planeta, que é ligeiramente elíptica. Há momentos em que se aproxima mais da sua estrela do que em outros, resultando num substancial excesso de aquecimento que pode provocar o inchaço da atmosfera do planeta.

O planeta foi inicialmente avistado pelo satélite TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) da NASA. O TESS analisou o trânsito deste exoplaneta TOI-3757 b em frente da sua estrela, o que permitiu o cálculo do diâmetro do planeta em cerca de 150.000 quilômetros, ou ligeiramente maior do que o de Júpiter. O planeta completa uma órbita em torno da sua estrela hospedeira em apenas 3,5 dias, 25 vezes menos do que o planeta mais próximo do Sol, Mercúrio, que leva cerca de 88 dias para o fazer.

Os astrônomos mediram o movimento aparente da estrela ao longo da nossa linha de visão, também conhecido como a sua velocidade radial. Estas medições forneceram a massa do planeta, que foi calculada como sendo cerca de um-quarto da de Júpiter, ou cerca de 85 vezes a massa da Terra. Sabendo o tamanho e a massa foi possível calcular a densidade média de TOI-3757 b, 0,27 gramas por centímetro cúbico, o que a tornaria inferior a metade da densidade de Saturno (o planeta com a densidade mais baixa do Sistema Solar), cerca de um-quarto da densidade da água (o que significa que flutuaria se colocado numa banheira gigante cheia de água) ou com a densidade semelhante à de um marshmallow. 

Potenciais observações futuras da atmosfera deste planeta, usando o novo telescópio espacial James Webb da NASA, podem ajudar a esclarecer a sua natureza inchada.

Um artigo foi publicado no periódico The Astronomical Journal. 

Fonte: National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory

Primeira visão tridimensional completa de sistema binário com planeta

Ao rastrear, com precisão, uma pequena e quase imperceptível oscilação no movimento pelo do espaço de uma estrela próxima, os astrônomos descobriram um planeta semelhante a Júpiter em órbita desta estrela, que faz parte de um sistema binário.

© NRAO (exoplaneta num sistema estelar binário)

Este trabalho, usando o VLBA (Very Long Baseline Array), produziu a primeira determinação da estrutura completa e tridimensional das órbitas de um binário estelar e de um planeta em órbita de uma delas. Este feito pode fornecer novos e valiosos conhecimentos sobre o processo de formação planetária. 

Embora tenham sido descobertos até agora mais de 5.000 exoplanetas, apenas três foram descobertos utilizando a técnica de astrometria que produziu esta descoberta. Contudo, a determinação da arquitetura 3D de um sistema binário que inclui um planeta não pode ser alcançado com outros métodos de descoberta exoplanetária. Uma vez que a maioria das estrelas está em sistemas binários ou múltiplos, ser capaz de compreender sistemas como este ajudará a compreender a formação planetária em geral. 

As duas estrelas, que juntas são chamadas GJ 896AB, estão a cerca de 20 anos-luz da Terra. São anãs vermelhas, o tipo estelar mais comum na nossa Galáxia. A maior, em torno da qual o planeta orbita, tem cerca de 44% da massa do nosso Sol, enquanto a menor tem cerca de 17% da massa do Sol. Estão separadas por mais ou menos a distância que separa Netuno do Sol e orbitam-se uma à outra a cada 229 anos. 

Para o seu estudo de GJ 896AB, os astrônomos combinaram dados de observações ópticas do sistema feitas entre 1941 e 2017 com dados de observações do VLBA entre 2006 e 2011. Fizeram então novas observações VLBA em 2020. A resolução nítida do VLBA produziu medições extremamente precisas das posições das estrelas ao longo do tempo. 

Os astrônomos realizaram uma análise extensiva dos dados que revelaram os movimentos orbitais das estrelas, bem como o seu movimento através do espaço. O rastreio detalhado do movimento da estrela maior mostrou uma ligeira oscilação que revelou a existência do planeta. A oscilação é provocada pelo efeito gravitacional do planeta sobre a estrela. A estrela e o planeta orbitam um local entre eles que representa o seu centro comum de massa. Quando este local, chamado baricentro, está suficientemente longe da estrela, o movimento da estrela ao seu redor pode ser detectável. 

Os astrônomos calcularam que o planeta tem cerca do dobro da massa de Júpiter e orbita a estrela a cada 284 dias. A sua distância à estrela é ligeiramente menos do que a distância de Vênus ao Sol. A órbita do planeta está inclinada cerca de 148 graus em relação às órbitas das duas estrelas. Isto significa que o planeta se move em torno da estrela principal na direção oposta à da estrela secundária. 

Esta é a primeira vez que tal estrutura dinâmica foi observada num planeta associado a um sistema binário compacto que presumivelmente foi formado no mesmo disco protoplanetário. Estudos adicionais detalhados deste e de outros sistemas semelhantes podem ajudar na obtenção de conhecimentos importantes sobre como os planetas são formados em sistemas binários. 

Existem teorias alternativas para o mecanismo de formação e mais dados podem possivelmente indicar qual é o mais provável. Em particular, os modelos atuais indicam que um planeta tão grande é muito improvável como companheiro de uma estrela tão pequena, por isso talvez estes modelos precisem de ser ajustados. 

A técnica astrométrica será uma ferramenta valiosa para a caracterização de mais sistemas planetários. Os trabalhos poderão ser execuatdos com o planejado ngVLA (Next Generation VLA), que possibilitará encontrar planetas tão pequenos como a Terra.

Um artigo foi publicado no periódico The Astronomical Journal. 

Fonte: National Radio Astronomy Observatory

Descoberto novo exoplaneta com uma atmosfera ideal para estudo

Uma equipe internacional de colaboradores, incluindo cientistas do Jet Propulsion Laboratory (JPL) da NASA e da Universidade do Novo México, descobriram um novo exoplaneta temperado, do tamanho de Netuno, com um período orbital de 24 dias orbitando uma estrela anã M próxima.

© NASA/JPL-Caltech (ilustração do exoplaneta TOI-1231 b)

A descoberta recente fornece oportunidades empolgantes de pesquisa graças à atmosfera substancial do planeta, à pequena estrela que orbita e à velocidade a que o sistema se afasta da Terra. 

O exoplaneta, TOI-1231 b, foi detectado usando dados fotométricos do TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) e seguido por observações com o PFS (Planet Finder Spectrograph) no telescópio Magellan Clay do Observatório Las Campanas, Chile. O PFS é um instrumento sofisticado que detecta exoplanetas por meio da sua influência gravitacional sobre as suas estrelas hospedeiras. À medida que os planetas orbitam as suas estrelas progenitoras, as velocidades estelares medidas variam periodicamente, revelando a presença planetária e informações sobre a sua massa e órbita. 

A estratégia de observação adotada pelo TESS da NASA, que divide cada hemisfério em 13 setores que são analisados durante aproximadamente 28 dias, está produzindo a pesquisa mais abrangente de todo o céu para planetas em trânsito. Esta abordagem já provou a sua capacidade de detectar planetas grandes e pequenos em torno de estrelas que vão desde aquelas semelhantes ao Sol até estrelas anãs M de baixa massa. 

As estrelas anãs M, também conhecidas como anãs vermelhas, são o tipo mais comum de estrela na Via Láctea, constituindo cerca de 70% de todas as estrelas da Galáxia. As anãs M são menores, possuem uma fração da massa do Sol e têm baixa luminosidade. Dado que uma anã M é menor, quando um planeta de um determinado tamanho transita a estrela, a quantidade de luz que é bloqueada é maior, tornando o trânsito mais facilmente detectável.

Imagine um planeta parecido com a Terra passando em frente de uma estrela do tamanho do Sol: vai bloquear uma pequena parte da sua luz; mas se estiver passando à frente de uma estrela muito menor, a proporção de luz bloqueada será maior. Em determinado sentido, isto cria uma sombra maior à superfície da estrela, tornando os planetas ao redor das anãs M mais fáceis de detectar e de estudar. 

Embora permita a detecção de exoplanetas no céu, a estratégia do levantamento do TESS também produz tendências observacionais significativas com base no período orbital. Os exoplanetas devem transitar as suas estrelas hospedeiras pelo menos duas vezes dentro do intervalo de observação do TESS para serem detectados com o período correto pelo SPOC (Science Processing Operations Center) e pelo QLP (Quick Look Pipeline), que "vasculham" a cadência de dados do TESS de 2 e 30 minutos, respetivamente. Dado que 74% da cobertura total do céu pelo TESS é apenas observada durante 28 dias, a maioria dos exoplanetas detectados pelo TESS têm períodos inferiores a 14 dias. 

O TOI-1231 b tem um período de 24 dias, o que torna a sua descoberta ainda mais valiosa. Os astrônomos foram capazes de reunir os dados necessários para caracterizar a estrela hospedeira e medir o raio e a massa do planeta. Estes valores, por sua vez, permitiram calcular a densidade do planeta e teorizar sobre a sua composição.

O TOI-1231 b é muito semelhante em tamanho e densidade a Netuno, de modo que tem uma atmosfera gasosa similarmente grande. Outra vantagem dos exoplanetas que orbitam anãs M é que possibilita medir as suas massas com mais facilidade porque a proporção entre a massa do planeta e a massa da estrela é também maior.

Embora TOI-1231 b esteja oito vezes mais perto da sua estrela do que a Terra está do Sol, a sua temperatura é parecida à da Terra, graças à estrela hospedeira que é mais fria e menos brilhante. No entanto, o próprio planeta é realmente maior do que a Terra e um pouco menor que Netuno. Com uma temperatura de mais ou menos 330 K, TOI-1231 b é um dos exoplanetas pequenos e mais frios, acessíveis para estudos atmosféricos, descobertos até agora. 

Investigações anteriores sugeriram que planetas tão frios podem ter nuvens no alto da sua atmosfera, o que torna difícil a determinação dos gases que o rodeiam. Mas novas observações de outro planeta pequeno e frio, chamado K2-18 b, quebraram esta tendência e mostraram evidências de água na sua atmosfera, surpreendendo muitos astrônomos.

Além disso, com o alto brilho no infravermelho próximo da estrela hospedeira, é um alvo excitante para futuros estudos com o telescópio espacial Hubble e com o telescópio espacial James Webb. O primeiro conjunto destas observações deverá ocorrer no final deste mês através do telescópio espacial Hubble. 

A baixa densidade de TOI-1231 b indica que é cercado por uma atmosfera substancial, em vez de ser um planeta rochoso. Mas a composição e a extensão desta atmosfera são desconhecidas! 

O TOI-1231 b pode ter uma atmosfera de hidrogênio ou de hidrogênio-hélio, ou uma atmosfera mais densa de vapor de água. Cada uma delas apontaria para uma origem diferente, permitindo aos astrônomos entender se e como os planetas se formam de maneira diferente em torno de anãs M quando comparados com os planetas que orbitam o nosso Sol, por exemplo. Geralmente, os átomos de hidrogênio são quase impossíveis de detetar porque a sua presença é mascarada pelo gás interestelar. Mas este sistema planeta-estrela fornece uma oportunidade única de aplicar este método devido à velocidade com que se afasta da Terra.

A pesquisa será publicada numa edição futura do periódico The Astronomical Journal.

Fonte: NASA

Uma rara "hélice" magnética num sistema binário

Pesquisadores da Universidade de Notre Dame identificaram a primeira hélice magnética eclipsante num sistema estelar variável cataclísmico.

© M. Garlick (ilustração de anã branca magnética com rápida rotação)

O sistema estelar, conhecido como J0240, é apenas o segundo do seu tipo já registado. Foi identificado em 2020 como uma variável cataclísmica incomum, um sistema binário que consiste de uma estrela anã branca e uma estrela vermelha doadora de massa.

Normalmente, a estrela anã branca compacta recolhe o gás doado e cresce em massa. No entanto, em J0240 a anã branca magnética e de rápida rotação rejeita a doação de gás e impulsiona-o para fora do sistema binário e com um campo magnético forte cria um formato de uma hélice.

As anãs brancas são os remanescentes densos de estrelas de baixa massa como o nosso Sol, que irá evoluir para uma anã branca daqui a aproximadamente cinco bilhões de anos. No entanto, sem uma estrela companheira, o Sol nunca fará parte de um sistema variável cataclísmico. 

A única outra variável cataclísmica semelhante a J0240 é AE Aquarii, um sistema estelar binário conhecido desde a década de 1950 e que se pensa ser também um sistema de hélice magnética. Por outro lado, observa-se que J0240 está perto do plano orbital binário, o que significa que o gás ejetado do sistema é visto em silhueta contra a luz estelar. 

Esta é a primeira evidência direta de que uma hélice magnética ejeta o gás doado pela estrela vermelha. Este gás está bloqueando parte da luz de ambas as estrelas e podemos ver esta absorção diretamente nos nossos dados. Os pesquisadores começaram as observações no LBT (Large Binocular Telescope) no Arizona (EUA), onde foi registrada a ocorrência de proeminências e eclipses que ilustravam a rápida rotação da anã branca, e a atração do campo magnético, que expele influxos gasosos que de outra forma seriam adicionados à estrela, criando assim uma espiral de gás que se expande para longe das duas estrelas.

A equipe recolheu observações em setembro, outubro e novembro de 2020. Os dados obtidos em setembro captaram a primeira metade da órbita de J0240. Em outubro, foi captado a segunda metade. 

As proeminências são pequenas explosões que liberam gás a 1% da velocidade da luz. As erupções desaparecem quando a companheira vermelha fica no caminho durante um eclipse. A partir da duração dos eclipses, foi possível de identificar a localização das proeminências. As erupções vêm de muito perto da companheira compacta, provavelmente da pressão de gás que recebe ao aproximar-se do campo magnético que gira rapidamente. 

Uma das grandes incógnitas é o período de rotação da anã branca, que a equipe não conseguiu determinar. A energia da hélice vem da anã branca giratória, portanto, espera-se que a rotação diminua com o tempo. Quando acabar, a hélice irá parar e o sistema parecerá uma variável cataclísmica comum. É uma fase muito curta em a anã branca magnética gira tão depressa quanto é possível sem realmente se autodestruir. Uma rotação tão elevada, com um campo magnético forte, parece que não pode ser apenas coincidência.

Um artigo será publicado no periódico The Astrophysical Journal.

Fonte: University of Notre Dame

Registrada erupção recorde de estrela próxima

Usando o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), astrônomos identificaram uma erupção da estrela vizinha mais próxima da Terra, Proxima Centauri, que é 100 vezes mais poderosa do que qualquer outra erupção semelhante vista no Sol.

© NRAO/S. Dagnello (ilustração da violenta erupção estelar de Proxima Centauri)

A erupção, que é a maior já registada da estrela, revelou o funcionamento interno de tais eventos e pode ajudar a moldar a procura por vida localizadas além do Sistema Solar. 

As erupções estelares ocorrem quando a liberação de energia magnética em manchas estelares explode num intenso surto de radiação eletromagnética que pode ser observado em todo o espectro eletromagnético, desde o rádio até aos raios gama. 

Esta é a primeira vez que uma única erupção estelar, além das que ocorrem no Sol, foi observada com uma cobertura tão completa de comprimentos de onda. O estudo foi precipitado pela descoberta fortuita de uma erupção de Proxima Centauri em dados de arquivo do ALMA de 2018.

"Nunca tínhamos visto uma anã M entrar em erupção em comprimentos de onda milimétricos antes de 2018, de modo que não se sabia se havia emissão correspondente em outros comprimentos de onda," disse Meredith MacGregor, professora assistente do CASA (Center for Astrophysics and Space Astronomy) e do Departamento de Ciências Planetárias e Astrofísicas da Universidade do Colorado, em Boulder, autora principal do estudo. 

Para melhor entender as erupções em Proxima Centauri, uma estrela anã vermelha localizada a cerca de quatro anos-luz da Terra, uma equipe de astrônomos observou a estrela durante um total de 40 horas ao longo de vários meses em 2019 usando nove telescópios no solo e no espaço. Em maio de 2019, Proxima Centauri ejetou uma violenta erupção que durou apenas sete segundos, mas gerou um surto tanto no ultravioleta como em comprimentos de onda milimétricos.

A erupção foi caracterizada por um pico forte e impulsivo nunca antes visto nestes comprimentos de onda. O evento foi registado por cinco dos nove telescópios envolvidos no estudo, incluindo o telescópio espacial Hubble no ultravioleta e o ALMA em comprimentos de onda milimétricos.

A estrela passou de normal para 14.000 vezes mais brilhante quando vista em comprimentos de onda ultravioleta ao longo de alguns segundos, sendo que um comportamento semelhante foi observado em comprimentos de onda milimétricos ao mesmo tempo pelo ALMA. 

As erupções poderosas do nosso Sol são incomuns, ocorrendo apenas algumas vezes num ciclo solar. Este não é o caso em Proxima Centauri. "Os planetas de Proxima Centauri estão sendo atingidos por algo deste gênero não apenas uma vez por século, mas pelo menos uma vez por dia, senão várias vezes por dia," realça MacGregor. 

A estrela é proeminente em discussões sobre a perspetiva de vida em torno de estrelas anãs vermelhas devido à sua proximidade com a Terra e por ser hospedeira de Proxima Centauri b, um exoplaneta que reside na zona habitável da estrela. Se houvesse vida no planeta mais próximo de Proxima Centauri, teria que ser muito diferente de qualquer forma de vida na Terra.

As observações futuras vão concentrar-se em desvendar os muitos segredos por trás das explosões de Proxima Centauri na esperança de descobrir os mecanismos internos que provocam estas poderosas explosões. "Queremos ver que surpresas esta estrela nos reserva a fim de nos ajudar e compreender a física das erupções estelares," disse MacGregor.

Os resultados do estudo foram reportados no periódico The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: National Radio Astronomy Observatory