Exoplaneta recém-nascido esculpindo a poeira ao seu redor

Os astrônomos podem ter descoberto um planeta ainda em formação esculpindo um padrão intrincado no gás e poeira que rodeia a sua jovem estrela hospedeira.

© VLT (planeta nascendo em torno da estrela jovem HD 135344B)

A imagem da esquerda, obtida com um novo instrumento Enhanced Resolution Imager and Spectrograph (ERIS) montado no Very Large Telescope (VLT) do ESO, que mostra um possível planeta nascendo em torno da estrela jovem HD 135344B. O círculo preto central corresponde a um coronógrafo, um dispositivo que bloqueia a luz da estrela para revelar detalhes tênues ao seu redor. O círculo branco indica a localização do planeta. A imagem da direita combina observações anteriores realizadas com o instrumento Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch (SPHERE), também montado no VLT, (em vermelho) e com o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA, em laranja e azul).

Com o auxílio do VLT, os cientistas observaram um disco planetário com braços espirais proeminentes, sinais claros de que existe um planeta aninhado nas suas regiões mais interiores. Trata-se da primeira vez que os astrônomos detectam um candidato a planeta no interior de um disco espiral.

O potencial planeta em formação foi detectado em torno da estrela HD 135344B, no interior de um disco de gás e poeira que a rodeia, chamado disco protoplanetário. Estima-se que o planeta em formação tenha o dobro do tamanho de Júpiter e esteja tão longe da sua estrela hospedeira como Netuno está do Sol. Foi observado moldando o material que o rodeia no interior do disco protoplanetário, à medida que cresce para se transformar num planeta completamente formado.

Os discos protoplanetários são estruturas que observamos em torno de estrelas jovens e que apresentam frequentemente padrões intrincados, como anéis, espaços vazios ou espirais. Há muito que os astrônomos previram que estes padrões são causados por planetas formação, que varrem o material à medida que orbitam em torno da sua estrela progenitora. No entanto, e até agora, ainda não tinha sido observado um destes "escultores planetários" em construção.

Particularmente e no caso do disco da HD 135344B, tinham já sido previamente detectados por outra equipa braços espirais rodopiantes com o instrumento SPHERE. Contudo, em nenhuma das observações anteriores tinham sido encontrados sinais da existência dum planeta se formando no interior do disco; veja detalhes em: O ALMA revela locais de construção planetária.

Agora, nas observações obtidas com o novo instrumento ERIS, os pesquisadores acreditam ter encontrado um planeta em formação. A equipe detectou o candidato a planeta mesmo na base de um dos braços espirais do disco, exatamente onde a teoria prevê que se poderá encontrar o planeta responsável por esculpir o padrão observado. Um artigo foi publicado ontem no periódico Astronomy & Astrophysics.

Outra equipe de astrônomos utilizou também recentemente o instrumento ERIS para observar a estrela V960 Mon, a qual se encontra ainda na fase inicial da sua vida. Num estudo publicado em 18 de Julho no peródico The Astrophysical Journal Letters, os cientistas relataram a descoberta de um objeto companheiro desta estrela jovem, embora a natureza exata desse objeto permaneça ainda um mistério.

© VLT (companheiro orbitando a estrela V960 Mon)

O novo estudo vem no seguimento de observações da estrela V960 Mon realizadas há alguns anos atrás; veja detalhes em: Novas imagens revela segredos sobre o nascimento de planetas.

Estas observações, obtidas com o SPHERE e o ALMA, revelaram que o material que orbita a V960 Mon se apresenta sob a forma de uma série de braços em espiral intrincados e que se está se fragmentando, num processo conhecido por “instabilidade gravitacional”. Este processo ocorre quando grandes aglomerados de material em torno de uma estrela se contraem e colapsam, cada um com o potencial de formar um planeta ou um objeto maior.

O trabalho anterior tinha revelado a presença de material instável, mas a questão do que aconteceria a seguir tinha ficado em aberto. Assim, com o auxílio do ERIS, foi possível procurar fragmentos compactos e luminosos que assinalassem a presença de uma companheira no disco. A equipe descobriu um potencial objeto companheiro muito próximo de um dos braços espirais observados com o SPHERE e o ALMA, e afirma que se pode tratar ou de um planeta em formação ou de uma anã marrom, um objeto maior do que um planeta que não tem massa suficiente para brilhar como uma estrela.

A ser confirmada a sua existência, trata-se da primeira detecção clara de um planeta ou anã marrom se formando por instabilidade gravitacional.

Fonte: ESO

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

Visto pela primeira vez o nascimento de um novo sistema solar

Pesquisadores internacionais identificaram, pela primeira vez, o momento em que planetas começaram se formar em torno de uma estrela que não o Sol.

© ALMA / Webb (estrela HOPS-315)

Na imagem em laranja vemos a distribuição do monóxido de carbono, que se afasta da estrela soprado por um vento em forma de borboleta; em azul, temos um jato estreito de monóxido de silício, também se afastando da estrela.

Com o auxílio do Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), do qual o Observatório Europeu do Sul (ESO) é parceiro, e do telescópio espacial James Webb (JWST), os astrônomos observaram a criação dos primeiros nódulos de matéria de formação planetária: minerais quentes que começam a solidificar-se.

Esta descoberta marca a primeira vez que um sistema planetário é identificado numa fase tão precoce da sua formação, ao mesmo tempo que abre uma janela para o passado do nosso próprio Sistema Solar.

Este sistema planetário recém nascido está surgindo em torno da HOPS-315, uma protoestrela situada a cerca de 1.300 anos-luz de distância da Terra e que é uma análoga do início do nosso Sol. 

Os astrônomos observam frequentemente em torno destas estrelas discos de gás e poeira, os chamados "discos protoplanetários", que são os locais onde se formam novos planetas. Embora já tenham sido observados anteriormente discos jovens com planetas recém formados, massivos e semelhantes a Júpiter, sempre soubemos que as primeiras partes sólidas dos planetas, ou "planetesimais", têm de se formar em fases anteriores.

No nosso Sistema Solar, o primeiro material sólido a condensar-se em torno do Sol perto da atual localização da Terra encontra-se preso em meteoritos antigos. Os astrônomos datam estas rochas primordiais para determinar quando começou a formação do nosso Sistema Solar. Estes meteoritos estão cheios de minerais cristalinos que contêm monóxido de silício (SiO) e que podem condensar-se às temperaturas extremamente elevadas presentes nos discos planetários jovens. Com o tempo, estes sólidos recém condensados juntam-se, lançando as sementes para a formação de planetas à medida que ganham tamanho e massa. Os primeiros planetesimais de tamanho quilométrico do Sistema Solar, que cresceram e se tornaram planetas como a Terra ou o núcleo de Júpiter, formaram-se logo após a condensação destes minerais cristalinos.

Com esta nova descoberta, os astrônomos encontraram provas de que estes minerais quentes começam a condensar-se no disco protoplanetário da HOPS-315. Os resultados mostram que o SiO está presente em torno desta jovem estrela no seu estado gasoso, bem como no interior destes minerais cristalinos, sugerindo que começou agora a solidificar-se.

Para descobrir de onde vinham exatamente os sinais, a equipe observou o sistema com o ALMA no deserto chileno do Atacama. Com os dados obtidos, os foi possível determinar que os sinais químicos provem de uma pequena região do disco em torno da estrela, equivalente à órbita do cinturão de asteroides em torno do Sol. O disco da HOPS-315 é um ótimo análogo para estudar a nossa própria história cósmica.

Este trabalho será publicado num artigo na revista Nature.

Fonte: ESO

O disco protoplanetário de uma estrela

Esta imagem conta a história de uma estrela solitária.

© ALMA (MP Mus)

Até há pouco tempo, os astrônomos pensavam que a estrela jovem MP Mus (PDS 66) se encontrava sozinha no Universo, rodeada apenas pelo gás e poeira que compõem o seu disco protoplanetário.

De modo geral, o material existente no interior de um disco protoplanetário condensa-se para formar novos planetas em torno da estrela, deixando grandes espaços vazios onde o gás e a poeira costumavam estar. Estas características são observadas em quase todos os discos, no entanto não se verificavam no da estrela MP Mus.

Quando os astrônomos observaram esta estrela pela primeira vez, com o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), depararam-se com um disco aparentemente liso sem a presença de protoplanetas, como podemos ver na imagem da direita.

Uma equipe, liderada por Álvaro Ribas, astrônomo da Universidade de Cambridge, no Reino Unido, voltou a observar a MP Mus com o ALMA em comprimentos de onda maiores, os quais sondam mais profundamente o disco protoplanetário. Estas novas observações, que podemos ver na imagem da esquerda, revelaram um espaço vazio e um anel que não tinham sido vistos anteriormente, sugerindo que a MP Mus pode afinal ter companhia.

Entretanto, Miguel Vioque, um astrônomo do ESO na Alemanha, estudava esta mesma estrela a partir de dados obtidos na missão Gaia da Agência Espacial Europeia (ESA). Vioque notou que a estrela oscilava. Após uma análise gravitacional aprofundada, e juntando o conhecimento das novas estruturas do disco reveladas pelo ALMA, os cientistas mostraram que este movimento de oscilação pode ser explicado pela presença de um exoplaneta gigante gasoso.

As duas equipes apresentaram os seus resultados em conjunto num novo artigo científico publicado na revista da especialidade Nature Astronomy.

Fonte: ESO

Detectado um "carrossel" planetário

Uma nova análise de dados antigos do Kepler revelou que um sistema planetário que se pensava não ter planetas tem, na verdade, dois planetas que orbitam a sua estrela num estilo único, como um carrossel à moda antiga.

© NASA (animação que mostra a dinâmica orbital do sistema KOI-134)

O sistema KOI-134 contém dois exoplanetas que orbitam a sua estrela de uma forma peculiar em dois planos orbitais diferentes, com um planeta exibindo uma variação significativa nos tempos de trânsito. Este é o primeiro sistema do gênero a ser descoberto. 

Há mais de uma década, os cientistas usaram o telescópio espacial Kepler da NASA para observar o sistema KOI-134 e pensaram que poderia ter um planeta em órbita, mas consideraram este candidato a planeta como um falso positivo, porque os seus trânsitos (ou passagens em frente da sua estrela) não estavam alinhados como esperado. Estes trânsitos eram tão anormais que o planeta foi de fato eliminado através de um sistema automatizado como um falso positivo antes de poder ser analisado mais profundamente.

No entanto, o empenho da NASA em partilhar abertamente os dados científicos significa que os pesquisadores podem constantemente rever observações antigas para fazer novas descobertas. Neste novo estudo, foram reanalisados os dados de KOI-134 obtidos pelo Kepler e confirmaram que é um sistema com dois planetas e uma dinâmica orbital muito interessante! 

Primeiro, o planeta "falso positivo", chamado KOI-134 b, foi confirmado como sendo um planeta ameno de tamanho semelhante a Júpiter. Através desta análise, foi descoberto que a razão pela qual este planeta escapou à confirmação anterior se deve ao motivo de sofrer as chamadas variações de tempo de trânsito (VTTs), ou seja, pequenas diferenças de um planeta em torno da sua estrela que podem "adiantar" ou "atrasar" o seu trânsito porque este está sendo empurrado ou puxado pela gravidade de outro planeta, o que também foi revelado neste estudo.

Estima-se que KOI-134 b transita pela sua estrela até 20 horas mais "tarde" ou mais "cedo", o que é uma variação significativa. É tão significativa que é a razão pela qual o planeta não foi confirmado nas observações iniciais. Como estas VTTs são causadas pela interação gravitacional com outro planeta, esta descoberta também revelou um irmão planetário: KOI-134 c. Ao estudar este sistema em simulações que incluem estas VTTs, foi descoberto que KOI-134 c é um planeta ligeiramente menor do que Saturno e mais próximo da sua estrela do que KOI-134 b.

O KOI-134 c escapou anteriormente à observação porque orbita num plano orbital inclinado, um plano diferente de KOI-134 b, e esta órbita inclinada impede o planeta de transitar pela sua estrela. Os dois planos orbitais destes planetas diferem em cerca de 15 graus, também conhecido como uma inclinação mútua de 15 graus, o que é significativa. Devido à interação gravitacional entre estes dois planetas, os seus planos orbitais também se inclinam para a frente e para trás. 

Outra característica interessante deste sistema planetário é algo chamado ressonância. Estes dois planetas têm uma ressonância de 2 para 1, o que significa que no mesmo tempo que um planeta completa uma órbita, o outro completa duas órbitas. Neste caso, KOI-134 b tem um período orbital de cerca de 67 dias, o que é o dobro do período orbital de KOI-134 c, que orbita a cada 33 a 34 dias.

Entre os planos orbitais separados que se inclinam para trás e para a frente, as VTTs e a ressonância, os dois planetas orbitam a sua estrela num padrão que se assemelha a dois pôneis de madeira se movendo para cima e para baixo num carrossel tradicional.

Realmente, este é o primeiro sistema planetário compacto descoberto que não é plano, tem uma VTT muito significativa e contém planos orbitais que se inclinam para a frente e para trás. Além disso, a maioria dos sistemas planetários não tem inclinações mútuas elevadas entre pares de planetas próximos. Para além de ser uma raridade, inclinações mútuas como esta também não são medidas com frequência devido a desafios no processo de observação.

Um artigo foi publicado na revista Nature Astronomy.

Fonte: NASA

Um planeta leve em torno de TWA 7

Astrônomos captaram fortes evidências da existência de um planeta com uma massa semelhante à de Saturno em órbita da jovem estrela vizinha TWA 7.

© Webb (exoplaneta ao redor da estrela TWA 7)

Nesta imagem a luz da estrela TWA 7 foi subtraída. A localização da estrela está marcada com um círculo e um símbolo de estrela no centro da imagem. Isto deixa visível a luz do disco de detritos ao redor da estrela, bem como outras fontes de infravermelhos. O ponto brilhante no canto superior direito da estrela é a fonte identificada como TWA 7b, dentro do disco de detritos. O ponto laranja mais distante, visível à esquerda da imagem, é uma estrela de fundo não relacionada.

Se confirmada, esta será a primeira descoberta de um planeta por imagem direta do telescópio espacial James Webb e o planeta mais leve alguma vez observado com esta técnica. A equipe detectou uma fraca fonte infravermelha no disco de detritos que rodeia TWA 7, usando o instrumento MIRI (Mid-Infrared Instrument) do Webb e o seu coronógrafo. 

A fonte está localizada a cerca de 1,5 segundos de arco da estrela no céu, o que, à distância de TWA 7, é cerca de cinquenta vezes a distância da Terra ao Sol. Isto corresponde à posição esperada de um planeta que explicaria as principais características observadas no disco de detritos. 

Usando o coronógrafo do MIRI no dia 21 de junho de 2024, a equipe suprimiu cuidadosamente o brilho da estrela hospedeira para revelar objetos nas proximidades. Esta técnica, designada por imagem de alto contraste, permite aos astrônomos detectar diretamente planetas que, de outra forma, se perderiam na luz avassaladora da sua estrela hospedeira. Depois de subtrair a luz estelar residual usando um avançado processamento de imagem, foi revelada uma tênue fonte infravermelha perto de TWA 7, distinguível de galáxias de fundo ou de objetos do Sistema Solar.

A fonte está localizada numa divisão de um dos três anéis de poeira que foram descobertos em torno de TWA 7 por observações terrestres anteriores. O seu brilho, cor, distância da estrela e posição dentro do anel são consistentes com as previsões teóricas de um planeta jovem, frio e de massa saturniana a esculpir o disco de detritos circundante.

A análise inicial sugere que o objeto, referido como TWA 7b, poderá ser um planeta jovem e frio, com uma massa cerca de 0,3 vezes a de Júpiter (aproximadamente 100 massas terrestres) e uma temperatura próxima de 320 Kelvin (cerca de 47 graus Celsius). A sua localização alinha-se com uma lacuna no disco, sugerindo uma interação dinâmica entre o planeta e os seus arredores. 

Os discos de detritos cheios de poeira e material rochoso encontram-se tanto em torno de estrelas jovens como de estrelas mais velhas, embora sejam mais facilmente detectados em torno de estrelas mais jovens, por serem mais brilhantes. Muitas vezes apresentam anéis ou lacunas visíveis, que se pensa serem criados por planetas que se formaram à volta da estrela, mas ainda não foi detectado um planeta assim dentro de um disco de detritos. Uma vez verificada, esta descoberta marcaria a primeira vez que um planeta foi diretamente associado à formação de um disco de detritos e poderia fornecer o primeiro indício observacional de um disco troiano, uma coleção de poeira presa na órbita do planeta. 

A TWA 7, também conhecida como CE Antilae, é uma estrela jovem (mais ou menos 6,4 milhões de anos) do tipo M localizada a cerca de 111 anos-luz de distância na associação TW Hydrae. O seu disco, quase visto de face, tornou-a um alvo ideal para as observações de alta sensibilidade do Webb no infravermelho médio.

As descobertas realçam a capacidade do Webb para explorar planetas de baixa massa, anteriormente não vistos, em torno de estrelas próximas. As observações em curso e futuras terão como objetivo restringir melhor as propriedades do candidato, verificar o seu estatuto planetário e aprofundar a nossa compreensão da formação de planetas e da evolução do disco em sistemas jovens.

Os resultados foram publicados na revista Nature.

Fonte: Space Telescope Science Institute