Encontrado o elo perdido dos planetas mais comuns da Galáxia

Uma das maiores surpresas recentes da astronomia é a descoberta de que a maior parte das estrelas como o Sol abrigam um planeta entre o tamanho da Terra e de Netuno dentro da órbita de Mercúrio, tamanhos e órbitas ausentes do nosso Sistema Solar.

© NINS (ilustração do sistema planetário V1298 Tau)

Estas "super-Terras" e "sub-Netunos" são os planetas mais comuns da Galáxia, mas a sua formação tem estado envolta em mistério. Agora, astrônomos encontraram um elo crucial em falta. Ao "pesar" quatro planetas recém-nascidos no sistema V1298 Tau, captaram uma rara visão de mundos no processo de se transformarem nos tipos de planetas mais comuns da Galáxia.

O estudo centrou-se em V1298 Tau, uma estrela com apenas cerca de 20 milhões de anos, um piscar de olhos no tempo cósmico em comparação com o nosso Sol com 4,5 bilhões de anos. Em órbita desta jovem e ativa estrela estão quatro planetas gigantes, todos com tamanhos entre Netuno e Júpiter, apanhados numa fase fugaz e turbulenta de rápida evolução. Este sistema parece ser um antepassado direto dos sistemas compactos e multiplanetários que se encontram por toda a Galáxia.

Tal como a Pedra de Roseta que ajudou na decifração dos hieróglifos egípcios, V1298 Tau ajuda-nos a descodificar como os planetas mais comuns da Galáxia surgiram. Durante uma década, a equipe utilizou um arsenal de telescópios terrestres e espaciais para medir com precisão o momento em que cada planeta passava em frente da estrela, um evento conhecido como trânsito. Ao cronometrar estes trânsitos, os astrônomos detectaram que as órbitas dos planetas não eram perfeitamente regulares. A sua configuração orbital e a gravidade fazem com que puxem uns pelos outros, acelerando ou abrandando ligeiramente a sua dança celeste.

Estas pequenas alterações de tempo, chamadas Variações de Tempo de Trânsito (VTTs), permitiram à equipe medir, pela primeira vez, a massa dos planetas de forma robusta. Ao usar as VTTs, é aplicada essencialmente a gravidade dos planetas uns contra os outros. O tempo exato em que eles puxam pelos seus vizinhos permitiu calcular as suas massas e evitar os obstáculos com esta jovem estrela.

Os planetas, apesar de terem 5 a 10 vezes o raio da Terra, têm massas de apenas 5 a 15 vezes a do nosso planeta. Isto torna-os incrivelmente pouco densos, mais parecidos com algodão doce do tamanho de um planeta do que com mundos rochosos. Os raios incomumente grandes dos planetas jovens levaram à hipótese de que têm densidades muito baixas e excepcionalmente "inchados". O seu inchaço ajuda a resolver um enigma de longa data na formação de planetas. Um planeta que simplesmente se forma e arrefece ao longo do tempo seria muito mais compacto. A análise da equipe revela que estes planetas devem ter sofrido uma transformação dramática no início das suas vidas, perdendo rapidamente grande parte das suas atmosferas iniciais e arrefecendo drasticamente quando o disco rico em gás ao redor da sua jovem estrela desapareceu.

Estes planetas já sofreram uma transformação dramática, perdendo rapidamente grande parte das suas atmosferas originais e arrefecendo mais depressa do que o esperado pelos modelos padrão. V1298 Tau é um elo crítico entre as nebulosas formadoras de estrelas e planetas que vemos por todo o céu e os sistemas planetários maduros que agora foram descobertos aos milhares. O sistema V1298 Tau serve agora como um laboratório crucial para compreender as origens dos planetas mais abundantes da Via Láctea, dando aos cientistas um vislumbre sem precedentes das vidas turbulentas e transformadoras de mundos jovens. Compreender sistemas como V1298 Tau pode também ajudar a explicar porque é que o nosso próprio Sistema Solar não tem as super-Terras e sub-Netunos que são tão abundantes em outras partes da Galáxia.

Um artigo foi publicado na revista Nature.

Fonte: National Astronomical Observatory of Japan

Descoberto um estranho exoplaneta que orbita um pulsar

Os pesquisadores descobriram um exoplaneta com uma atmosfera bizarra.

© STScI (ilustração de um exoplaneta e um pulsar)

Os cientistas catalogaram este exoplaneta como PSR J2322-2650b. Chama-se assim porque orbita um pulsar (estrela de nêutrons em rápida rotação) designado PSR J2322-2650, que fica na constelação de Sculptor.

Usando o telescópio espacial James Webb (JWST), a equipe determinou que o exoplaneta tem uma atmosfera exótica dominada por hélio e carbono, diferente de qualquer outra já vista antes. Tem uma massa aproximadamente igual a Júpiter, mas as nuvens de fuligem flutuam pelo ar; e, nas profundezas do planeta, essas nuvens de carbono podem se condensar para formar diamantes.

O exoplaneta orbita o pulsar a cada 7,8 horas a uma distância de apenas 1,6 milhão de quilômetros, pouco mais de 1% da distância da Terra do Sol. Além disso, a modelagem computacional das variações de brilho do planeta ao longo de sua órbita revelou que as forças gravitacionais do pulsar muito mais pesado estão distorcendo o PSR J2322-2650b na forma de um limão.

Como todos os pulsares, ele emite feixes de radiação de seus polos. Como ele gira, esses feixes varrem nosso campo de visão e fazem com que a estrela pareça pulsar em intervalos regulares, neste caso com apenas milissegundos de distância. A estrela está emitindo principalmente raios gama e outras partículas de alta energia, que são invisíveis para os sensores infravermelhos da JWST. Isso significa que os cientistas podem estudar o planeta em detalhe em toda a sua órbita. Isso geralmente é uma tarefa difícil, porque os planetas geralmente são milhões de vezes mais fracos do que as estrelas que orbitam.

Este sistema é único porque somos capazes de ver o planeta iluminado por sua estrela hospedeira, mas não vemos a estrela hospedeira. Assim, é possível obter um espectro realmente intocado, e estudar melhor esse sistema com mais detalhes do que os exoplanetas normais. Foram encontradas moléculas de carbono molecular, especificamente C3 e C2 no exoplaneta. No núcleo do planeta, submetido a uma pressão intensa, é possível que esse carbono possa ser espremido em diamantes. Mas, a questão maior é como tal planeta poderia ter se formado?

Isto pode ter sido gerado pelo emparelhamento de um pulsar com uma pequena estrela companheira de baixa massa. Normalmente, o material da companheira flui para o pulsar, fazendo com que ele gire mais rápido, o que alimenta um vento forte. Aquele vento somado à radiação do pulsar evaporam a estrela menor e menos massiva. Mas PSR J2322-2650b é um exoplaneta, não uma estrela.

O membro da equipe Roger Romani, de Stanford e do Instituto Kavli de Astrofísica de Partículas e Cosmologia, é um dos especialistas proeminentes do mundo em sistemas de deste tipo. Ele propõe um fenômeno evocativo que poderia ocorrer na atmosfera única. “À medida que a companheira esfria, a mistura de carbono e oxigênio no interior começa a se cristalizar," teorizou Romani. “Cristais de carbono puros flutuam até o topo e se misturam ao hélio, e é isso que vemos. Mas então algo tem que acontecer para manter o oxigênio e o nitrogênio longe. E é aí que há controvérsia,” disse Romani.

Um artigo foi aceito para publicação no periódico The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: Astronomy

Revelado o maior e mais caótico berçário de planetas já encontrado

Com o telescópio espacial Hubble, astrônomos obtiveram imagens do maior disco protoplanetário alguma vez observado em torno de uma estrela jovem.

© Hubble (IRAS 23077+6707)

Pela primeira vez em luz visível, o telescópio espacial Hubble revelou que o disco é inesperadamente caótico e turbulento, com filamentos de material que se estendem muito mais acima e abaixo do disco do que foi visto em qualquer sistema semelhante.

Estranhamente, os filamentos mais extensos só são visíveis num dos lados do disco. As descobertas constituem um novo marco para o Hubble e lançam luz sobre a maneira como os planetas podem se formar em ambientes extremos.

Localizado a cerca de 1.000 anos-luz da Terra, IRAS 23077+6707, apelidado de "Chivito de Drácula", estende-se por mais de 600 bilhões de quilômetros, 40 vezes a distância até ao limite exterior do Cinturão de Kuiper do Sistema Solar.

O disco obscurece a jovem estrela no seu interior, que os cientistas pensam poder ser uma estrela quente e massiva, ou um par de estrelas. E o enorme disco não é apenas o maior disco de formação planetária conhecido; está também se tornando num dos mais incomuns.

A alcunha "Chivito de Drácula" reflete de forma engraçada o legado dos seus pesquisadores, um da Transilvânia e outra do Uruguai, onde o prato nacional é um sanduíche chamado chivito.

O disco, visto de lado, assemelha-se a um hambúrguer, com uma faixa central escura ladeada por brilhantes camadas superiores e inferiores de poeira e gás. A altura impressionante destas características não foi a única coisa que captou a atenção dos cientistas. As novas imagens revelaram que as características semelhantes a filamentos, verticalmente imponentes, aparecem apenas num dos lados do disco, enquanto o outro lado parece ter uma orla pronunciada e não ter filamentos visíveis. Esta estrutura peculiar e assimétrica sugere que processos dinâmicos, como a recente queda de poeira e gás, ou interações com os seus arredores, estão moldando o disco.

Todos os sistemas planetários são formados a partir de discos de gás e poeira que rodeiam estrelas jovens. Com o tempo, o gás é acretado para a estrela e os planetas emergem do material remanescente. O IRAS 23077+6707 pode representar uma versão ampliada do nosso Sistema Solar primitivo, com uma massa de disco estimada em 10 a 30 vezes a de Júpiter, material suficiente para formar múltiplos gigantes gasosos. Este fato, juntamente com as novas descobertas, torna-o um caso excepcional para estudar o nascimento de sistemas planetários.

Em teoria, IRAS 23077+6707 poderia abrigar um vasto sistema planetário. Embora a formação planetária possa ser diferente em ambientes tão massivos, os processos subjacentes são provavelmente semelhantes.

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal.

Fonte: Harvard–Smithsonian Center for Astrophysics

Fuga de hélio no exoplaneta WASP-107 b

Uma equipe internacional utilizou o telescópio espacial James Webb (JWST) para observar nuvens gigantes de hélio escapando do exoplaneta WASP-107 b.

© T. Roger (ilustração do exoplaneta WASP-107 b)

A análise da pesquisa fornece pistas valiosas para compreender este fenômeno de fuga atmosférica, que influencia a evolução dos exoplanetas e molda algumas das suas características. Por vezes, a atmosfera de um planeta escapa-se para o espaço. É o caso da Terra, que perde irreversivelmente um pouco mais de 3 kg de matéria (sobretudo hidrogênio) por segundo.

Este processo é de particular interesse para os astrônomos no estudo dos exoplanetas situados muito perto da sua estrela, que, aquecidos a temperaturas extremas, estão precisamente sujeitos a este fenômeno.  Desempenha um papel importante na sua evolução.

A equipe conseguiu observar grandes fluxos de gás hélio escapando de WASP-107 b. Este exoplaneta está localizado a mais de 210 anos-luz do nosso Sistema Solar. Esta é a primeira vez que este elemento químico é identificado com o JWST num exoplaneta, permitindo uma descrição detalhada do fenômeno.

Descoberto em 2017, WASP-107 b está localizado sete vezes mais perto da sua estrela do que Mercúrio, o planeta mais próximo do nosso Sol. A sua densidade é muito baixa porque tem o tamanho de Júpiter, mas tem apenas um décimo da sua massa, colocando-o entre os chamados "superinchados", uma categoria de exoplanetas com densidades extremamente baixas.

O vasto fluxo de hélio foi detectado na extensão da sua atmosfera, chamada "exosfera". Esta nuvem bloqueia parcialmente a luz da estrela mesmo antes de o planeta passar à sua frente. Os modelos de escape atmosférico confirmam a presença de fluxos de hélio, tanto à frente como atrás do planeta, que se estendem na direção do seu movimento orbital até cerca de dez vezes o raio do planeta.

Para além do hélio, os astrônomos puderam confirmar a presença de água e de vestígios de misturas químicas (incluindo monóxido de carbono, dióxido de carbono e amoníaco) na atmosfera do planeta, enquanto constataram a ausência de metano, que o JWST é capaz de detectar.

Estas são pistas valiosas para reconstruir a história da formação e migração de WASP-107 b: o planeta formou-se longe da sua órbita atual, depois aproximou-se da sua estrela, o que explicaria a sua atmosfera inchada e a perda de gás. O estudo de WASP-107 b é uma referência fundamental para compreender melhor a evolução e a dinâmica destes mundos distantes.

Na Terra, a fuga atmosférica é demasiado fraca para influenciar drasticamente o nosso planeta. Mas seria responsável pela ausência de água no nosso vizinho próximo, Vênus. É, portanto, essencial compreender os mecanismos deste fenômeno, que poderia desgastar a atmosfera de certos exoplanetas rochosos.

Um artigo foi publicado no periódico Nature Astronomy.

Fonte: Université de Genève

Três planetas do tamanho da Terra descobertos num sistema binário

Astrônomos revelaram a existência de três planetas do tamanho da Terra no sistema estelar binário TOI-2267, situado a cerca de 190 anos-luz de distância.

© U. Grenoble Alpes (ilustração do sistema TOI-2267)

Esta descoberta é notável porque fornece detalhes sobre a formação e a estabilidade dos planetas em ambientes de estrelas duplas, que há muito são considerados hostis ao desenvolvimento de sistemas planetários complexos. A análise mostra um arranjo planetário único: dois planetas transitam por uma estrela e o terceiro transita pela sua estrela companheira. Isto faz com que TOI-2267 seja o primeiro sistema binário conhecido por abrigar planetas em trânsito em torno de ambas as suas estrelas. TOI-2267 é um binário compacto: duas estrelas orbitam-se uma à outra numa configuração íntima, criando um ambiente gravitacionalmente instável para a formação de planetas. No entanto, os investigadores identificaram três planetas do tamanho da Terra em órbitas curtas, um resultado surpreendente que desafia vários modelos clássicos de formação planetária.

Embora o telescópio espacial TESS da NASA tenha fornecido os dados, a identificação inicial de dois dos três planetas foi conseguida pelos astrônomos da Université de Liège e do IAA-CSIC utilizando o seu próprio software de detecção, o SHERLOCK.

Esta descoberta precoce permitiu à equipe desencadear observações de seguimento a partir do solo com bastante antecedência. A confirmação subsequente da natureza planetária destes sinais exigiu uma campanha intensiva com vários observatórios. Entre eles, os telescópios SPECULOOS e TRAPPIST, liderados pela Université de Liège, desempenharam um papel central. Estas instalações robóticas, otimizadas para estudar pequenos exoplanetas em torno de estrelas fracas e frias, foram cruciais para confirmar os planetas e caracterizar o sistema.

Esta descoberta levanta muitas questões sobre a formação de planetas em sistemas binários e abre caminho a novas observações, nomeadamente com o telescópio espacial James Webb e a próxima geração de telescópios terrestres gigantes. Estes instrumentos permitirão medir com precisão as massas, densidades e talvez até a composição atmosférica destes mundos distantes.

Um artigo foi publicado no periódico Astronomy & Astrophysics.

Fonte: Université de Liège