Um planeta gigante orbita uma estrela pequena

Observações de um exoplaneta altamente incomum, TOI-5205 b, realizadas pelo telescópio espacial James Webb, sugerem que a sua atmosfera contém menos elementos pesados do que a estrela hospedeira.

© Instituto Carnegie (ilustração de exoplaneta em órbita de estrela vermelha)

Estas descobertas têm implicações para a nossa compreensão do processo de formação de planetas gigantes que ocorre nas fases iniciais da vida de uma estrela.

O TOI-5205 b é um exoplaneta do tamanho de Júpiter que orbita uma estrela que, por sua vez, tem cerca de quatro vezes o tamanho de Júpiter e cerca de 40% da massa do Sol. Quando passa à frente da sua estrela hospedeira, ou seja, quando realiza um trânsito, o planeta bloqueia cerca de 6% da sua luz. Ao observar este trânsito com espectrógrafos, que dividem a luz nas suas cores constituintes, os astrônomos podem tentar decifrar a composição atmosférica do planeta e aprender mais sobre a sua história e relação com a sua estrela hospedeira.

Os planetas nascem do disco giratório de gás e poeira que rodeia uma estrela na sua juventude. Embora seja geralmente aceito que os planetas gigantes se formam nestes discos resultantes do nascimento da estrela progenitora, a existência de planetas massivos como TOI-5205 b em órbita de estrelas frias a distâncias próximas levanta muitas questões sobre este processo. Para esclarecer melhor esta questão, está sendo executado o maior programa de exoplanetas do Ciclo 2 do telescópio espacial James Webb, intitulado "Anãs Vermelhas e os Sete Gigantes", concebido para estudar mundos improváveis como TOI-5205 b, por vezes designados por GEMS (“giant exoplanets around M dwarf stars”).

Em 2023, foi confirmado a existência de TOI-5205 b, dando seguimento às informações do TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) da NASA, que o identificou pela primeira vez como um candidato a planeta. As observações de três trânsitos de TOI-5205 b revelaram algo que os astrônomos não conseguiram explicar facilmente. Ficaram surpreendidos ao ver que a atmosfera do planeta tem uma concentração mais baixa de elementos pesados, em relação ao hidrogênio. do que um planeta gigante gasoso do nosso próprio Sistema Solar, como Júpiter. Tem até uma metalicidade mais baixa do que a sua própria estrela hospedeira. Isto faz com que se destaque entre todos os planetas gigantes que foram estudados até à data. Além disso, embora menos surpreendente, os trânsitos revelaram metano (CH₄) e sulfureto de hidrogênio (H₂S) na atmosfera de TOI-5205 b.

Para contextualizar as descobertas, os astrônomos utilizaram modelos sofisticados do interior planetário para prever que a composição total de TOI-5205 b é cerca de 100 vezes mais rica em metais do que a sua atmosfera, tal como medido pelos trânsitos. Foi observada Uma metalicidade muito inferior à prevista pelos modelos para a composição global do planeta, calculada a partir de medições da massa e do raio do planeta. Isto sugere que os seus elementos pesados migraram para o interior durante a formação e que, atualmente, o seu interior e a sua atmosfera não se misturam. Em resumo, estes resultados sugerem uma atmosfera planetária muito rica em carbono e pobre em oxigênio.

Um artigo foi publicado no periódico The Astronomical Journal.

Fonte: Carnegie Science

A ligação da composição dos exoplanetas e de suas estrelas hospedeiras

Os astrônomos descobriram que um planeta gigante, WASP-189b, reflete a composição da sua estrela hospedeira, fornecendo a primeira evidência direta de um conceito fundamental da astrobiologia.

© NOIRLab (ilustração de Júpiter ultraquente orbitando estrela)

Esta descoberta foi alcançada através da primeira medição simultânea de magnésio e silício gasosos na atmosfera de um planeta. A equipe utilizou o telescópio Gemini South, metade do Observatório Internacional Gemini.

A quase 320 anos-luz de distância, na direção da constelação de Balança, encontra-se WASP-189b, um exoplaneta classificado como Júpiter ultraquente. Os Júpiteres ultraquentes têm temperaturas suficientemente elevadas para vaporizar elementos formadores de rochas, como o magnésio (Mg), o silício (Si) e o ferro (Fe), oferecendo uma oportunidade rara de observar estes elementos através da espectroscopia, ou seja, a técnica de decompor a luz nos seus comprimentos de onda componentes para identificar a presença de substâncias químicas.

Os astrônomos observaram o exoplaneta WASP-189b utilizando o instrumento IGRINS (Immersion GRating INfrared Spectrograph) quando este esteve temporariamente montado no telescópio Gemini South, no Chile. Este poderoso instrumento permitiu-lhes medir simultaneamente o conteúdo de magnésio e silício na atmosfera do exoplaneta. Esta é a primeira vez que tal medição é realizada, e os dados revelam que WASP-189b partilha a mesma proporção de magnésio para silício que a sua estrela hospedeira. Esta descoberta fornece a primeira evidência observacional de uma hipótese amplamente aceita acerca da formação de planetas e abre um novo caminho para compreender como os exoplanetas se formam e evoluem.

Pensa-se que planetas gigantes e quentes como WASP-189b tenham uma camada exterior de gás cuja composição química é influenciada pelo disco de material no qual se formaram, conhecido como discos protoplanetários. E os pesquisadores assumem que a proporção de elementos formadores de rochas num disco protoplanetário corresponde à da estrela hospedeira, uma vez que ambos nasceram da mesma nuvem primordial de material.

Esta ligação química inferida entre uma estrela e os planetas que se formam à sua volta é frequentemente utilizada para modelar a composição de exoplanetas rochosos. Esta ligação baseava-se anteriormente em medições realizadas no nosso Sistema Solar e, até agora, não tinha sido observada diretamente em planetas em outros locais.

O WASP-189b proporciona-nos um ponto de referência observacional para a nossa compreensão da formação de planetas terrestres, uma vez que oferece uma quantidade mensurável que valida a suposta semelhança entre a composição estelar e a proporção de material rochoso em torno das estrelas hospedeiras utilizado para formar planetas.

Esta suposição não só é útil para compreender a formação de planetas, como também é fundamental para o campo da astrobiologia, que inclui o estudo de ambientes habitáveis no Sistema Solar. Ao medir a composição química de uma estrela, os cientistas podem inferir a abundância de elementos formadores de rochas nos exoplanetas da estrela, o que pode determinar as condições geoquímicas que tornam um planeta habitável. Por exemplo, os elementos formadores de rochas na Terra são, em parte, responsáveis pelo nosso campo magnético protetor, pela tectônica de placas e pela liberação de substâncias químicas essenciais à vida na nossa atmosfera, oceanos e solo.

À medida que o campo dos exoplanetas se volta para a caracterização de planetas terrestres e procura elucidar as condições habitáveis de mundos rochosos, as evidências empíricas que validam a relação entre as composições estelares e planetárias representam um fundamental passo em frente. E o nível de resolução espectral necessário para este tipo de estudos está atualmente disponível apenas em telescópios terrestres.

Novas observações de alta resolução em múltiplos comprimentos de onda, para estudar atmosferas de exoplanetas como a de WASP-189b, vão ajudar a revelar o inventário químico mais abrangente que existe em mundos distantes. Tais estudos permitirão uma compreensão mais profunda das condições que regem as origens, a evolução e a potencial habitabilidade dos planetas.

Um artigo foi publicado na revista Nature Communications.

Fonte: Gemini Observatory

Os melhores locais para procurar vida extraterrestre

Os astrônomos determinaram os melhores locais para procurar vida extraterrestre no Universo.

© G. Lowry / P. C. Budassi (diagrama dos limites da zona habitável)

O diagrama ilustra os limites da zona habitável em diferentes tipos de estrelas com exoplanetas rochosos. Os limites da zona habitável variam consoante a cor da estrela, uma vez que diferentes comprimentos de onda da luz aquecem a atmosfera de um planeta de forma diferente.

Entre os mais de 6.000 exoplanetas descobertos até agora, identificaram pouco menos de 50 mundos rochosos com maior probabilidade de serem habitáveis. Os pesquisadores utilizaram utilizaram novos dados da missão Gaia da ESA e do Exoplanet Archive da NASA para identificar planetas na chamada zona habitável. Esta é uma área que não fica demasiado perto de uma estrela hospedeira, onde seria demasiado quente, nem demasiado longe, onde seria demasiado frio. Significa também que, tal como a Terra, é muito mais provável que um planeta tenha água à sua superfície, o que é um ingrediente essencial para a vida. A pesquisa científica também selecionou os mundos que recebem da sua estrela uma quantidade de energia mais semelhante à que a Terra recebe do Sol.

Os pesquisadores identificaram 45 mundos rochosos que podem suportar vida na zona habitável, e outros 24 numa zona habitável 3D mais restrita, que parte de um pressuposto mais conservador sobre a quantidade de calor que um planeta pode suportar antes de perder a sua habitabilidade. Entre eles encontram-se alguns exoplanetas famosos, incluindo Proxima Centauri b, TRAPPIST-1 f e Kepler-186 f, bem como outros menos conhecidos, como TOI-715 b. Os planetas mais interessantes da lista, segundo os autores, são TRAPPIST-1 d, e, f e g, que se encontram a 40 anos-luz da Terra, bem como LHS 1140 b, que está a 48 anos-luz de distância.

A possibilidade de estes planetas terem água na forma líquida depende, em parte, da sua capacidade de reter uma atmosfera. Os mundos que recebem luz das suas estrelas de forma mais semelhante à que a Terra moderna recebe do Sol são os planetas em trânsito TRAPPIST-1 e, TOI-715 b, Kepler-1652 b, Kepler-442 b, Kepler-1544 b e os planetas Proxima Centauri b, GJ 1061 d, GJ 1002 b e Wolf 1069 b, que fazem as suas estrelas oscilarem.

Os pesquisadores também esperam que os planetas que identificaram perto dos limites da zona habitável ajudem a esclarecer exatamente onde termina a habitabilidade e se as teorias dos cientistas sobre esses limites estão corretas. Embora a ideia da zona habitável tenha vindo a ser desenvolvida desde a década de 1970, novas observações serão fundamentais para determinar se certas suposições precisam de ser adaptadas.

Além disso, os exoplanetas com órbitas elípticas incomuns em torno da sua estrela podem revelar a importância da variação da quantidade de calor que atinge um mundo e ajudar a responder à questão de saber se um planeta precisa de permanecer na zona habitável ou se pode entrar e sair dela e continuar a ser habitável. Os planetas em trânsito que podem testar o limite da habitabilidade na orla interna são K2-239 d, TOI-700 e e o K2-3 d – bem como os planetas Wolf 1061 c e GJ 1061 c, que fazem as suas estrelas oscilarem. TRAPPIST-1 g, Kepler-441 b e GJ 102 podem sondar a orla exterior da habitabilidade, onde se torna extremamente frio.

Qual é o grau de excentricidade orbital que um planeta pode ter e ainda assim manter a água na sua superfície e as condições de habitabilidade? Foram identificados planetas nos limites interno e externo da zona habitável, bem como aqueles com as excentricidades mais elevadas, para testar a compreensão do que é necessário para um planeta ser e permanecer habitável. 

Observar estes pequenos exoplanetas é a única forma de confirmar se possuem atmosferas e se é necessário rever as ideias sobre o que define a zona habitável. Foram analisados dez planetas que recebem radiação muito semelhante à da Terra, e identificados dois que estão suficientemente próximos para serem estudados com os telescópios atuais ou futuros: TRAPPIST-1 e e TOI-715 b. O sistema planetário TRAPPIST-1 é um dos principais focos de observação do telescópio espacial James Webb. Tanto TRAPPIST-1 como TOI-715 são pequenas estrelas vermelhas, o que facilita a observação dos pequenos planetas do tamanho da Terra que orbitam em seu redor.

Um artigo foi publicado no periódico Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Fonte: Carl Sagan Institute

Um sistema solar em construção?

Os astrônomos observaram a formação de dois planetas no disco em torno da estrela jovem WISPIT 2.

© ESO (sistema WISPIT 2)

Tendo já sido detectado anteriormente um planeta em torno desta estrela, a equipe recorreu agora aos telescópios do Observatório Europeu do Sul (ESO) para confirmar a presença de um outro. Estas observações, juntamente com a estrutura única do disco em torno desta estrela, indicam que o sistema WISPIT 2 poderá assemelhar-se ao nosso Sistema Solar quando este era jovem.

Este sistema é apenas o segundo conhecido, depois de PDS 70, em que dois planetas foram observados diretamente se formando em torno da sua estrela progenitora. Ao contrário de PDS 70, porém, o WISPIT 2 possui um disco de formação planetária bastante grande, com espaços vazios e anéis muito distintos. Estas estruturas sugerem que está ocorrendo atualmente a formação de mais planetas neste disco, os quais certamente serão detectados.

Com estas observações, os astrônomos procuram compreender melhor como é que os sistemas planetários bebês evoluem para se tornarem sistemas como o nosso Sistema Solar. O primeiro planeta recém formado descoberto neste sistema, denominado WISPIT 2b, foi detectado o ano passado. Este objeto possui uma massa quase cinco vezes superior à de Júpiter e orbita a estrela central a uma distância equivalente a aproximadamente 60 vezes a distância entre a Terra e o Sol.

Agora, e depois de ter sido identificado mais um objeto perto da estrela, medições realizadas com o Very Large Telescope (VLT) do ESO e o Interferômetro do VLT (VLTI) confirmaram que este objeto era outro planeta, o WISPIT 2c. O novo planeta encontra-se quatro vezes mais próximo da estrela central e tem o dobro da massa de WISPIT 2b. Ambos são gigantes gasosos, tal como os planetas exteriores do nosso Sistema Solar.

Para confirmar a existência de WISPIT 2c, a equipe utilizou o instrumento SPHERE do VLT do ESO, que captou uma imagem do objeto, e depois utilizou o instrumento GRAVITY+ do VLTI para confirmar que o objeto era um planeta.

Ambos os planetas de WISPIT 2 surgem em espaços abertos bem definidas no disco de gás e poeira que orbita esta estrela jovem. Estes espaços no disco resultam do desenvolvimento de cada planeta: as partículas no disco coalescem e a sua gravidade atrai mais material até se formar um planeta embrionário, o chamado protoplaneta. O material que sobra, em volta de cada espaço, dá origem a anéis de poeira bem característicos destes discos. Para além dos dois espaços vazios onde os dois planetas foram encontrados, existe pelo menos mais um, menor e mais afastado, no disco de WISPIT 2. Suspeita-se que exista um terceiro planeta em formação neste espaço, possivelmente com a massa de Saturno, dado que o espaço é mais estreito e menos profundo.

Com o futuro Extremely Large Telescope do ESO, será possível provavelmente obter imagens diretas de tal planeta.

O estudo publicado no periódico The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: ESO

Revelada uma nova classe de planetas fundidos

O exoplaneta conhecido como L 98-59 d orbita uma pequena estrela vermelha a cerca de 35 anos-luz da Terra.

© M. Garlick (ilustração do exoplaneta L 98-59 d)

Observações recentes do telescópio espacial James Webb e de observatórios terrestres sugeriram algo incomum: o exoplaneta tem uma densidade particularmente baixa, dado o seu tamanho (que é cerca de 1,6 vezes o da Terra) e contém quantidades significativas de sulfureto de hidrogênio na sua atmosfera.

Até agora, os astrônomos teriam classificado um planeta como este numa de duas categorias conhecidas: ou um "anão gasoso" e rochoso com uma atmosfera de hidrogênio, ou um mundo rico em água composto por oceanos profundos e por gelo. Mas estas novas descobertas revelam que L 98-59 d não se enquadra em nenhuma dessas descrições, ao invés, parece pertencer a uma classe totalmente diferente de planetas, contendo moléculas pesadas de enxofre.

Utilizando simulações computacionais avançadas, pesquisadores reconstruiram a história do exoplaneta desde pouco depois do seu nascimento até aos dias de hoje, um período de quase cinco bilhões de anos. Ao ligar diretamente as observações telescópicas a estes modelos físicos detalhados do interior e da atmosfera planetária, conseguiram determinar o que deve estar ocorrendo nas profundezas do planeta.

Os seus resultados revelam que o manto de L 98-59 d é provavelmente constituído por silicato fundido (semelhante à lava na Terra), com um oceano global de magma que se estende por milhares de quilômetros abaixo da superfície. Este vasto reservatório fundido permite que o planeta armazene quantidades extremamente grandes de enxofre nas profundezas do seu interior, ao longo de escalas geológicas de tempo. O oceano de magma também ajuda L 98-59 d a reter uma atmosfera espessa rica em hidrogênio, contendo gases que contêm enxofre, como o sulfureto de hidrogênio (H2S), responsável pelo cheiro característico de ovos podres.

Normalmente, este seria perdido para o espaço ao longo do tempo, devido aos raios X produzidos pela estrela hospedeira. Ao longo de milhares de milhões de anos, as interações químicas entre o seu interior fundido e a atmosfera moldaram o que os telescópios observam hoje em L 98-59 d. Os pesquisadores sugerem que L 98-59 d pode ser o primeiro membro reconhecido de uma população mais ampla de planetas sulfurosos ricos em gás que sustentam oceanos de magma e de longa duração. Se assim for, a diversidade de mundos na nossa Galáxia pode ser ainda maior do que se imaginava anteriormente.

As observações do telescópio espacial James Webb realizadas em 2024 indicaram a presença de dióxido de enxofre, entre outros gases sulfurosos, nas camadas superiores da atmosfera de L 98-59 d. Os novos modelos da equipe mostram que estes gases podem ser criados quando a luz ultravioleta da estrela hospedeira, a anã vermelha L 98-59, desencadeia reações químicas. Ao mesmo tempo, o oceano de magma abaixo atua como um enorme reservatório para armazenar estes gases voláteis, acumulando-os e libertando-os ao longo de bilhões de anos após a formação do planeta. Esta combinação de armazenamento profundo de voláteis no seu interior e da química atmosférica impulsionada pelos raios ultravioleta explica as propriedades notáveis do planeta.

De acordo com as simulações, L 98-59 d provavelmente formou-se com uma quantidade muito grande de material volátil e pode ter-se assemelhado, em tempos, a um planeta sub-Netuno de maiores dimensões. Ao longo de bilhões de anos, foi encolhendo gradualmente à medida que arrefecia e perdia parte da sua atmosfera. É importante referir que os oceanos de magma representam os estados iniciais universais de todos os planetas rochosos (incluindo a Terra e Marte), pelo que novos conhecimentos acerca da física dos oceanos de magma podem fornecer informações sobre o nosso próprio mundo e sobre a sua história primordial.

O telescópio espacial James Webb está coletando uma grande quantidade de novos dados, com mais a caminho pelas futuras missões Ariel e PLATO. Os pesquisadores pretendem aplicar as suas simulações a estas novas medições, utilizando métodos de aprendizagem de máquina, para mapear a diversidade de mundos localizados além do Sistema Solar e estabelecer ligações com as suas histórias iniciais. Ao fazê-lo, será possível aprender como os planetas se formam, como evoluem e, assim, definir expectativas sobre quais podem ser habitáveis.

Um artigo foi publicado na revista Nature Astronomy.

Fonte: University of Oxford

Evidências raras da colisão entre dois planetas

Astrônomos analisando dados telescópicos obtidos em 2020 quando descobriram uma estrela, de outra forma nada de especial, com um comportamento muito estranho.

© Andy Tzanidakis (colisão planetária em torno da estrela Gaia20ehk)

A estrela, denominada Gaia20ehk, encontra-se a cerca de 11.000 anos-luz da Terra, perto da constelação da Popa. É uma estrela estável da "sequência principal", muito semelhante ao nosso Sol, o que significa que deveria emitir uma luz constante e previsível. No entanto, esta estrela começou a piscar descontroladamente. A emissão de luz estelar era regular e constante, mas a partir de 2016 apresentou três quedas de brilho. 

A causa do cintilar não tinha nada a ver com a própria estrela: enormes quantidades de rocha e poeira, passavam à frente da estrela distante enquanto o material orbitava o sistema, ofuscando de forma irregular a luz que chegava à Terra. A provável origem de todos esses detritos era ainda mais notável: uma colisão catastrófica entre dois planetas.

Os planetas formam-se quando a gravidade agrupa a matéria, por exemplo: poeira, gás, gelo ou detritos rochosos, que orbita uma nova estrela. Os sistemas solares em fase inicial são caóticos, os planetas colidem e explodem frequentemente ou são lançados para o espaço exterior. Através deste processo, e ao longo de talvez 100 milhões de anos, sistemas solares como o nosso reduzem o número de planetas e estabelecem-se num equilíbrio. Por mais comuns que estas colisões provavelmente sejam, observar uma num sistema solar distante requer paciência e sorte.

O comportamento de Gaia20ehk representou um novo mistério. A flutuação particular da estrela, breves quedas no brilho seguidas de caos, nunca tinha sido observada antes. Então, a equipe usou dados de um telescópio diferente para procurar luz infravermelha em vez de luz visível.

À medida que a luz visível começava a cintilar e a enfraquecer, a luz infravermelha atingia picos. O que poderia significar que o material bloqueando a estrela era quente, tão quente que brilha no infravermelho. Uma colisão cataclísmica entre planetas produziria certamente calor suficiente para explicar a energia infravermelha. Além disso, o tipo certo de colisão poderia também explicar aquelas quedas iniciais de luminosidade. Isso pode ter sido causado quando dois planetas se aproximarem cada vez mais um do outro numa trajetória espiral. No início, ocorreram uma série de impactos tangenciais, que não produziriam muita energia infravermelha. Depois, tiveram a sua grande colisão catastrófica, e a radiação infravermelha aumentou consideravelmente. Existem também indícios de que a colisão se assemelha àquela que criou a Terra e a Lua há cerca de quatro bilhões e meio de anos. 

A nuvem de poeira está orbitando Gaia20ehk a cerca de uma unidade astronômica, a mesma distância que separa o Sol da Terra. A essa distância, o material pode eventualmente arrefecer o suficiente para se solidificar em algo semelhante ao nosso sistema Terra-Lua.

O potente Simonyi Survey Telescope, do Observatório Vera C. Rubin, será ideal para a tarefa quando iniciar o seu LSST (Legacy Survey of Space and Time) ainda este ano; alguns cálculos rápidos sugerem que o Rubin poderá encontrar 100 novos impactos nos próximos 10 anos. Isso poderá, em última análise, ajudar a restringir a busca por mundos habitáveis fora do nosso Sistema Solar.

Um artigo foi publicado no pesriódico The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: University of Washington

Análise de raro sistema planetário

Sistemas planetários como o nosso Sistema Solar levam centenas de milhões de anos a evoluir.

© ESO (ilustração do sistema planetário TOI-2076)

Tendo em conta que a humanidade existe apenas há uma minúscula fração desse tempo, os astrônomos só observaram sistemas planetários no seu nascimento ou, mais frequentemente, muito depois de terem atingido a maturidade. Há uma lacuna de informação acerca do que acontece no meio.

Mas, em breve, essa compreensão irá mudar. Pela primeira vez, os astrônomos podem caracterizar em detalhe o sistema planetário TOI-2076 desde a sua descoberta em 2020. O sistema, observado em plena transição, oferece uma nova perspectiva sobre esta outrora misteriosa fase evolutiva. O estudo observa e modela potenciais marcadores da formação cósmica usando evidências importantes: a separação de um sistema planetário denso e compacto e a evaporação dinâmica das atmosferas dos planetas causada pela intensa radiação estelar.

Pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Flórida, que usam modelos computacionais para ilustrar e estimar a evolução planetária, para testar a capacidade dos modelos em corresponder ao resultado deste sistema a partir de origens simuladas. Os seus cálculos fornecem uma forte compreensão da fugaz transição entre juventude e maturidade planetárias em todo o Universo.

Os quatro planetas do sistema orbitam uma jovem estrela anã K, com "apenas" 210 milhões de anos. Usando telescópios terrestres e dados da missão TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) da NASA, os cientistas descobriram que os planetas estão espaçados com uma sequência orbital quase consistente, indicando que já estiveram muito próximos uns dos outros, mas que estão se afastando lentamente. Também descobriram que todos os planetas têm núcleos rochosos semelhantes com uma variedade de atmosferas diferentes: o planeta mais interior perdeu completamente os seus gases originais, enquanto os três exteriores mantiveram as suas atmosferas.

Os pesquisadores previram que a perda gradual das atmosferas originais foi impulsionada por um processo chamado fotoevaporação. Isto ocorre quando a poderosa radiação de uma fonte de energia, como uma estrela, aquece a atmosfera de um planeta até que o gás escape para o espaço. Os planetas que estão mais próximos da estrela e, portanto, recebem maiores quantidades de radiação, perderiam mais gás e ficariam com mais rocha do que os seus homólogos mais distantes.

Os cientistas utilizaram modelos de evolução para simular como a fotoevaporação moldaria a evolução de planetas semelhantes, desde a origem até à adolescência, todos nascidos com a mesma composição inicial de rocha e gás. Será que a simulação produziria o mesmo resultado observado na vida real?

Sim. Na simulação, foi descoberto que os planetas evoluíram naturalmente para um estado semelhante ao observado no sistema real. Portanto, foi possível supor que a fotoevaporação estava em ação; a radiação da estrela do sistema foi o que transformou alguns planetas em rochas nuas, enquanto deixou outros com uma atmosfera gasosa. Os modelos também indicaram que a massa do planeta, que muda com a perda de gás, contribuiu para o distanciamento gradual dos planetas numa sequência orbital. A simulação também forneceu indicações de quanto tempo leva para um sistema atingir a adolescência, sugerindo que a maior parte da perda atmosférica ocorre nos primeiros 100 milhões de anos de vida de um sistema. Após esse ponto, a formação do sistema estabiliza-se e assim permanece por bilhões de anos.

O modelo, agora atualizado com estas novas descobertas, ajudará os astrônomos a desvendar a história dos sistemas planetários mais antigos. Também pode orientar as previsões de como os planetas jovens que descobriram acabarão por evoluir. Observar TOI-2076 em plena evolução foi um feito raro que rendeu descobertas extremamente valiosas. Compreender quando um sistema planetário atinge a sua transformadora adolescência, e qual o seu aspecto, fornece um instantâneo crítico de como os sistemas infantis evoluem e se estabelecem nas configurações estáveis observadas em torno de estrelas mais antigas. A nova ligação ajudará a ilustrar uma imagem mais clara de como os sistemas planetários, incluindo aqueles como o nosso, amadurecem.

Um artigo foi publicado na revista Nature Astronomy.

Fonte: Florida Institute of Technology

Descoberto um sistema planetário atípico

Os oito planetas conhecidos podem ser classificados em dois tipos diferentes: rochosos e gasosos.

© ESA (ilustração do sistema planetário em torno da estrela LHS 1903)

Na imagem, as distâncias e os tamanhos dos planetas não estão em escala, o quarto planeta, o mais exterior, é muito menor do que os outros três exoplanetas do sistema.

Os planetas interiores que estão mais próximos do Sol, Mercúrio a Marte, são rochosos e os planetas exteriores, Júpiter a Netuno, são gasosos. Este padrão geral, em que os sistemas planetários se formam com planetas rochosos mais próximos da sua estrela, seguidos de planetas gasosos como corpos exteriores, tem sido habitualmente observado em todo o Universo. É o que as nossas atuais teorias de formação planetária preveem e o que as observações confirmaram amplamente ser verdade.

Isto foi assim até os cientistas olharem mais atentamente para o sistema planetário em torno de uma estrela chamada LHS 1903 com o satélite CHaracterising ExOPlanet Satellite (Cheops) da ESA. O que acabaram de descobrir pode modificar a nossa compreensão de como os planetas se formam.

LHS 1903 é uma pequena estrela anã M vermelha, mais fria e menos brilhante do que o nosso Sol. Thomas Wilson, da Universidade de Warwick, no Reino Unido, e a sua equipe internacional combinaram os esforços de vários telescópios no espaço e na Terra para classificar três planetas que tinham detectado em órbita de LHS 1903. Conseguiram concluir que o planeta mais interior parecia ser rochoso e os dois que se lhe seguiam eram gasosos.

Quando os astrônomos estavam analisando as observações feitas pelo Cheops da ESA que descobriram algo estranho: os dados mostravam um pequeno quarto planeta, mais afastado de LHS 1903. E após uma inspeção mais minuciosa, os cientistas ficaram surpreendidos ao descobrir que este planeta parece ser rochoso!

O sistema apresenta a ordem de planetas rochoso-gasoso-gasoso e depois rochoso novamente. Os planetas rochosos não se formam normalmente tão longe da sua estrela natal. As teorias atuais de formação planetária preveem que os planetas interiores de um sistema sejam pequenos e rochosos, porque perto da estrela a radiação é tão poderosa que varre a maior parte do gás ao redor do núcleo rochoso dos planetas. Mais longe da estrela de um sistema planetário, as condições são suficientemente frias para que uma atmosfera espessa se forme num planeta gasoso.

A pesquisa conduziu a uma explicação intrigante: os planetas podem ter-se formado um a seguir ao outro, em vez de ao mesmo tempo. De acordo com o nosso conhecimento atual, os planetas formam-se a partir de discos de gás e poeira (discos protoplanetários), aglomerando-se em embriões planetários aproximadamente ao mesmo tempo. Estes aglomerados evoluem depois para planetas de diferentes tamanhos e composições ao longo de milhões de anos. 

O pequeno mundo rochoso ou é uma exceção estranha, ou a primeira evidência de uma tendência que ainda não conhecíamos. De qualquer forma, a descoberta pede uma explicação que está para além das nossas teorias mais comuns de formação de planetas.

À medida que os nossos instrumentos melhoram, continuamos a descobrir cada vez mais sistemas planetários "estranhos" na vastidão do espaço. Estes sistemas obrigam-nos a questionar a nossa compreensão e fazem-nos reconsiderar as teorias estabelecidas sobre a formação de planetas. Em última análise, estas descobertas estão ajudando a aprender como o nosso Sistema Solar se encaixa na grande e diversa família de sistemas planetários.

Um artigo foi publicado na revista Science.

Fonte: ESA

Modelo de inteligência artificial analisa os dados do TESS

Os cientistas descobriram mais de 6.000 planetas que orbitam outras estrelas para além do nosso Sol.

© STScI (estrela TRAPPIST-1 com dois planetas em trânsito)

Mais de metade destes exoplanetas foram descobertos graças aos dados da missão Kepler, já aposentada, e da atual missão TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) da NASA. No entanto, o enorme tesouro de dados destas missões contém ainda muitos planetas por descobrir. Todos os dados de ambas as missões estão disponíveis publicamente nos arquivos da NASA e muitas equipes em todo o mundo utilizaram esses dados para encontrar novos planetas utilizando várias técnicas.

Em 2021, uma equipe do Ames Research Center da NASA, em Silicon Valley, na Califórnia, criou o ExoMiner, um software de código aberto que utilizou a inteligência artificial (IA) para validar 370 novos exoplanetas a partir dos dados do Kepler. Agora, foi criada uma versão do modelo treinado com os dados do Kepler e do TESS, denominado ExoMiner++. O novo algoritmo identificou 7.000 alvos como candidatos a exoplanetas a partir dos dados do TESS numa primeira tentativa.

Um candidato a exoplaneta é um sinal que é susceptível de ser um planeta, mas que para ser confirmado requer observações de acompanhamento com telescópios adicionais. O ExoMiner++ pode ser transferido gratuitamente a partir do website GitHub, permitindo a qualquer pesquisador utilizar a ferramenta para procurar planetas no crescente arquivo de dados públicos do TESS.

O ExoMiner++ analisa observações de possíveis trânsitos para prever quais os que são causados por exoplanetas e quais os que são causados por outros eventos astronômicos, como eclipses de estrelas binárias. O Kepler e o TESS funcionam de forma diferente; o TESS está observando quase todo o céu, principalmente à procura de planetas que transitam por estrelas próximas, enquanto o Kepler analisou uma pequena parte do céu mais profundamente do que o TESS. Apesar destas diferentes estratégias de observação, as duas missões produzem conjuntos de dados compatíveis, o que permite ao ExoMiner++ treinar os dados de ambos os telescópios e obter resultados sólidos.

A próxima versão do ExoMiner++ irá melhorar a utilidade do modelo e informar os futuros esforços de detecção de exoplanetas. Embora o ExoMiner++ possa atualmente identificar candidatos a planeta quando lhe é dada uma lista de possíveis sinais de trânsito, a equipe está também trabalhando para dar ao modelo a capacidade de identificar os próprios sinais a partir dos dados.

O futuro telescópio espacial Nancy Grace Roman da NASA irá captar dezenas de milhares de trânsitos de exoplanetas; e, tal como os dados do TESS, os dados do Roman estarão disponíveis gratuitamente, de acordo com o compromisso da NASA para com a ciência de qualidade e o compartilhamento de dados com o público.

Um artigo foi publicado no periódico The Astronomical Journal.

Fonte: NASA

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