Um sistema solar recentemente descoberto com seis exoplanetas confirmados e um possível sétimo está aumentando o conhecimento dos astrônomos sobre a formação e evolução dos planetas. Baseando-se num arsenal global de observatórios e instrumentos, uma equipe liderada por pesquisadores da Universidade da Califórnia, Irvine, compilou as medições mais precisas até agora das massas, propriedades orbitais e características atmosféricas dos exoplanetas.
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Num artigo publicado hoje no The Astronomical Journal, os cientistas partilham os resultados do TESS-Keck Survey, fornecendo uma descrição completa dos exoplanetas que orbitam TOI-1136, uma estrela anã na Via Láctea, a mais de 270 anos-luz da Terra. O estudo é uma continuação da observação inicial da estrela e dos exoplanetas feita pela equipe em 2019, usando dados do Transiting Exoplanet Survey Satellite. Esse projeto forneceu a primeira estimativa das massas dos exoplanetas cronometrando as variações do tempo de trânsito, uma medida da atração gravitacional que os planetas em órbita exercem uns sobre os outros.
Para o estudo mais recente, os pesquisadores combinaram os dados do TTV com uma análise da velocidade radial da estrela. Usando o telescópio Automated Planet Finder no Observatório Lick no Monte Hamilton, na Califórnia, e o Espectrômetro Echelle de alta resolução no Observatório WM Keck em Mauna Kea, no Havaí, eles puderam detectar pequenas variações no movimento estelar por meio do desvio para o vermelho e do desvio para o azul do efeito Doppler – que ajudou-os a determinar leituras de massa planetária com uma precisão sem precedentes.
Para obter informações tão exatas sobre os planetas deste sistema solar, a equipe construiu modelos de computador usando centenas de medições de velocidade radial sobrepostas a dados TTV. Autor principal Corey Beard, candidato à PhD em física, disse que a combinação desses dois tipos de leituras rendeu mais conhecimento sobre o sistema do que nunca.
“Foram necessárias muitas tentativas e erros, mas ficamos muito felizes com os nossos resultados depois de desenvolver um dos modelos de sistemas planetários mais complicados na literatura sobre exoplanetas até à data,” disse Beard.
O grande número de planetas é um fator que inspirou a equipe de astronomia a conduzir mais pesquisas, de acordo com o coautor Paul Robertson, professor associado de física e astronomia da UCI.
“Vemos o TOI-1136 como sendo altamente vantajoso do ponto de vista da pesquisa, porque quando um sistema tem múltiplos exoplanetas, podemos controlar os efeitos da evolução do planeta que dependem da estrela hospedeira, e isso ajuda-nos a concentrar-nos nos mecanismos físicos individuais que levaram para que esses planetas tenham as propriedades que têm”, disse ele.
Robertson acrescentou que quando os astrônomos tentam comparar planetas em sistemas solares separados, existem muitas variáveis que podem diferir com base nas propriedades distintas das estrelas e nas suas localizações em partes diferentes da galáxia. Ele disse que observar exoplanetas no mesmo sistema permite o estudo de planetas que tiveram uma história semelhante.
Pelos padrões estelares, o TOI-1136 é jovem, com apenas 700 milhões de anos, outra característica que atrai caçadores de exoplanetas. Robertson disse que as estrelas juvenis são “difíceis e especiais” de trabalhar porque são muito ativas. O magnetismo, as manchas solares e as erupções solares são mais prevalentes e intensas durante esta fase do desenvolvimento de uma estrela, e a radiação resultante explode e esculpe os planetas, afetando as suas atmosferas.
Os exoplanetas confirmados de TOI-1136, TOI-1136 b a TOI-1136 g, são categorizados como “sub-Netunos” pelos especialistas. Robertson disse que o menor deles tem mais que o dobro do raio da Terra, e outros têm até quatro vezes o raio da Terra, comparáveis aos tamanhos de Urano e Netuno.
Todos esses planetas orbitam TOI-1136 em menos de 88 dias que Mercúrio leva para dar uma volta ao redor do Sol da Terra, de acordo com o estudo. “Estamos agrupando todo um sistema solar numa região em torno da estrela tão pequena que todo o nosso sistema planetário aqui estaria fora dela”, disse Robertson.
“Eles são planetas estranhos para nós porque não temos nada exatamente igual a eles em nosso sistema solar”, disse a coautora Rae Holcomb, candidato a Ph.D em física. “Mas quanto mais estudamos outros sistemas planetários, parece que eles podem ser o tipo de planeta mais comum na galáxia.”
Outro componente estranho deste sistema solar é a possível presença, ainda não confirmada, de um sétimo planeta. Os pesquisadores detectaram algumas evidências de outra força ressonante no sistema. Robertson explicou que quando os planetas orbitam próximos uns dos outros, eles podem atrair uns aos outros gravitacionalmente.
“Quando você ouve um acorde tocado no piano e ele soa bem para você, é porque há ressonância, ou mesmo espaçamento, entre as notas que você está ouvindo”, disse ele. “Os períodos orbitais destes planetas são espaçados de forma semelhante. Quando os exoplanetas estão em ressonância, os rebocadores estão sempre na mesma direção. Isto pode ter um efeito desestabilizador ou, em casos especiais, pode servir para tornar as órbitas mais estáveis. “
Robertson observou que, longe de responder a todas as questões da sua equipe sobre os exoplanetas neste sistema, o estudo fez com que os pesquisadores quisessem obter conhecimentos adicionais, particularmente sobre a composição das atmosferas planetárias. Essa linha de investigação seria melhor abordada através das capacidades avançadas de espectroscopia do Telescópio Espacial James Webb da NASA, disse ele.
“Estou orgulhoso de que tanto o Observatório Lick da UCO quanto os Observatórios Keck estejam envolvidos na caracterização de um sistema realmente importante”, disse Matthew Shetrone, vice-diretor dos Observatórios da UC. “Ter tantos planetas de tamanho moderado no mesmo sistema realmente nos permite testar cenários de formação. Eu realmente quero saber mais sobre esses planetas! Será que podemos encontrar um mundo de rocha derretida, um mundo de água e um mundo de gelo, todos no mesmo sistema solar?” ? Quase parece ficção científica.
Mais informações: Corey Beard et al, The TESS-Keck Survey XVII: Precise Mass Measurements in a Young, High Multiplicity Transiting Planet System using Radial Velocities and Transit Timing Variations, arXiv (2023). DOI: 10.48550/arxiv.2312.04635
Matéria publicada em Phys.Org
