Exoplaneta colossal é uma das Super-Terras mais massivas já descobertas

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Impressão artística de TOI-1075b. (Créditos: NASA/JPL-Caltech)

Traduzido por Julio Batista
Original de Michelle Starr para o ScienceAlert

Um exoplaneta recém-descoberto a apenas 200 anos-luz de distância pode ajudar a eslarecer um dos mistérios mais estranhos da ciência planetária.

Com cerca de 1,8 vezes o raio da Terra, o objeto chamado TOI-1075b está entre os maiores exemplos de um exoplaneta super-Terra que encontramos até o momento. Ele também se encontra solidamente no que chamamos de lacuna do raio do planeta pequeno; um aparente déficit de planetas entre 1,5 e 2 raios terrestres.

Super-Terras rochosas ligeiramente menores foram encontradas. O mesmo aconteceu com mundos um pouco maiores, com atmosferas nebulosas e gasosas, conhecidas como mini-Netunos. Mas planetas entre essas duas massas é uma espécie de deserto.

A massa do TOI-1075b é 9,95 vezes maior que a da Terra. Isso é muito pesado para um mundo gasoso; na densidade inferida, é provável que o exoplaneta seja rochoso, como Mercúrio, Terra, Marte e Vênus. Essa peculiaridade o torna um candidato ideal para sondar as teorias da formação e evolução planetária.

A lacuna do raio do planeta pequeno só foi identificada alguns anos atrás, em 2017, quando tínhamos um catálogo grande o suficiente de exoplanetas (planetas extrassolares, ou planetas fora do Sistema Solar) para os cientistas perceberem um padrão. Para exoplanetas dentro de uma certa proximidade de suas estrelas, muito poucos mundos foram encontrados que preenchem essa lacuna.

Há várias explicações possíveis para isso; o principal parece ser que, abaixo de um certo tamanho, um exoplaneta simplesmente não tem massa para reter uma atmosfera contra a radiação evaporativa tão próxima da estrela hospedeira. De acordo com este modelo, os exoplanetas na lacuna devem, portanto, ter uma atmosfera bastante considerável, consistindo principalmente de hidrogênio e hélio.

Aí que entra TOI-1075b. Foi detectado em dados do telescópio de caça de exoplanetas da NASA, TESS. Abreviação de Transiting Exoplanet Survey Satellite, o TESS procura por quedas fracas e regulares na luz de outras estrelas, sugerindo que essas estrelas estão sendo orbitadas por um exoplaneta. Os astrônomos também podem dizer o raio desse exoplaneta com base em quanto da luz da estrela está diminuindo.

Os dados do TESS sugeriram que a estrela anã laranja TOI-1075 estava sendo orbitada por um exoplaneta em torno de 1,72 vezes o raio da Terra, em um período orbital de cerca de 14,5 horas. Isso chamou a atenção do astrônomo Zahra Essack, do MIT, que estuda super-Terras quentes. Nesse raio e proximidade, o mundo então candidato se encaixa nos critérios para um mundo com lacunas de raio.

O próximo passo para tentar entender a natureza desse exoplaneta foi pesá-lo. Isso envolve levar um conta um efeito diferente que um exoplaneta tem em sua estrela hospedeira: gravitacional. A maior parte da gravidade em uma interação estrela-planeta é fornecida pela estrela, mas o planeta também exerce um pequeno puxão gravitacional na estrela. Isso significa que uma estrela oscila muito levemente no local, e os astrônomos podem detectar isso em pequenas mudanças na luz da estrela.

Se conhecermos a massa da estrela, essas mudanças podem ser usadas para medir a massa do planeta que oscila a estrela. O TOI-1075 tem massa e raio de cerca de 60% do nosso próprio Sol, então Essack e seus colegas conseguiram calcular com precisão a massa do exoplaneta para 9,95 massas terrestres. E suas medições de precisão do tamanho retornaram 1,791 raios terrestres.

Se você souber o tamanho de algo e o quão pesado é, poderá calcular sua densidade média. E TOI-1075b? Acabou sendo um choque absoluto. Tem uma densidade de 9,32 gramas por centímetro cúbico. Isso é quase o dobro da densidade da Terra de 5,51 gramas por centímetro cúbico, tornando-o um candidato à super-Terra mais densa nos registros.

Um exoplaneta na lacuna de massa deve ter uma atmosfera substancial de hidrogênio-hélio. A densidade do TOI-1075b é inconsistente com uma atmosfera substancial. Isso é muito curioso. Mas o que o exoplaneta poderia ter é potencialmente ainda mais fascinante.

“Com base na composição prevista do TOI-1075b e no período orbital ultracurto, não esperamos que o planeta tenha retido um envoltório de H/He”, escreveram os pesquisadores em seu paper.

“Mas, TOI-1075b poderia ter: nenhuma atmosfera (rocha pura); uma atmosfera de vapor de metal/silicato com uma composição definida pela vaporização do oceano de magma na superfície, uma vez que a temperatura de equilíbrio de TOI-1075 b é quente o suficiente para derreter uma superfície rochosa; ou, especialmente no limite inferior de sua faixa de densidade média permitida, possivelmente uma atmosfera fina de H/He ou CO2 ou outra atmosfera.

Sim, você leu certo. TOI-1075b é tão quente (por estar tão perto de sua estrela) que sua superfície pode ser um oceano de magma que produz uma atmosfera de rocha vaporizada.

A boa notícia aqui é que podemos descobrir. Como vimos recentemente, o Telescópio Espacial James Webb é um poderoso adepto de investigar as atmosferas de exoplanetas. Apontá-lo para TOI-1075b deve revelar se ele tem uma atmosfera fina, uma atmosfera de silicato ou nenhuma atmosfera – e essa informação pode revelar alguma peculiaridade anteriormente desconhecida da formação e evolução do planeta e como as super-Terras perdem seu gás.

A pesquisa da equipe foi aceita no The Astronomical Journal e está disponível no arXiv.