Traduzido por Julio Batista
Original de Michelle Starr para o ScienceAlert
Os astrônomos acabaram de encontrar uma bala de canhão cósmica.
Em torno de uma estrela a cerca de 730 anos-luz de distância orbita um exoplaneta do tamanho de Júpiter, mas com uma densidade que confunde a mente. Os astrônomos determinaram que o mundo, chamado TOI-4603b, tem uma massa de quase 13 Júpiteres.
Isso significa que é quase 3 vezes a densidade da Terra e pouco mais de 9 vezes a densidade de Júpiter. E é realmente próximo de sua estrela, com uma órbita apertada de apenas 7,25 dias.
Isso o coloca em uma categoria pequena, mas significativa, de mundos que desafiam nossa compreensão da formação e evolução planetária. Esta descoberta, aceita para publicação na Astronomy & Astrophysics Letters, está disponível no servidor de pré-publicação arXiv.
“É um dos planetas gigantes em trânsito mais maciços e densos conhecidos até hoje”, escreveu uma equipe de astrônomos liderada por Akanksha Khandelwal, do Laboratório de Pesquisa Física da Índia, “e uma adição valiosa à população de menos de cinco planetas maciços próximos em uma região de sobreposição de anãs marrons de baixa massa que é ainda mais necessária para a compreensão dos processos responsáveis por sua formação.”
Teoricamente, há um limite para quanta massa um planeta pode ter. Isso porque, acima de um certo limite crítico, a temperatura e a pressão exercidas no núcleo são suficientes para iniciar a fusão nuclear, o processo de união de átomos para criar elementos mais pesados.
Para uma estrela, a massa mínima na qual esse processo começa é de cerca de 85 Júpiteres; nesse ponto, os átomos de hidrogênio começam a se fundir em hélio.
Acredita-se que o limite superior de massa de um planeta esteja em torno de 10 a 13 Júpiteres. E os objetos que ficam no espaço entre eles são conhecidos como anãs marrons. Estes não têm massa suficiente para a fusão do hidrogênio; no entanto, seus núcleos podem fundir deutério, um isótopo pesado de hidrogênio que não precisa de tanto calor e pressão.
As estrelas se formam de cima para baixo, quando um aglomerado denso em uma nuvem molecular colapsa sob a gravidade para formar uma protoestrela. A estrela então cresce absorvendo o material da nuvem ao seu redor, que se organiza em um disco.
A poeira e o gás que sobraram após esse processo formam os planetas, em um processo que começa de baixo para cima quando pedaços de detritos começam a se unir, eventualmente formando aglomerados que se transformam em planetas.
Acredita-se que as anãs marrons se formem como estrelas, a partir de um aglomerado de nuvem molecular que colapsa sob a gravidade. Elas geralmente são encontradas orbitando estrelas com uma separação bastante ampla, com um mínimo de cinco unidades astronômicas (UA) – isso é cinco vezes a distância entre a Terra e o Sol.
Os astrônomos acreditam que eles se formam de maneira semelhante às estrelas, colapsando de um aglomerado de material em uma nuvem, e há um notável “deserto” de anãs marrons com órbitas próximas.
TOI-4603b foi detectado pela primeira vez em dados do telescópio espacial de caça a exoplanetas TESS da NASA, que estuda regiões do céu em busca de quedas fracas e regulares na luz das estrelas que sugerem a presença de um exoplaneta em órbita. Os dados do TESS sugeriram um mundo com 1,042 vezes o raio de Júpiter, girando em torno de sua estrela em pouco mais de uma semana.
A equipe seguiu buscando medições de velocidade radial. Essa é a quantidade pela qual a gravidade de um exoplaneta move sua estrela hospedeira, pois os dois corpos orbitam um centro de gravidade mútuo. Se você conhece a massa da estrela, pode calcular a massa do exoplaneta calculando quanto a estrela está se movendo.
Foi assim que os pesquisadores obtiveram uma massa para TOI-4603b de 12,89 vezes a massa de Júpiter. A combinação disso com o raio do objeto permitiu que a equipe chegasse a uma densidade média de 14,1 gramas por centímetro cúbico. A densidade da Terra, para contextualizar, é de 5,51 gramas por centímetro cúbico. Júpiter é de 1,33 gramas por centímetro cúbico. O chumbo tem uma densidade de 11,3 gramas por centímetro cúbico.
Isso não é nada estranho, para uma anã marrom, que em média tem cerca de 0,83 vezes o raio de Júpiter; uma anã marrom, com um raio 0,87 vezes o de Júpiter, tem uma massa de cerca de 61,6 Júpiteres, por exemplo. Essas coisas podem ficar muito mais densas do que TOI-4603b.
TOI-4603b se encaixa na maioria dos critérios para ser classificado como um exoplaneta, e é assim que Khandelwal e seus colegas o chamam. Mas está bem no limite do limite de massa das anãs marrons, o que significa que pode ser um mundo importante para entender como as anãs marrons e os planetas gigantes se formam e como sua relação com suas estrelas evolui.
Por exemplo, o exoplaneta tem uma órbita significativamente oval ou excêntrica, sugerindo que ainda está se acomodando nela. E a estrela também tem uma companheira anã marrom, orbitando a cerca de 1,8 unidades astronômicas, que pode ter interagido gravitacionalmente com o TOI-4603b. Essas pistas sugerem que o exoplaneta está migrando para mais perto da estrela de uma posição mais distante.
Um objeto semelhante é um mundo chamado HATS-70b, que com 12,9 vezes a massa de Júpiter e 1,384 vezes seu raio, é menos denso que TOI-4603b, mas igualmente próximo de sua estrela, e também mostra sinais de migração.
“A detecção de tais sistemas”, escreveram os pesquisadores, “nos oferecerá informações valiosas sobre os mecanismos que imperam em planetas massivos e melhorará nossa compreensão de seus mecanismos dominantes de formação e migração”.
A pesquisa foi aceita na Astronomy & Astrophysics Letters e está disponível no arXiv.
