‘Planeta infernal’ insanamente quente foi condenado à morte por uma atração fatal

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Impressão artística de 55 Cancri e, também conhecido como Janssen. (Créditos: M. Kornmesser/ESA/Hubble)

Traduzido por Julio Batista
Original de Michelle Starr para o ScienceAlert

Um exoplaneta tão próximo de sua estrela hospedeira que sua superfície é provavelmente um oceano de magma acaba de se tornar o estudo de caso que pode revelar como esses mundos extremos surgem.

O “planeta infernal” em questão é chamado de 55 Cancri E (também conhecido como Janssen) e uma nova análise de sua órbita e das órbitas dos outros exoplanetas que circundam a estrela revela que Janssen provavelmente se formou muito mais longe da estrela, movendo-se lentamente em sua direção ao longo do tempo e derretendo no processo.

“Aprendemos como este sistema multiplanetário – um dos sistemas com mais planetas que encontramos – chegou ao seu estado atual”, disse a astrofísica Lily Zhao, do Insituto Flatiron, em Nova York, EUA.

Todos os sistemas planetários têm suas peculiaridades, mas o sistema de Copérnico, localizado a cerca de 41 anos-luz de distância (praticamente nosso vizinho), tem algumas peculiaridades próprias. Além de Janssen, cinco exoplanetas orbitam a estrela: Galileu, Brahe, Harriot e Lipperhey, e todos estão mais distantes de Copérnico do que seu irmão esquisito.

Com a órbita mais próxima, Janssen gira em torno de sua estrela, chamada Copérnico (uma anã laranja um pouco menor que o Sol), cerca de uma vez a cada 18 horas. É 1,85 vezes o raio da Terra e cerca de 8 vezes a sua massa. Isso significa que é um pouco mais denso que a Terra e poderia ter sido uma super-Terra rochosa bastante normal a uma distância maior de sua estrela.

Mas ela não é. Definitivamente não é.

As temperaturas no lado voltado para a estrela são em média de 2.573 Kelvin (2.300 graus Celsius), com o lado noturno voltado para fora sendo 950 Kelvin mais frio. Isso é insanamente quente e absolutamente superior ao magma derretido.

Ninguém sabe como Janssen é por dentro, mas pesquisas sugerem que sua estrutura interna é muito diferente dos mundos rochosos do nosso Sistema Solar.

Estamos muito limitados em relação às informações que podemos coletar sobre exoplanetas, mesmo aqueles tão próximos quanto o sistema de Copérnico, então, para descobrir como Janssen chegou a esse ponto, Zhao e sua equipe começaram a fazer medições nas órbitas dos cinco exoplanetas ao redor da estrela.

Já sabíamos que a órbita de Janssen era diferente das outras quatro. Isso ocorre porque existem duas maneiras principais de detectar exoplanetas com base em seu efeito em sua estrela hospedeira.

A primeira é o trânsito astronômico, quando o exoplaneta passa entre nós e a estrela, diminuindo levemente sua luz. Uma diminuição regular na luz das estrelas provavelmente significa um exoplaneta em órbita.

A segunda é a velocidade radial. Essa tem a ver com a gravidade. Cada planeta que orbita uma estrela exerce uma atração gravitacional. A gravidade não é tão forte quanto a da estrela, é claro, mas faz com que a estrela “oscile” levemente no local.

Isso é visto nas mudanças no comprimento de onda da luz da estrela: alongando-se um pouco quando a estrela se afasta de nós (desvio para o vermelho) e comprimindo quando a estrela se aproxima de nós (desvio para o azul).

Clique aqui para ver uma animação mostrando a órbita de Janssen em torno de Copérnico. (Créditos: Lucy Reading-Ikkanda/Fundação Simons)

Todos os cinco exoplanetas de Copérnico foram detectados por velocidade radial, mas observações de acompanhamento confirmaram que Janssen e Galileu são os únicos vistos em trânsito.

Isso significa que é possível que esses dois não estejam no mesmo plano orbital de Brahe, Harriot e Lipperhey, e o trânsito de Galileu é tão tangencial que os astrônomos não conseguiram medir seu raio e temperatura, então ele não compartilha o plano orbital de Janssen também.

Os pesquisadores extraíram mais informações sobre a órbita de Janssen. À medida que uma estrela gira, a luz do lado que está girando em nossa direção é ligeiramente comprimida e a luz do lado que está girando para longe é ligeiramente esticada. Usando um novo e poderoso instrumento, o EXtreme PREcision Spectrometer (EXPRES) no Observatório Lowell no Arizona, EUA, a equipe pôde ver o movimento de Janssen através da estrela, do lado azul ao vermelho, rastreando seu caminho com alta precisão.

Isso revelou que o exoplaneta traça um caminho ao redor do equador da estrela. Pesquisas anteriores descobriram que a companheira binária de Copérnico, uma pequena anã vermelha, provavelmente perturbou o sistema, puxando os exoplanetas para um plano orbital altamente inclinado em relação ao eixo de rotação da estrela.

Zhao e seus colegas acreditam que uma interação entre os exoplanetas pode ter empurrado Janssen para uma órbita decadente ao redor da estrela, indo cada vez mais perto dela em direção à morte. Como Copérnico está girando, ele achata ligeiramente, criando uma ligeira protuberância ao redor do equador, onde o campo gravitacional é mais forte. O exoplaneta, naturalmente, foi atraído para esta região.

É possível que o Galileu esteja fazendo a mesma coisa em uma curta órbita de 14,7 dias, embora seja necessária uma análise mais aprofundada para descobrir isso (Brahe tem uma órbita de 44,4 dias, Harriot 260 dias e Lipperhey 5.574 dias).

O trabalho demonstra uma forma de estudar as histórias de exoplanetas em órbitas muito próximas de suas estrelas.

De particular interesse são os exoplanetas chamados Júpiteres quentes: gigantes gasosos com órbitas de menos de um dia. Esses mundos apresentam um enigma interessante, pois estão muito próximos de suas estrelas para permitir a formação de uma atmosfera espessa. A migração interna é uma maneira pela qual esses exoplanetas escaldantes poderiam se aproximar de uma estrela.

Este trabalho sugere que esse modelo pode estar certo.

“O alinhamento rotacional da órbita [de Janssen] favorece as teorias de migração dinamicamente suave para planetas de período ultracurto” , escrevem os pesquisadores, “ou seja, a dissipação das marés por meio de interações planeta-planeta de baixa excentricidade e/ou marés de obliquidade planetária”.

A pesquisa foi publicada na Nature Astronomy.