Seis planetas alienígenas foram descobertos presos em uma dança orbital complexa e rara

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Impressão artística do sistema TOI-178. (Créditos; ESO/L. Calçada/spaceengine.org)

Por Michelle Starr
Publicado na ScienceAlert

Um sistema planetário a 200 anos-luz de distância foi descoberto preso em uma rara dança orbital. Dos seis exoplanetas orbitando uma estrela chamada TOI-178, os cinco mais externos seguem períodos orbitais rítmicos, com cada um ligado aos planetas de cada lado.

Essa dança é chamada de cadeia de ressonância e raramente é vista. Mas pode revelar alguma coisa sobre como os sistemas planetários se formam.

Ressonâncias orbitais não são incomuns. Basicamente, elas significam que os períodos orbitais de dois corpos podem ser descritos como uma razão.

Alguns exemplos podem ser encontrados no Sistema Solar. Existem Plutão e Netuno – para cada duas vezes que Plutão orbita em torno do Sol, Netuno orbita três vezes; essa é uma ressonância 2:3. E três luas de Júpiter estão em uma cadeia de ressonância. Para cada vez que Ganímedes orbita Júpiter, Europa orbita duas vezes e Io quatro vezes; isso é uma ressonância 1:2:4.

Mas os cinco exoplanetas externos do sistema TOI-178 têm uma das cadeias de ressonância mais complexas já vistas – 3:4:6:9:18 (onde o exoplaneta mais interno da cadeia está completando 18 órbitas para cada três órbitas do mais externo).

Essa complexidade, de acordo com uma equipe de pesquisadores liderada por Adrien Leleu da Université de Genève e da Universidade de Berna, na Suíça, é uma pista para a história de 7 bilhões de anos do sistema.

“As órbitas neste sistema são muito bem ordenadas, o que nos diz que este sistema evoluiu muito suavemente desde o seu nascimento”, disse o astrônomo Yann Alibert, da Universidade de Berna.

O sistema TOI-178 não é o único com uma complexa cadeia de ressonância. No ano passado, astrônomos anunciaram a descoberta de um sistema de seis exoplanetas, o sistema HD 158259, em uma cadeia de ressonância quase perfeita, com cada par de planetas próximo a uma ressonância 2:3.

sistema Kepler-80 possui cinco exoplanetas em uma cadeia de ressonância de 4:6:9:12:18. E o famoso sistema TRAPPIST-1 tem uma cadeia de ressonância de sete exoplanetas de 2:3:4:6:9:15:24.

O sistema TOI-178 é diferente, no entanto. Porque a disposição dos exoplanetas no sistema é uma bagunça desordenada que não parece fazer o menor sentido.

Aqui no Sistema Solar, por exemplo, os planetas estão todos agrupados ordenadamente, com os mundos rochosos mais densos no interior, os gigantes gasosos menos densos no meio e os gigantes de gelo no exterior. E o HD 158259 tem uma super-Terra rochosa no interior e os cinco exoplanetas externos são mini Netunos. Os exoplanetas do TRAPPIST-1 são todos de tamanhos e densidades semelhantes.

Agora, se compararmos com o TOI-178:

“Parece que existe um planeta tão denso quanto a Terra ao lado de um planeta muito menos denso com metade da densidade de Netuno, seguido por um planeta com a densidade de Netuno”, explicou o astrônomo Nathan Hara, da Université de Genève. “Não é o que estamos acostumados”.

Além disso, não está de acordo com nossa compreensão dos sistemas ressonantes, ou com nossa compreensão de como os sistemas planetários se formam.

“Isso não é o que esperávamos e é a primeira vez que observamos tal configuração em um sistema planetário”, disse Leleu. “Nos poucos sistemas que conhecemos onde os planetas orbitam neste ritmo ressonante, as densidades dos planetas diminuem gradualmente à medida que nos afastamos da estrela, e é também o que esperamos em teoria”.

Não está claro o que exatamente está acontecendo, mas a descoberta certamente destaca uma lacuna em nosso conhecimento. As órbitas harmoniosas sugerem que o sistema não foi significativamente perturbado desde a formação, uma vez que os exoplanetas tiveram tempo para se estabelecer em uma forte ressonância enquanto exercem um efeito gravitacional cumulativo uns sobre os outros.

Essa complexidade é delicada; qualquer influência disruptiva no sistema poderia facilmente tornar as órbitas caóticas. Isso é difícil de resolver com a aparente desordem dos próprios planetas. Trabalhar com modelos e simulações pode ajudar a descobrir como esse sistema é possível.

Enquanto isso, a equipe acredita que pode haver ainda mais exoplanetas mais distantes no sistema, também ligados na cadeia de ressonância. Calculando a provável ressonância, os astrônomos poderiam descobrir onde esses exoplanetas deveriam estar em relação aos outros e procurá-los. Isso também pode fornecer algumas pistas.

O sistema é tão peculiar que a equipe acredita que ele pode se tornar um dos sistemas “pedra de Roseta” para estudar a formação e evolução dos planetas.

“Podemos encontrar mais planetas que podem estar na zona habitável – onde a água líquida pode estar presente na superfície de um planeta – que começaria fora das órbitas dos planetas que descobrimos até agora”, disse Leleu.

“Também queremos descobrir o que aconteceu com o planeta mais interno que não está em ressonância com os outros. Suspeitamos que ele saiu da ressonância devido à força de maré”.

A pesquisa deve ser publicada na Astronomy & Astrophysics, e está disponível no arXiv.