Um dos planetas mais negros da galáxia se encaminha para uma morte ardente

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Impressão artística do WASP-12b. Créditos: NASA / ESA / G. Bacon / STScI.

Por Michelle Starr
Publicado na ScienceAlert

WASP-12b é um dos exoplanetas mais interessantes que conhecemos. Orbitando uma estrela anã amarela um pouco maior que o Sol, a 1.410 anos-luz de distância, o planeta negro é conhecido como um “Júpiter quente” – um exoplaneta gigante gasoso com massa e tamanho semelhantes a Júpiter, mas tão próximo de sua estrela que se torna muito quente.

O WASP-12b nunca esteve exatamente na posição mais segura. Com um período orbital de pouco mais de um dia, o exoplaneta gigante gasoso está tão perto de sua estrela que um fluxo constante de material está sendo sugado para longe de sua atmosfera.

Mas sua morte não será necessariamente por conta do lento sorver estelar. Observações cuidadosas descobriram que ele também está em uma órbita visivelmente decadente. E, de acordo com novas pesquisas, essa órbita está decaindo um pouco mais rápido do que pensávamos inicialmente.

Em vez dos 3,25 milhões de anos estimados inicialmente, o WASP-12b encontrará seu fim ardente em apenas 2,9 milhões de anos.

De acordo com os modelos atuais de formação de planetas, tecnicamente Júpiteres quentes não deveriam existir. Um gigante gasoso não pode se formar tão perto de uma estrela porque a gravidade, a radiação e os ventos estelares intensos devem impedir que o gás se aglomere. Mas eles existem – várias centenas foram identificados nos dados de exoplanetas.

Seja onde eles se formam, Júpiteres quentes que estão particularmente próximos de sua estrela são alguns dos exoplanetas mais estudados. Isso ocorre porque eles podem nos dizer muito sobre as perturbações de marés entre um planeta e uma estrela.

WASP-12b está entre os Júpiteres quentes mais próximos de sua estrela. E tem sido um excelente exemplo para estudar as perturbações das marés.

Ele foi descoberto em 2008, o que significa que os astrônomos foram capazes de coletar um conjunto de dados relativamente longo; e sua órbita curta significa que podemos observar muitos trânsitos. É quando o exoplaneta passa entre nós e a estrela, fazendo com que a luz desta última diminua ligeiramente.

Foi em 2017 que os astrônomos notaram algo estranho nos trânsitos do WASP-12b. Eles estavam ocorrendo a apenas uma fração de segundo a menos do que deveriam, com base em medições anteriores do período orbital.

Essa ligeira variação de tempo pode ter sido o resultado da mudança de direção da órbita do exoplaneta, então uma equipe de astrônomos liderados por Samuel Yee, da Universidade de Princeton (EUA), decidiu examinar de perto não apenas os trânsitos, mas as ocultações, quando o exoplaneta passa por trás da estrela. Se WASP-12b estava mudando de direção, as ocultações deveriam estar ligeiramente atrasadas.

Um trânsito causa um enfraquecimento da luz da estrela; uma ocultação causa um escurecimento ainda mais fraco. Isso ocorre porque o exoplaneta, refletindo o calor e a luz da estrela, aumenta o brilho geral do sistema quando não está atrás da estrela.

WASP-12b é muito escuro, opticamente; ele absorve 94 por cento de toda a luz que incide sobre ele, tornando-o mais escuro que o asfalto.

Os astrônomos acreditam que isso ocorre porque o exoplaneta é muito quente; a 2.600 graus Celsius em seu lado diurno, as moléculas de hidrogênio são quebradas em hidrogênio atômico, fazendo com que sua atmosfera se comporte mais como uma estrela de baixa massa. Mas pelo fato de estar tão quente, ele brilha no infravermelho.

A equipe de Yee usou o Telescópio Espacial Spitzer para tentar observar as ocultações. Embora eles tenham observado a estrela WASP 12 por 16 períodos orbitais, eles só conseguiram encontrar quatro ocultações fracas nos dados. Mas foi o suficiente.

Essas ocultações poderiam ser comparadas a trânsitos… e os pesquisadores descobriram que as ocultações estavam ocorrendo mais rapidamente – consistente com um decaimento orbital de 29 milissegundos por ano. Nesse ritmo, a vida útil do planeta era, calcularam os astrônomos, em torno de 3,25 milhões de anos.

Agora, uma nova equipe de pesquisadores liderada por Jake Turner, da Universidade Cornell (EUA), procurou por sinais de decaimento orbital em um conjunto de dados diferente – observações feitas pelo telescópio de caça a planetas do TESS da NASA, projetado especificamente para observar trânsitos e ocultações.

O TESS estudou a região do céu onde estava o WASP-12 de 24 de dezembro de 2019 a 20 de janeiro de 2020. Nestes dados, a equipe encontrou 21 trânsitos. As ocultações eram muito superficiais para serem detectadas individualmente, mas a equipe foi capaz de modelá-las para encontrar o melhor ajuste para os dados do TESS.

Esses tempos de trânsito e ocultação foram combinados com os dados anteriores para uma análise de tempo. E Turner e sua equipe foram capazes de confirmar que a órbita do WASP-12b está realmente decaindo. Mas está fazendo isso um pouco mais rápido do que pensávamos – a uma taxa de 32,53 milissegundos por ano, para uma vida útil total de 2,9 milhões de anos.

Parece muito tempo, mas em escalas de tempo cósmicas, é praticamente um piscar de olhos. E isso reduziu drasticamente a vida útil do exoplaneta dos estimados 10 milhões de anos, que é o que levaria para que o planeta morresse devido à destruição atmosférica.

Mas, embora não tenha muito tempo de vida, estudar WASP-12b tem o potencial de nos ensinar muito. E embora seja o único exoplaneta para o qual temos evidências robustas de decaimento orbital, existem outros exoplanetas Júpiteres quentes que devem exibir taxas semelhantes de decaimento orbital.

“Consequentemente, dados adicionais podem revelar se [esses exoplanetas] realmente exibem decaimento de maré até então não detectado ou se as previsões teóricas precisam ser melhoradas”, escreveram Turner e sua equipe.

“Observações temporais de sistemas adicionais são garantidas porque nos ajudam a entender a formação, evolução e destino final dos Júpiteres quentes”.

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