Astrônomos detectaram um exoplaneta com uma órbita altamente alongada que passa por mudanças extremas de temperatura — e pode estar se transformando em outro tipo de mundo.
O exoplaneta chamado TIC 241249530 b orbita uma estrela que está cerca de 1.100 anos-luz da Terra. O corpo é parte de um par binário, então o planeta orbita a estrela primária, enquanto a estrela primária orbita uma estrela secundária.
Interações entre as duas estrelas — que têm uma órbita desalinhada — podem ser responsáveis por colocar este planeta no caminho para se tornar um “Júpiter quente”, relataram os pesquisadores em um estudo publicado na quarta-feira na revista Nature.
Os astrônomos já encontraram mais de 5.600 exoplanetas confirmados e de 300 a 500 deles são “Júpiteres quentes”. Esses planetas são corpos gasosos massivos semelhantes ao planeta do Sistema Solar que orbitam suas estrelas hospedeiras de perto, aquecendo-se a temperaturas escaldantes.
Enquanto Júpiter leva 4.000 dias terrestres para completar uma órbita ao redor do Sol, “Júpiteres quentes” completam seu percurso em intervalo de poucos dias.
Os cientistas acreditam que esses grandes planetas começam orbitando suas estrelas à distância, mas migram para mais perto ao longo do tempo. No entanto, há muito questionam como esses mundos massivos acabam em órbitas tão apertadas, que são muito mais próximas de suas estrelas do que Mercúrio está do nosso Sol.
As observações do TIC 241249530 b, capturadas pela primeira vez pelo satélite caçador de planetas Tess da Nasa em janeiro de 2020, oferecem raras e reveladoras compreensões sobre o que pode ser um astro no caminho para se tornar um “Júpiter quente”.
“Astrônomos têm procurado por exoplanetas que provavelmente são precursores de ‘Júpiteres quentes’, ou que são produtos intermediários do processo de migração, por mais de duas décadas, então fiquei muito surpreso — e animado — ao encontrar um”, disse Arvind Gupta, autor principal do estudo e pesquisador pós-doutorado do NOIRLab que descobriu o planeta enquanto era estudante de doutorado na Penn State, em um comunicado.
Observando um mundo em transformação
Em 12 de janeiro de 2020, o Satélite de Pesquisa de Exoplanetas em Trânsito (Tess) coletou dados sugerindo que algo estava passando em frente à estrela hospedeira TIC 241249530. O telescópio monitora o brilho dos corpos próximos para procurar quedas na luz estelar que possam indicar a presença de exoplanetas.
Gupta e seus colegas seguiram os dados e determinaram que um astro do tamanho de Júpiter estava passando em frente à estrela. Então, eles fizeram medições usando instrumentos no Telescópio Wiyn de 3,5 metros no Observatório Nacional de Kitt Peak, no Arizona, nos Estados Unidos, para determinar a velocidade radial da estrela, ou quanto ela oscila para frente e para trás à medida que a gravidade do planeta a puxa.
Os dados de velocidade radial também confirmaram a presença do mesmo planeta e ajudaram os pesquisadores a esclarecer que ele era cerca de cinco vezes mais massivo que Júpiter e tinha o que os astrônomos chamam de órbita altamente excêntrica.
Os astrônomos usam “excêntrica” para se referir à forma da trajetória de um planeta em uma escala de zero a um. Zero equivale a um caminho perfeitamente circular. Em nosso Sistema Solar, a Terra tem uma excentricidade de 0,02, enquanto a rota altamente ovalada de Plutão ao redor do sol é considerada 0,25.
TIC 241249530, o exoplaneta recém-descoberto, tem uma excentricidade de 0,94 — que é mais alongada do que qualquer outro corpo em trânsito já encontrado pelos astrônomos, segundo os pesquisadores. O peculiar mundo leva cerca de seis meses para completar uma órbita ao redor da estrela hospedeira, aproximando-se extremamente dela antes de se afastar e depois voltando a uma trajetória estreita e oval, semelhante em forma a um pepino.
“Pegamos este planeta massivo fazendo uma curva fechada durante sua passagem próxima à sua estrela”, disse o coautor do estudo Suvrath Mahadevan, Professor Verne M. Willaman de Astronomia na Penn State, em um comunicado. “Planetas em trânsito com órbitas tão altamente excêntricas são incrivelmente raros — e é realmente incrível que conseguimos descobrir o mais excêntrico.”
O corpo está cerca de 4,8 milhões de quilômetros de sua estrela, mais de 10 vezes mais próximo da estrela do que Mercúrio está do Sol. Para referência, Mercúrio está localizado a uma distância média de aproximadamente 58 milhões de quilômetros do Sol, de acordo com a Nasa.
A órbita extrema causa “enormes variações de temperatura” ao longo do ano do planeta, disse o coautor do estudo Jason Wright, professor de astronomia e astrofísica na Penn State.
“A temperatura no topo das nuvens fica quente o suficiente para derreter titânio durante os poucos dias em que o planeta passa rapidamente próximo à estrela”, disse Wright por e-mail. “Durante a maior parte de sua órbita, ele está mais distante e no seu ponto mais distante, o calor no topo das nuvens durante o dia é como um dia quente de verão na Terra.”
A equipe de pesquisa também descobriu que o planeta está orbitando para trás ou se movendo na direção oposta em comparação com a rotação de sua estrela — uma ocorrência rara que não foi vista na maioria dos exoplanetas e não acontece no nosso Sistema Solar.
Todas as peculiaridades observadas sobre o TIC 241249530 b estão ajudando os astrônomos a entender como ele se formou.
“Embora não possamos exatamente pressionar o botão de retroceder e assistir ao processo de migração planetária em tempo real, este exoplaneta serve como uma espécie de instantâneo do processo de migração,” disse Gupta. “Corpos como este são difíceis de encontrar e esperamos que possa nos ajudar a desvendar a história da formação dos ‘Júpiteres quentes’.”
“Dança de órbitas”
A equipe realizou simulações para determinar como o planeta pode ter acabado em uma trajetória tão incomum, bem como ele pode evoluir ao longo do tempo. As simulações incluíram modelar as interações gravitacionais entre o TIC 241249530 b e sua estrela hospedeira, bem como a secundária.
Os astrônomos estimaram que o planeta provavelmente se formou longe do astro hospedeiro e começou em uma órbita larga e circular semelhante à de Júpiter. Mas a estrela hospedeira tem uma trajetória desalinhada com a segunda, que exerceu forças gravitacionais no planeta e alongou sua rota, disseram os pesquisadores.
“No decorrer de muitas órbitas, a influência gravitacional daquela estrela externa alterou a trajetória do TIC 241249530 b, tornando-a cada vez mais alongada,” disse Wright.
A cada passagem pelo astro hospedeiro, a rota do planeta perde energia, então os astrônomos estimam que, em centenas de milhões de anos, a trajetória diminuirá e se estabilizará para durar apenas alguns dias, em vez dos 167 dias que leva agora.
Então, o planeta se tornará um verdadeiro ‘Júpiter quente’, disse a coautora do estudo Sarah Millholland, professora assistente de física no Instituto Kavli de Astrofísica e Pesquisa Espacial do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT).
“É um processo bastante extremo, pois as mudanças na trajetória do planeta são massivas”, disse Millholland. “É uma grande dança de órbitas que está acontecendo ao longo de bilhões de anos, e o planeta está apenas seguindo o fluxo.”
“Júpiteres quentes” gêmeos
Antes do TIC 241249530 b, o único outro “Júpiter quente” em estágio inicial conhecido era um exoplaneta chamado HD 80606 b, descoberto em 2001. Este era considerado o corpo com a órbita mais excêntrica até a descoberta recente.
HD 80606 b tem uma excentricidade de 0,93 e uma trajetória mais curta de 111 dias, orbitando na mesma direção de sua estrela. Mas, fora isso, os planetas são praticamente gêmeos, disse Wright. Encontrar dois corpos em um estágio tão breve da evolução orbital planetária é como “encontrar uma borboleta no momento em que seu casulo se abre,” ele disse.
Descobrir um segundo precursor de “Júpiter quente” está ajudando os astrônomos a confirmar a ideia de que gigantes gasosos de alta massa se transformam em “Júpiteres quentes” à medida que migram de órbitas excêntricas para circulares, disseram os pesquisadores.
A equipe espera observar o TIC 241249530 b com o Telescópio Espacial James Webb para desvendar a dinâmica de sua atmosfera e ver como ela reage a um aquecimento tão rápido. E a busca continua por mais planetas como esses que estão se transformando em “Júpiteres quentes”.
“Este sistema destaca como os exoplanetas podem ser incrivelmente diversos,” disse Millholland. “Eles são mundos misteriosos que podem ter órbitas selvagens que contam uma história de como chegaram a esse ponto e para onde estão indo. Para este planeta, sua jornada ainda não terminou.”
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