INTRIGANTE SISTEMA DE SEIS EXOPLANETAS COM MOVIMENTOS RÍTMICOS DESAFIA TEORIAS DE FORMAÇÃO PLANETÁRIA 26 de janeiro de 2021
Esta imagem artística mostra o planeta do sistema TOI-178 com a órbita mais afastada da sua estrela. Um novo trabalho de investigação levado a cabo por Adrien Leleu e colegas, usando vários telescópios, incluindo o VLT do ESO, revelou que este sistema possui seis exoplanetas e que todos menos um estão trancados numa dança rítmica especial à medida que se movem nas suas órbitas.
Apesar do movimento orbital neste sistema estar em harmonia, as propriedades físicas dos planetas apresentam-se mais desordenadas, com variações significativas em densidade de planeta para planeta. Este contraste desafia a compreensão dos astrónomos relativamente à formação e evolução dos sistemas planetários.
Esta imagem artística baseia-se em parâmetros físicos conhecidos para os planetas e estrela e usa uma vasta base de dados de objetos no Universo.
Crédito: ESO/L. Calçada/spaceengine.org
Com o auxílio de vários telescópios, incluindo o VLT (Very Large Telescope) do Observatório Europeu do Sul (ESO), os astrónomos descobriram um sistema com seis exoplanetas, cinco dos quais estão presos numa dança rítmica rara em torno da sua estrela central. Os investigadores pensam que o sistema poderá dar-nos pistas importantes sobre como é que os planetas, incluindo os do Sistema Solar, se formam e evoluem.
A primeira vez que observou TOI-178, uma estrela a cerca de 200 anos-luz de distância da Terra na direção da constelação do Escultor, a equipa de investigadores pensou que tinha descoberto dois planetas em torno desta estrela a percorrer essencialmente a mesma órbita. No entanto, um olhar mais detalhado revelou algo inteiramente diferente. "Através de mais observações percebemos que não tínhamos dois planetas em órbita da estrela praticamente à mesma distância dela, mas antes planetas múltiplos numa configuração muito especial," explica Adrien Leleu da Universidade de Genève e da Universidade de Berna, Suíça, que liderou um novo estudo deste sistema, publicado ontem na revista da especialidade Astronomy & Astrophysics.
O novo trabalho de investigação revelou que o sistema possui seis exoplanetas e que todos menos um estão trancados numa dança rítmica especial à medida que se movem nas suas órbitas. Por outras palavras, encontram-se em ressonância, o que significa que há padrões que se repetem à medida que os planetas se deslocam em redor da estrela, com alguns planetas a alinharem-se entre si ao fim de algumas órbitas. Observamos uma ressonância semelhante nas órbitas de três das luas de Júpiter: Io, Europa e Ganimedes. Io, o mais próximo de Júpiter dos três, completa quatro órbitas completas em torno de Júpiter para uma única órbita de Ganimedes, o mais afastado, e completa duas órbitas completas para cada órbita de Europa.
Os cinco exoplanetas mais exteriores do sistema TOI-178 seguem uma cadeia de ressonância muito mais complexa, uma das mais longas descobertas até à data num sistema de planetas. Enquanto as três luas de Júpiter têm uma ressonância 4:2:1, os cinco planetas mais exteriores do sistema TOI-178 seguem a cadeia 18:9:6:4:3, ou seja, enquanto o segundo planeta a contar da estrela (o primeiro na cadeia de ressonância) completa 18 órbitas, o terceiro planeta a contar da estrela (o segundo da cadeia) completa 9 órbitas e assim por diante. De facto, inicialmente os cientistas encontraram apenas cinco planetas no sistema, mas, ao seguirem o ritmo de ressonância, calcularam onde é que estaria um planeta adicional na sua órbita, na próxima altura em que os cientistas podiam observar o sistema.
Mais do que uma curiosidade orbital, esta dança de planetas ressonantes dá-nos pistas sobre o passado do sistema. "As órbitas neste sistema estão muito bem ordenadas, o que nos diz que o sistema evoluiu bastante suavemente desde o seu nascimento," explica Yann Alibert, da Universidade de Berna, Suíça e um dos coautores deste trabalho. Se o sistema tivesse sido significativamente perturbado no início da sua vida como, por exemplo, por um impacto gigante, esta frágil configuração de órbitas não teria sobrevivido.
Desordem no sistema rítmico
Apesar do arranjo das órbitas ser bem organizado e ordenado, as densidades dos planetas "são muito mais desordenadas", diz Nathan Hara da Universidade de Genève, Suíça, que também esteve envolvido no estudo. "Parece haver um planeta tão denso como a Terra mesmo ao lado de um outro planeta muito 'fofo', com metade da densidade de Neptuno, seguido por um planeta com a densidade de Neptuno. Não é o que estamos habituados a ver." No nosso Sistema Solar, por exemplo, os planetas estão arranjados de forma ordenada, com os planetas rochosos, mais densos, mais próximos da estrela central e os planetas gasosos 'fofos', de baixa densidade, mais afastados.
"Este contraste entre a harmonia rítmica dos movimentos orbitais e as densidades desordenadas desafia claramente a nossa compreensão da formação e evolução dos sistemas planetários," diz Leleu.
Combinando técnicas
De modo a investigar a invulgar arquitetura deste sistema, a equipa usou dados do satélite CHEOPS da ESA, assim como do instrumento ESPRESSO montado no VLT do ESO e do NGTS e SPECULOOS, ambos situados no Observatório do Paranal do ESO, no Chile. Uma vez que os exoplanetas são extremamente difíceis de observar de forma direta através de telescópios, os astrónomos usam outras técnicas para os detetar. Os principais métodos utilizados são imagens de trânsitos — observando a luz emitida pela estrela central que diminui de intensidade quando um planeta passa na sua frente, quando observada a partir da Terra — e velocidades radiais — observando o espectro de luz da estrela em busca de pequenos sinais de oscilação que ocorrem quando os exoplanetas de deslocam nas suas órbitas. A equipa usou ambos os métodos para observar o sistema: CHEOPS, NGTS e SPECULOOS para trânsitos e ESPRESSO para velocidades radiais.
Ao combinar as duas técnicas, os astrónomos conseguiram reunir informação crucial sobre o sistema e os seus planetas, que orbitam a estrela central muito mais perto e com maior velocidade do que a Terra orbita o Sol. O mais rápido (o planeta mais interior) completa uma órbita em apenas alguns dias, enquanto o mais lento demora cerca de dez vezes mais. Os seis planetas apresentam tamanhos que vão desde o tamanho da Terra até cerca de três vezes este valor, enquanto as suas massas estão entre 1,5 e 30 vezes a massa terrestre. Alguns dos planetas são rochosos, mas maiores que a Terra — os chamados super-Terras. Outros são planetas gasosos, como os planetas exteriores do nosso Sistema Solar, mas são muito mais pequenos — os chamados mini-Neptunos.
Apesar de nenhum destes seis exoplanetas se encontrar na zona de habitabilidade da estrela, os investigadores sugerem que, ao continuar a seguir a cadeia de ressonância, poderão encontrar planetas adicionais que poderão existir nesta zona ou muito perto dela. O ELT (Extremely Large Telescope) do ESO, que deverá começar a operar esta década, será capaz de observar diretamente exoplanetas rochosos na zona de habitabilidade da estrela e até caracterizar as suas atmosferas, dando-nos a oportunidade de conhecer sistemas como o TOI-178 com muito mais detalhe.
