Um exoplaneta gigante gasoso [direita] com a densidade de um marshmallow foi detetado em órbita em torno de uma fria estrela anã vermelha [esquerda] pelo instrumento de velocidade radial NEID financiado pela NASA no Telescópio WIYN de 3,5 metros situado no Observatório Nacional de Kitt Peak, um programa do NOIRLab da NSF. O planeta, chamado TOI-3757 b, é o planeta gigante gasoso mais "fofo" jamais descoberto em torno deste tipo de estrela.
Crédito: NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/Spaceengine/M. Zamani

Usando o Telescópio WIYN de 3,5 metros no Observatório Nacional de Kitt Peak, no estado norte-americano do Arizona, os astrónomos observaram um planeta invulgar semelhante a Júpiter em torno de uma fria estrela anã vermelha. Localizado a aproximadamente 580 anos-luz da Terra, na direção da constelação de Cocheiro, este planeta, identificado como TOI-3757 b, é o planeta com a menor densidade jamais detetado em torno de uma anã vermelha e estima-se que tenha uma densidade média semelhante à de um marshmallow.

As estrelas anãs vermelhas são os membros mais pequenos e ténues das chamadas estrelas de sequência principal - estrelas que convertem hidrogénio em hélio nos seus núcleos a um ritmo constante. Embora "frias" em comparação com estrelas como o nosso Sol, as estrelas anãs vermelhas podem ser extremamente ativas e sofrer erupções poderosas capazes de despojar um planeta da sua atmosfera, tornando este sistema estelar num local aparentemente inóspito para formar um planeta tão delicado.

"Os planetas gigantes que orbitam anãs vermelhas têm, tradicionalmente, sido considerados difíceis de formar", diz Shubham Kanodia, investigador do Laboratório da Terra e dos Planetas, do Instituto Carnegie para Ciência e autor principal de um artigo científico publicado na revista The Astronomical Journal. "Até agora, isto só foi analisado com pequenas amostras de levantamentos Doppler, que tipicamente encontram planetas gigantes mais longe destas estrelas anãs vermelhas. Até agora não tivemos uma amostra suficientemente grande para encontrar planetas próximos de uma forma robusta".

Ainda existem mistérios inexplicados acerca de TOI-3757 b, sendo o maior a forma como um planeta gigante gasoso se pode formar em torno de uma estrela anã vermelha, e especialmente um planeta de tão baixa densidade. A equipa de Kanodia, no entanto, pensa que pode ter uma solução para esse mistério.

Propõem que a densidade extrabaixa de TOI-3757 b pode ser o resultado de dois factores. O primeiro está relacionado com o núcleo rochoso do planeta; pensa-se que os gigantes de gás começam como núcleos rochosos massivos com cerca de dez vezes a massa da Terra, altura em que rapidamente puxam grandes quantidades de gás vizinho para formar os gigantes de gás que vemos hoje. A estrela hospedeira de TOI-3757 b tem uma menor abundância de elementos pesados em comparação com outras anãs-M que albergam gigantes gasosos, e isto pode ter resultado na formação mais lenta do núcleo rochoso, atrasando o início da acreção de gás e afetando assim a densidade global do planeta.

O segundo factor pode ser a órbita do planeta, que se pensa ser, hesitantemente, ligeiramente elíptica. Há momentos em que se aproxima mais da sua estrela do que em outros, resultando num substancial excesso de aquecimento que pode provocar o inchaço da atmosfera do planeta.

O planeta foi inicialmente avistado pelo satélite TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) da NASA. A equipa de Kanodia fez então observações de acompanhamento utilizando instrumentos terrestres, incluindo o NEID e o NESSI (NN-EXPLORE Exoplanet Stellar Speckle Imager), ambos acoplados no Telescópio WIYN de 3,5 metros; o HPF (Habitable-zone Planet Finder) no Telescópio Hobby-Eberly; e o RBO (Red Buttes Observatory) no estado norte-americano do Wyoming.

O TESS analisou o trânsito deste exoplaneta TOI-3757 b em frente da sua estrela, o que permitiu aos astrónomos calcular o diâmetro do planeta em cerca de 150.000 quilómetros, ou ligeiramente maior do que o de Júpiter. O planeta completa uma órbita em torno da sua estrela hospedeira em apenas 3,5 dias, 25 vezes menos do que o planeta mais próximo do Sol, Mercúrio, que leva cerca de 88 dias para o fazer.

Os astrónomos utilizaram então o NEID e o HPF para medir o movimento aparente da estrela ao longo da nossa linha de visão, também conhecido como a sua velocidade radial. Estas medições forneceram a massa do planeta, que foi calculada como sendo cerca de um-quarto da de Júpiter, ou cerca de 85 vezes a massa da Terra. Sabendo o tamanho e a massa permitiu à equipa de Kanodia calcular a densidade média de TOI-3757 b, 0,27 gramas por centímetro cúbico, o que a tornaria inferior a metade da densidade de Saturno (o planeta com a densidade mais baixa do Sistema Solar), cerca de um-quarto da densidade da água (o que significa que flutuaria se colocado numa banheira gigante cheia de água) ou, de facto, com a densidade semelhante à de um marshmallow.

"Potenciais observações futuras da atmosfera deste planeta, usando o novo Telescópio Espacial James Webb da NASA, podem ajudar a esclarecer a sua natureza inchada", diz Jessica Libby-Roberts, investigadora pós-doutorada na Universidade Estatal da Pensilvânia e segunda autora do artigo científico.

"A descoberta de mais sistemas deste tipo, com planetas gigantes - que em tempos foram teorizados ser extremamente raros em torno de anãs vermelhas - faz parte do nosso objetivo de compreender com os planetas se formam", diz Kanodia.

A descoberta destaca a importância do NEID na sua capacidade de confirmar alguns dos candidatos exoplanetários atualmente a serem descobertos pela missão TESS da NASA, fornecendo alvos importantes para o novo Telescópio Espacial James Webb dar seguimento e começar a caracterizar as suas atmosferas. Isto, por sua vez, irá informar os astrónomos da composição dos planetas e de como se formaram e, para mundos rochosos potencialmente habitáveis, se poderão ser capazes de suportar vida.

// NOIRLab (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (The Astronomical Journal)
// Artigo científico (arXiv.org)

Saiba mais

Notícias relacionadas:
SPACE.com
Universe Today
PHYSORG
Forbes
Gizmodo

TOI-3757 b:
NASA
ipac/Caltech
Exoplanet.eu
Open Exoplanet Catalogue

Exoplanetas:
Wikipedia
Lista de planetas (Wikipedia)
Lista de exoplanetas potencialmente habitáveis (Wikipedia)
Lista de extremos (Wikipedia)
Open Exoplanet Catalogue
NASA
Enciclopédia dos Planetas Extrasolares

Observatório Nacional de Kitt Peak:
Página oficial
Wikipedia
Telescópio WIYN de 3,5 metros (página principal)
Telescópio WIYN de 3,5 metros (Wikipedia)
NEID (Telescópio WIYN)
NESSI (Telescópio WIYN)

TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite):
NASA
NASA/Goddard
Programa de Investigadores do TESS (HEASARC da NASA)
MAST (Arquivo Mikulski para Telescópios Espaciais)
Exoplanetas descobertos pelo TESS (NASA Exoplanet Archive)
Wikipedia

Observatório McDonald:
Página oficial
Wikipedia
Telescópio Hobby-Eberly (Observatório McDonald)
Telescópio Hobby-Eberly (Wikipedia)
HPF (Habitable-zone Planet Finder)

RBO (Red Buttes Observatory):
Universidade do Wyoming
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