Astrónomos da Universidade de Warwick e da UCL (University College London) descobriram a mais pequena estrela conhecida a albergar um planeta gigante em trânsito que, de acordo com as principais teorias de formação planetária, não deveria existir.

O planeta inesperado

A estrela TOI-6894 é como muitas outras na nossa Galáxia, uma pequena anã vermelha com apenas aproximadamente 20% da massa do nosso Sol. Como muitas estrelas pequenas, não se espera que forneça condições adequadas para formar e hospedar um planeta grande.

No entanto, tal como publicado na revista Nature Astronomy, uma colaboração global de astrónomos, incluindo parceiros no Chile, EUA e Europa, encontrou a assinatura inconfundível de um planeta gigante, chamado TOI-6894 b, em órbita desta pequena estrela.

Este sistema foi descoberto como parte de uma investigação em grande escala de dados do TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite), à procura de planetas gigantes em torno de estrelas de baixa massa, liderada pelo Dr. Edward Bryant, que completou este trabalho na Universidade de Warwick e no MSSL (Mullard Space Science Laboratory) da UCL.

O Dr. Edward Bryant, primeiro autor do artigo científico, afirmou: "Fiquei muito entusiasmado com esta descoberta. Inicialmente, procurei planetas gigantes nas observações TESS de mais de 91.000 estrelas anãs vermelhas de baixa massa.

"Depois, utilizando observações efetuadas com um dos maiores telescópios do mundo, o VLT do ESO, descobri TOI-6894 b, um planeta gigante que transita a estrela de menor massa conhecida, até à data, a acolher um planeta deste tipo. Não esperávamos que planetas como TOI-6894 b se pudessem formar em torno de estrelas de massa tão pequena. Esta descoberta será uma pedra angular para compreender os extremos da formação de planetas gigantes".

O planeta TOI-6894 b é um gigante gasoso de baixa densidade com um raio um pouco maior que o de Saturno, mas com apenas mais ou menos 50% da sua massa. TOI-6894 é, até à data, a estrela de menor massa a ter um planeta gigante em trânsito e tem apenas 60% do tamanho da seguinte estrela mais pequena a albergar um planeta deste tipo.

O Dr. Daniel Bayliss, professor associado da Universidade de Warwick, afirmou: "A maioria das estrelas na nossa Galáxia são estrelas pequenas exatamente como esta, com massas baixas e que anteriormente se pensava não poderem albergar planetas gigantes gasosos. Assim, o facto desta estrela hospedar um planeta gigante tem grandes implicações para o número total de planetas gigantes que estimamos existirem na nossa Galáxia".

Um desafio à teoria dominante

O Dr. Vincent Van Eylen, do MSSL da UCL, afirmou: "É uma descoberta intrigante. Não sabemos como é que uma estrela com tão pouca massa pode formar um planeta tão grande! Este é um dos objetivos da procura por mais exoplanetas. Ao encontrar sistemas planetários diferentes do nosso Sistema Solar, podemos testar os nossos modelos e compreender melhor como o nosso próprio Sistema Solar se formou".

A teoria mais aceite da formação de planetas é a chamada teoria da acreção do núcleo. Um núcleo planetário forma-se primeiro por acreção (acumulação gradual de material) e, à medida que o núcleo se torna mais massivo, eventualmente atrai gases que formam uma atmosfera. Depois, torna-se suficientemente massivo para entrar num processo descontrolado de acreção de gás e num gigante gasoso.

Nesta teoria, a formação de gigantes gasosos é mais difícil em torno de estrelas de baixa massa porque a quantidade de gás e poeira num disco protoplanetário em torno da estrela (a matéria-prima para a formação de planetas) é demasiado limitada para permitir a formação de um núcleo suficientemente massivo e da ocorrência do processo de acreção descontrolada.

No entanto, a existência de TOI-6894 b (um planeta gigante em órbita de uma estrela de massa extremamente baixa) sugere que este modelo pode não ser completamente exato e que são necessárias teorias alternativas.

O Dr. Edward Bryant acrescentou: "Dada a massa do planeta, TOI-6894 b pode ter sido formado através de um processo intermédio de acreção do núcleo, no qual um protoplaneta se forma e acreta gás de forma constante sem que o núcleo se torne suficientemente massivo para uma acreção descontrolada de gás.

"Em alternativa, pode ter sido formado devido a um disco gravitacionalmente instável. Em alguns casos, o disco que rodeia a estrela torna-se instável devido à força gravitacional que exerce sobre si próprio. Estes discos podem então fragmentar-se, com o gás e a poeira a colapsarem para formar um planeta".

Mas a equipa descobriu que nenhuma das teorias podia explicar completamente a formação de TOI-6894 b a partir dos dados disponíveis, o que deixa a origem deste planeta gigante, por agora, como uma questão em aberto.

Respostas atmosféricas

Um dos métodos para esclarecer o mistério da formação de TOI-6894 b é uma análise atmosférica detalhada. Ao medir a distribuição de material no interior do planeta, os astrónomos podem determinar o tamanho e a estrutura do núcleo do planeta, o que nos pode dizer se TOI-6894 b foi formado por acreção ou por um disco instável.

Esta não é a única característica interessante da atmosfera de TOI-6894 b; é invulgarmente fria para um gigante gasoso. A maioria dos gigantes gasosos encontrados por caçadores exoplanetários são Júpiteres quentes, gigantes gasosos massivos com temperaturas entre 1000 e 2000 K. TOI-6894 b, por comparação, tem apenas 420 K. A temperatura fria, juntamente com outras características deste planeta, como trânsitos muito profundos, fazem dele um dos planetas gigantes mais promissores, com uma atmosfera fria, para caracterização pelos astrónomos.

O professor Amaury Triaud, da Universidade de Birmingham, coautor e membro da colaboração SPECULOOS (Search for habitable Planets EClipsing ULtra-cOOl Stars), afirmou: "Com base na irradiação estelar de TOI-6894 b, esperamos que a atmosfera seja dominada pela química do metano, o que é muito raro de identificar. As temperaturas são suficientemente baixas para que as observações atmosféricas possam até mostrar-nos amoníaco, o que seria a primeira vez que tal substância seria encontrada na atmosfera de um exoplaneta.

"TOI-6894 b é provavelmente um exoplaneta de referência para o estudo de atmosferas dominadas por metano e o melhor 'laboratório' para estudar uma atmosfera planetária contendo carbono, azoto e oxigénio para lá do Sistema Solar".

A atmosfera de TOI-6894 b já está agendada para ser observada pelo Telescópio Espacial James Webb nos próximos 12 meses. Isto deverá permitir aos astrónomos determinar qual das teorias possíveis pode explicar a formação deste planeta inesperado.

O Dr. Andrés Jordán, coautor do estudo, investigador do MAS (Millennium Institute of Astrophysics) e professor na Universidade Adolfo Ibáñez, ambos no Chile, disse: "Este sistema constitui um novo desafio para os modelos de formação planetária e fornece um alvo muito interessante para observações de seguimento com o intuito de caracterizar a sua atmosfera.

"Esta descoberta é o resultado de um programa sistemático que temos vindo a desenvolver há vários anos a partir do Chile e do Reino Unido. Os nossos esforços permitiram-nos contribuir significativamente para uma melhor compreensão da frequência com que pequenas estrelas podem formar planetas gigantes, e estamos a fornecer alvos preferenciais para acompanhamento com plataformas espaciais".

// Universidade de Warwick (comunicado de imprensa)
// UCL (comunicado de imprensa)
// Universidade de Birmingham (comunicado de imprensa)
// IAC (comunicado de imprensa)
// Universidade de Liège (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Nature Astronomy)

Quer saber mais?

CCVAlg - Astronomia:
28/03/2023 - Estrelas pequenas podem hospedar planetas maiores do que se pensava anteriormente

TOI-6894 b:
Exoplanet.eu

Exoplanetas:
Wikipedia
Lista de planetas (Wikipedia)
Lista de exoplanetas potencialmente habitáveis (Wikipedia)
Lista de exoplanetas mais próximos (Wikipedia)
Lista de extremos (Wikipedia)
Lista de exoplanetas candidatos a albergar água líquida (Wikipedia)
Open Exoplanet Catalogue
NASA
Exoplanet.eu

Anãs vermelhas:
Wikipedia

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

VLT (Very Large Telescope):
ESO
Wikipedia