A descoberta de um exoplaneta demasiado grande para a sua estrela põe em causa os modelos de formação planetária

De acordo com investigadores da Universidade Estatal da Pensilvânia, a descoberta de um planeta demasiado massivo para o seu sol está a pôr em causa o que se entendia anteriormente sobre a formação dos planetas e dos seus sistemas solares.

Num artigo publicado online na revista Science, os investigadores relatam a descoberta de um planeta mais de 13 vezes mais massivo do que a Terra em órbita da estrela “ultrafria” LHS-3154, que por sua vez é nove vezes menos massiva do que o Sol. O rácio de massa do planeta recém-descoberto com a sua estrela hospedeira é mais de 100 vezes superior ao da Terra e do Sol.

A descoberta revela o planeta mais massivo conhecido numa órbita próxima em torno de uma estrela anã ultrafria, as estrelas menos massivas e mais frias do Universo. A descoberta vai contra o que as teorias atuais preveem para a formação de planetas em torno de estrelas pequenas e marca a primeira vez que um planeta com uma massa tão elevada foi observado em órbita de uma estrela de massa tão baixa.

“Esta descoberta mostra bem o quão pouco sabemos sobre o Universo”, disse Suvrath Mahadevan, professor de astronomia e astrofísica na Universidade Estatal da Pensilvânia e coautor do artigo científico. “Não esperávamos que existisse um planeta tão massivo à volta de uma estrela de massa tão baixa”.

Ele explicou que as estrelas se formam a partir de grandes nuvens de gás e poeira. Depois da estrela se formar, o gás e a poeira permanecem como discos de material em órbita da estrela recém-nascida, que podem eventualmente transformar-se em planetas.

“O disco de formação planetária em torno da estrela de baixa massa LHS-3154 não deverá ter massa sólida suficiente para formar este planeta”, disse Mahadevan. “Mas ele existe, por isso agora precisamos de reexaminar a nossa compreensão de como os planetas e as estrelas se formam.”

Os investigadores detetaram o planeta de grandes dimensões, chamado LHS-3154 b, usando um espetrógrafo astronómico construído na Penn State por uma equipa de cientistas liderada por Mahadevan. O instrumento, chamado HPF (Habitable Zone Planet Finder), foi concebido para detetar planetas em órbita das estrelas mais frias para lá do nosso Sistema Solar com potencial para ter água líquida – um ingrediente chave para a vida – nas suas superfícies.

Embora esses planetas sejam muito difíceis de detetar em torno de estrelas como o nosso Sol, a baixa temperatura das estrelas ultrafrias significa que os planetas capazes de ter água líquida à superfície estão muito mais próximos da sua estrela do que a Terra e o Sol. Esta distância mais curta entre estes planetas e as suas estrelas, combinada com a baixa massa das estrelas ultrafrias, resulta num sinal detetável que anuncia a presença do planeta, explicou Mahadevan.

“Pensemos nisto como se a estrela fosse uma fogueira. Quanto mais a fogueira arrefece, mais perto temos de nos aproximar dela para nos mantermos quentes”, disse Mahadevan. “O mesmo se passa com os planetas. Se a estrela for mais fria, então um planeta terá de estar mais perto dessa estrela se quiser estar suficientemente quente para conter água líquida. Se um planeta tiver uma órbita suficientemente próxima da sua estrela ultrafria, podemos detetá-lo ao ver uma mudança muito subtil na cor do espetro (luz) da estrela, quando esta é puxada por um planeta em órbita”.

Acoplado ao Telescópio Hobby-Eberly do Observatório McDonald, no estado norte-americano do Texas, o HPF fornece algumas das medições de maior precisão até à data de tais sinais infravermelhos de estrelas próximas.

“Fazer a descoberta com o HPF foi muito especial, uma vez que se trata de um novo instrumento que concebemos, desenvolvemos e construímos de raiz com o objetivo de observar a população de planetas desconhecidos em torno das estrelas de massa mais baixa”, disse Guðmundur Stefánsson, bolseiro em astrofísica na Universidade de Princeton e autor principal do artigo, que ajudou a desenvolver o HPF e trabalhou no estudo como estudante na Universidade Estatal da Pensilvânia. “Agora estamos a colher os frutos, aprendendo aspetos novos e inesperados desta excitante população de planetas que orbitam algumas das estrelas mais próximas.”

O instrumento já forneceu informação crítica para a descoberta e confirmação de novos planetas, explicou Stefánsson, mas a descoberta do exoplaneta LHS-3154 b excedeu todas as expetativas.

“Com base no trabalho atual de levantamento com o HPF e outros instrumentos, um objeto como o que descobrimos é provavelmente extremamente raro, pelo que a sua deteção foi realmente emocionante”, disse Megan Delamer, estudante de astronomia na Penn State e coautora do artigo. “As nossas teorias atuais de formação de planetas têm dificuldade em explicar o que estamos a ver”.

No caso do planeta massivo descoberto em órbita da estrela LHS-3154, o núcleo planetário pesado inferido pelas medições da equipa exigiria uma maior quantidade de material sólido no disco de formação planetária do que os modelos atuais preveem, explicou Delamer. A descoberta também levanta questões sobre os conhecimentos anteriores da formação de estrelas, uma vez que a massa de poeira e a relação poeira-gás do disco que rodeia estrelas como LHS-3154 – quando eram jovens e recém-formadas – teriam de ser 10 vezes superiores ao que foi observado para formar um planeta tão massivo como o que a equipa descobriu.

“O que descobrimos constitui um teste extremo a todas as teorias de formação de planetas existentes”, disse Mahadevan. “Foi exatamente para isto que construímos o HPF, para descobrir como as estrelas mais comuns da nossa Galáxia formam planetas – e para encontrar esses planetas.”

// Universidade Estatal da Pensilvânia (comunicado de imprensa)
// Observatório McDonald (comunicado de imprensa)
// Universidade da Califórnia, Irvine (comunicado de imprensa)
// Universidade de Leiden (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Science)

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LHS-3154 b:
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Lista de exoplanetas mais próximos (Wikipedia)
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Lista de exoplanetas candidatos a albergar água líquida (Wikipedia)
Open Exoplanet Catalogue
NASA
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Observatório McDonald:
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