A observação excepcional do nascimento de um planeta fora do nosso Sistema Solar

Nossa capacidade de detectar planetas fora do nosso Sistema Solar continua a se aprimorar. Assim, os astrofísicos agora são capazes de detectar exoplanetas ainda envoltos na nuvem de poeira que os viu nascer, logo após sua formação. Este é o caso desta descoberta: um planeta muito jovem orbitando muito perto de sua estrela.

Em torno de uma estrela com apenas 2 milhões de anos, os astrofísicos conseguiram detectar a presença de um planeta recém-formado orbitando muito perto de seu sol. NASA/JPL-Caltech, adaptado por Kritish Kariman 

A busca por exoplanetas, planetas que orbitam estrelas diferentes do nosso Sol, constitui um dos principais desafios da astrofísica contemporânea. Um novo passo foi dado com a detecção de um planeta nascente em órbita próxima a uma estrela jovem. Trata-se, até o momento, do sistema mais jovem e mais compacto detectado no exato momento da sua formação, abrindo uma nova janela para a origem dos sistemas exoplanetários.

Em 1995, Michel Mayor e Didier Queloz detectaram no Observatório de Haute-Provence o primeiro exoplaneta em órbita ao redor de uma estrela semelhante ao Sol: 51 Pegasi b. O Prêmio Nobel que os dois astrônomos suíços receberam em 2019 destaca a importância desta descoberta, que oferece novas perspectivas sobre nossas origens e a possibilidade de vida em outros lugares.

Desde então, grande parte da pesquisa astrofísica é dedicada à busca por exomundos. Quase 7.000 exoplanetas foram catalogados hoje ao redor de estrelas localizadas em nossa região da Galáxia. Por extrapolação, estima-se que quase todas as estrelas da Galáxia possuam um ou mais planetas.

Perseguir o nascimento dos planetas

Durante a última década, o telescópio espacial Kepler da NASA cumpriu sua missão além das expectativas: sozinho, ele detectou vários milhares de planetas, revelando a arquitetura dos sistemas exoplanetários. Comparados ao nosso Sistema Solar, composto por quatro planetas rochosos internos e quatro planetas gasosos externos, a maioria dos sistemas extra-solares parece ser muito mais compacta.

Os sistemas exoplanetários geralmente hospedam planetas do tipo super-Terras (entre 1,2 e 3,5 vezes o tamanho da Terra) e mini-Netunos (até 7 ou 8 vezes o tamanho da Terra), em órbitas muito próximas de suas estrelas, muitas vezes mais perto do que a órbita de Mercúrio em torno do Sol (cerca de 60 milhões de quilômetros). Este é o caso dos exoplanetas Trappist-1. Para entender melhor a origem desses sistemas, é necessário tentar detectá-los no exato momento de seu nascimento.

Modelo do telescópio espacial Kepler.NASA/Wikimedia

O objetivo do projeto europeu SPIDI que conduzimos no Instituto de Planetologia e Astrofísica de Grenoble (IPAG) é precisamente detectar exoplanetas em formação ao redor de estrelas jovens. Em particular, procuramos exoplanetas em órbitas próximas, precursores dos sistemas compactos revelados por Kepler ao redor de estrelas já maduras.

No entanto, ainda há vários desafios a serem superados. Devido à sua distância, de várias centenas de anos-luz, à sua órbita apertada ao redor da estrela e à sua baixa luminosidade, ainda não somos capazes de ver diretamente a luz proveniente desses sistemas compactos.

Instrumentos de ponta para detectar a presença de um planeta

Portanto, é necessário recorrer a métodos indiretos, como buscar por perturbações no movimento ou no brilho da estrela causadas pelos planetas. A principal dificuldade reside na intensa atividade das estrelas jovens, que são palco de fenômenos eruptivos mil vezes mais violentos do que na superfície do nosso Sol. Tentar detectar um sinal planetário imerso no "ruído" da estrela é como tentar ouvir uma sinfonia ao lado de uma britadeira.

Foi somente utilizando os instrumentos mais avançados do momento que conseguimos evidenciar um sinal revelador da presença de um novo exoplaneta. Usamos em particular o telescópio Canadá-França-Havaí, instalado a 4.200 metros de altitude no meio do Pacífico, combinado com dados do satélite Kepler e com o uso de uma rede de telescópios espalhada por toda a Terra, o Las Cumbres Observatory.

Todos esses dados nos permitiram determinar que este planeta orbita em menos de um mês ao redor de uma estrela jovem chamada CI Tau. O sinal captado assume a forma de variações periódicas de luminosidade e velocidade no sistema que se repetem a cada 25,2 dias. Como a estrela gira sobre si mesma em apenas 9 dias, isso não era suficiente para explicar as observações.

Um astro ainda encolhido no casulo que o viu nascer

Localizado na constelação de Touro, este astro, com apenas 2 milhões de anos, o equivalente a poucos dias na escala estelar, ainda está cercado de seu disco protoplanetário, um disco de gás e poeira ao redor da estrela em que os planetas se formam. A estrutura deste disco é segmentada, o que sugere a possível presença de outros planetas. Por enquanto, no entanto, só detectamos um. Cada técnica tem seus próprios vieses de detecção, por isso é comumente necessário usar várias delas para completar a descrição do sistema.

Trata-se aqui de um proto-Júpiter quente, cuja massa é estimada em 3,6 vezes a massa de Júpiter, e que descreve uma órbita extremamente excêntrica ao redor de sua estrela hospedeira. É durante esse período que a arquitetura desses sistemas é determinada, fruto da interação da estrela com seu disco. Esta primeira descoberta de um exoplaneta orbitando a menos de 25 milhões de quilômetros de sua estrela, interagindo com seu disco, complementa a detecção direta de planetas nascentes que orbitam suas estrelas hospedeiras a uma distância de vários bilhões de quilômetros.

Ainda imerso no disco que lhe deu origem, este planeta demonstra a possibilidade de estudar as fases de formação dos sistemas exoplanetários compactos que parecem povoar a Galáxia. In fine, estudar este tipo de sistemas nos ajudará a esclarecer as condições iniciais que presidem à formação de exomundos, através de processos ricos e complexos, dos quais alguns podem levar ao surgimento da vida.

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