O IAC está envolvido na confirmação da existência de um sistema multiplanetário em constante mudança.

 Uma equipe internacional de cientistas, incluindo pesquisadores do Instituto de Astrofísica das Ilhas Canárias (IAC), confirmou a existência de três corpos orbitando o dinâmico sistema exoplanetário TOI-201. São eles: uma super-Terra (TOI-201 d), um Júpiter quente (TOI-201 b) e uma anã marrom (TOI-201 c). O artigo foi publicado na revista Science Advances. 

Representação artística do sistema exoplanetário TOI-201

“O objetivo era caracterizar o sistema planetário TOI-201 para entender não apenas quais planetas estão lá, mas como eles interagem entre si dinamicamente”, disse Ismael Mireles, candidato a doutorado no Departamento de Física e Astronomia da UNM e primeiro autor do artigo. “Isso ajuda os cientistas a entender como sistemas planetários como o nosso Sistema Solar se formam e evoluem ao longo do tempo.”

Um laboratório para o estudo de sistemas planetários

A Super-Terra (TOI-201 d) é um planeta rochoso com aproximadamente 1,4 vezes o tamanho da Terra e cerca de 6 vezes a sua massa, completando uma órbita a cada 5,85 dias. Está muito perto de sua estrela e provavelmente é quente demais para a existência de água líquida.

Júpiter Quente (TOI-201 b) é um gigante gasoso com cerca de metade da massa de Júpiter, orbitando a Terra a cada 53 dias. Os "Júpiteres Quentes" situam-se entre os "Júpiteres Quentes" (órbitas de poucos dias) e os gigantes gasosos frios e distantes como Júpiter (órbitas de aproximadamente 12 anos). São cientificamente interessantes porque os astrônomos não compreendem completamente como chegaram às órbitas em que se encontram.

A anã marrom (TOI-201 c) é o corpo mais massivo do sistema, além da estrela, e descreve uma órbita ampla e altamente elíptica com duração aproximada de 8 anos. Sua influência gravitacional é responsável pela maior parte do comportamento dinâmico do sistema. TOI-201 c também é o objeto em trânsito com o período mais longo já descoberto.

“TOI-201 c é única devido ao seu período orbital extremamente longo (~7,9 anos) e à sua localização em um sistema com dois planetas internos”, diz Mireles. “A maioria das anãs marrons em trânsito conhecidas orbitam muito mais perto de suas estrelas.”

“Como a massa de TOI-201 c está próxima do limite que separa planetas massivos de anãs marrons, um mistério que este sistema apresenta é se este corpo se formou como um planeta ou como uma estrela”, explica Felipe Murgas, pesquisador do IAC e coautor do estudo.

Para colocar isso em perspectiva, uma anã marrom tem 13 vezes a massa de Júpiter, mas ainda é pequena demais para ser classificada como uma estrela verdadeira. Ela não consegue manter a fusão de hidrogênio em seu núcleo como o Sol.

“Este é um dos poucos sistemas em que as órbitas planetárias podem ser observadas em constante mudança em escalas de tempo humanas. Ele oferece uma rara janela em tempo real para a vida dinâmica dos sistemas planetários”, explica Mireles. De fato, em 200 anos, apenas dois dos três objetos ainda estarão em trânsito.

Quatro técnicas para desvendar o sistema

Os pesquisadores utilizaram uma combinação de quatro técnicas de observação para confirmar o sistema. A primeira é a espectroscopia (velocidades radiais), que mede a oscilação da estrela causada pelos planetas em órbita e ajuda a determinar suas massas. “Utilizamos vários espectrógrafos no Chile: CORALIE, HARPS e PFS. Também utilizamos dados de arquivo do espectrógrafo FEROS, no Chile, e do MINERVA-Australis, na Austrália”, explica Mireles.

A segunda técnica é a fotometria de trânsito, que consiste em registrar o leve escurecimento da estrela quando um planeta passa em frente a ela. Foram utilizados trânsitos do telescópio espacial TESS da NASA e observações terrestres do telescópio ASTEP na Antártica – um projeto liderado pelo Observatório da Côte d'Azur, em Nice, em parceria com a Universidade de Birmingham e a Agência Espacial Europeia.

Observações de trânsito da rede global de telescópios LCOGT, com base no Chile, Austrália e África do Sul, também foram incluídas e desempenharam um papel fundamental na análise. “A rede LCOGT permite um monitoramento mais eficiente dos trânsitos, utilizando telescópios robóticos em vários locais e em diferentes países. Isso aumenta nossas chances de coletar dados sobre esses tipos de sistemas exoplanetários”, afirma Murgas.

Arquitetura orbital do sistema TOI-201 comparada ao nosso Sistema Solar. O diagrama mostra as órbitas dos três companheiros conhecidos de TOI-201, desenhadas em escala, juntamente com os quatro planetas internos do Sistema Solar e Júpiter. As órbitas do Júpiter quente, TOI-201 b, e da super-Terra, TOI-201 d, estão ambas dentro da órbita de Mercúrio, enquanto a órbita altamente excêntrica da anã marrom, TOI-201 c, a aproxima mais do que Marte e a afasta mais do que Júpiter. Crédito: Tedi Vick

A terceira técnica incluiu as Variações de Tempo de Trânsito (TTVs, na sigla em inglês), que medem pequenos desvios no momento em que os trânsitos de um planeta ocorrem, sinalizando a presença da atração gravitacional de outro planeta. Os pesquisadores do IAC, Judith Korth e Hannu Parviainen , que também são coautores do estudo, realizaram a análise de TTV, que ajudou a caracterizar a arquitetura do sistema. Por fim, os pesquisadores utilizaram astrometria, que emprega dados das missões espaciais Hipparcos e Gaia para detectar pequenas mudanças na posição da estrela no céu causadas por um companheiro massivo invisível.

Trânsito que desaparece… e retorna

Mireles prossegue dizendo que as observações de exoplanetas geralmente mostram apenas um instantâneo da evolução de um sistema. De fato, a maioria dos sistemas só muda em escalas de tempo de milhões de anos. O que torna o TOI-201 especial é que os pesquisadores conseguem observar essa mudança em tempo real. "As órbitas dos planetas estão inclinadas umas em relação às outras e, por causa disso, eles estão lentamente se puxando para novas orientações", diz Mireles.

“Isso foi uma surpresa, porque se os planetas estão nascendo no plano do disco protoplanetário que existiu no início da vida da estrela, espera-se que eles tenham órbitas alinhadas, como os planetas do Sistema Solar. Então, a próxima pergunta a ser respondida para TOI-201 é como esses três objetos acabaram com órbitas tão inclinadas”, acrescenta Murgas.

Daqui a 200 anos, a Super-Terra deixará de transitar. Algumas centenas de anos depois, o Júpiter quente também deixará de transitar e, mais tarde, a anã marrom. No entanto, elas voltarão a transitar daqui a milhares de anos, pois passam por ciclos de configurações com e sem trânsito.

A próxima passagem de TOI-201 c está prevista para 26 de março de 2031, o que proporcionará uma oportunidade rara para observações de acompanhamento em todo o mundo, inclusive por cientistas cidadãos.

“Foi um verdadeiro esforço coletivo de vários anos para estudar este sistema. Cada nova observação de trânsito da ASTEP e da LCOGT e cada nova medição de velocidade radial gradualmente revelaram a arquitetura tridimensional do sistema TOI 201. E essa arquitetura única está no cerne das interações dinâmicas até então desconhecidas do sistema”, conclui Mireles.

Iac.es