Diretamente de um planeta distante: Pistas espectrais de intrigante paradoxo

Impressão de artista de vários planetas gigantes gasosos em órbita de uma jovem estrela que tem um disco protoplanetário remanescente. Dado que o disco remanescente de CI Tau está ligeiramente inclinado, mais ou menos idêntico ao que vemos na imagem, os astrónomos conseguiram medir diretamente a luz tanto da estrela quanto do seu íntimo planeta CI Tau b.Crédito: NASA/JPL-Caltech/T. Pyle

CI Tau b é um planeta paradoxal, mas uma nova investigação sobre a sua massa, brilho e monóxido de carbono na sua atmosfera está a começar a responder a perguntas sobre como um planeta tão grande pode ter-se formado em torno de uma estrela com apenas 2 milhões de anos.

Num encontro da Sociedade Astronómica Americana que decorreu na passada segunda-feira em St. Louis, EUA, os astrónomos Christopher Johns-Krull da Universidade Rice e Lisa Prato do Observatório Lowell apresentaram descobertas de uma análise espectroscópica no infravermelho próximo, ao longo de quatro anos, de CI Tau b, um exoplaneta gigante, um "Júpiter quente", numa órbita íntima de nove dias em torno da sua estrela hospedeira, situada a cerca de 450 anos-luz da Terra na direção da constelação de Touro.

"A coisa mais emocionante é que somos capazes de detetar luz diretamente do planeta, e é a primeira vez que tal foi feito para um planeta tão perto de uma estrela tão jovem," disse Johns-Krull, professor de física e astronomia e coautor de um artigo que será publicado na revista Astrophysical Journal Letters da Sociedade Astronómica Americana. "A maneira mais valiosa de aprender como os planetas se formam é estudando planetas, como CI Tau b, que ainda estão a formar-se ou que acabaram de se formar."

Durante décadas, a maioria dos astrónomos acreditava que planetas gigantes como Júpiter e Saturno formavam-se longe das suas estrelas ao longo de períodos de 10 milhões de anos ou mais. Mas a descoberta de dúzias de "Júpiteres quentes" levou a novos modelos teóricos que descrevem como esses planetas se podem formar.

Johns-Krull disse que a idade de CI Tau b fez dele o candidato perfeito para observação com o IGRINS (Immersion Grating Infrared Spectrograph), o instrumento único de alta resolução usado durante observações de CI Tau b com o Telescópio Harlan J. Smith de 2,7 metros do Observatório McDonald e com o Telescópio do Discovery Channel de 4,3 metros do Observatório Lowell.

Dado que cada elemento atómico e molécula numa estrela emite luz de um conjunto único de comprimentos de onda, os astrónomos podem procurar assinaturas específicas, ou linhas espectrais, para ver se um elemento está presente numa estrela ou em planetas distantes. As linhas espectrais também podem revelar a temperatura, a densidade de uma estrela e a velocidade a que se está a deslocar.

Prato disse que a equipa de investigação usou as linhas espectrais do monóxido de carbono para distinguir entre a luz emitida pelo planeta e a luz emitida pela estrela próxima.

"Muitas das linhas espectrais que estão no planeta também estão na estrela," explicou Prato. "Se tanto o planeta quanto a estrela estivessem estacionários, as suas linhas espectrais juntavam-se e nós não saberíamos dizer quais as que eram da estrela e quais as que eram do planeta. Mas dado que o planeta orbita rapidamente a sua estrela, as suas linhas desviam-se para a frente e para trás dramaticamente. Podemos subtrair as linhas da estrela e ver apenas as linhas do planeta. E, a partir daí, podemos determinar quão brilhante é o planeta, em relação à estrela, o que nos diz algo sobre como foi formado."

Isto porque o brilho de uma estrela ou planeta depende do tamanho e da temperatura.

"As evidências diretas observacionais da massa e do brilho de CI Tau b são particularmente úteis porque sabemos que orbita uma estrela muito jovem," disse a estudante de doutoramento Laura Flagg, da Universidade Rice, autora principal do estudo. "A maioria dos Júpiteres quentes que encontramos estão em órbita de estrelas de meia-idade. A idade de CI Tau b coloca uma forte restrição para testar os modelos: será que podem produzir um planeta tão brilhante e tão massivo em tão pouco tempo?"

A análise de Flagg das linhas espectrais do monóxido de carbono mostraram que CI Tau b tem uma massa de 11,6 Júpiteres e é aproximadamente 134 vezes mais ténue do que a sua estrela-mãe. Prato disse que isto fornece fortes evidências de que se formou através de um "início quente", um modelo teórico que descreve como as instabilidades gravitacionais podem formar planetas gigantes mais depressa do que os modelos tradicionais.

Prato salientou que o novo estudo fornece um padrão empírico único para medir as atuais teorias concorrentes.

"Com cerca de 2 milhões de anos, CI Tau b é de longe o Júpiter quente mais jovem já detetado diretamente," explicou. "Temos agora dados sobre a sua massa e sobre o seu brilho - a única massa e o único brilho medidos diretamente para um jovem Júpiter quente - e isso fornece testes muito fortes para os modelos de formação planetária."

O IGRINS, que foi desenhado pelo coautor do estudo Daniel Jaffe da Universidade do Texas em Austin, usa uma grade de difração com base no silício para melhorar tanto a resolução quanto o número de bandas espectrais no infravermelho próximo que podem ser observadas em objetos distantes como CI Tau b e como a sua estrela-mãe. O IGRINS foi transferido do Observatório McDonald para o Observatório Lowell durante o estudo.

Fonte: Astronomia OnLine