Estrelas pequenas podem hospedar planetas maiores do que se pensava anteriormente

Estrelas com menos da metade da massa do nosso Sol são capazes de hospedar planetas gigantes ao estilo de Júpiter, em conflito com a teoria mais amplamente aceita de como esses planetas se formam, de acordo com um novo estudo liderado por pesquisadores da UCL e da Universidade de Warwick.

Impressão de artista do nascer-do-"Sol" no exoplaneta NGTS-1b, um gigante gasoso anteriormente descoberto em torno de uma estrela de baixa massa. Crédito: Universidade de Warwick/Mark Garlick 

Gigantes gasosos, como outros planetas, se formam a partir de discos de material em torno de estrelas jovens. De acordo com a teoria da acreção do núcleo, eles primeiro formam um núcleo de rocha, gelo e outros sólidos pesados, atraindo uma camada externa de gás uma vez que esse núcleo é suficientemente massivo (cerca de 15 a 20 vezes o da Terra).

No entanto, as estrelas de baixa massa têm discos de baixa massa que, preveem os modelos, não forneceriam material suficiente para formar um gigante gasoso dessa maneira, ou pelo menos não com rapidez suficiente antes que o disco se rompa.

No estudo, aceito para publicação no Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS) e financiado pelo Conselho de Instalações de Ciência e Tecnologia do Reino Unido (STFC), os pesquisadores analisaram 91.306 estrelas de baixa massa, usando observações do Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) da NASA e, em 15 casos, encontraram quedas no brilho da luz correspondente a um gigante gasoso passando na frente da estrela.

Cinco dos 15 potenciais planetas gigantes já foram confirmados como planetas usando métodos independentes. Um desses planetas confirmados orbita uma estrela que é um quinto da massa do Sol – o que não seria possível de acordo com os modelos de formação planetária.

O autor principal, Dr. Ed Bryant (Mullard Space Science Laboratory da UCL, anteriormente Universidade de Warwick), que iniciou o trabalho como parte de seu doutorado, disse: "Estrelas de baixa massa são melhores em formar planetas gigantes do que pensávamos.

Nossos resultados levantam sérias questões para os modelos de formação planetária. Em particular, nossa detecção de gigantes gasosos orbitando estrelas tão baixas quanto 20% da massa do Sol representa um conflito com a teoria atual."

O coautor Dr. Vincent Van Eylen (Mullard Space Science Laboratory da UCL) disse: "O fato de que, embora raros, gigantes gasosos existem em torno de estrelas de baixa massa é uma descoberta inesperada e significa que os modelos de formação planetária precisarão ser revistos".

Uma interpretação possível é que os gigantes gasosos não se formam através da acreção do núcleo, mas através da instabilidade gravitacional, onde o disco em torno de uma estrela se fragmenta em aglomerados de poeira e gás do tamanho de um planeta. Se este for o caso, estrelas de baixa massa poderiam hospedar gigantes gasosos muito grandes, duas ou três vezes a massa de Júpiter. 

No entanto, isso é considerado improvável, já que os discos em torno de estrelas de baixa massa não parecem ser massivos o suficiente para se fragmentarem dessa maneira.

Outra explicação, dizem os pesquisadores, é que os astrônomos subestimaram a massa do disco de uma estrela, o que significa que pequenas estrelas poderiam formar planetas gigantes através da acreção do núcleo, afinal.

Isso pode ser porque calculamos incorretamente a massa dos discos que podemos observar através de telescópios, ou porque os discos têm uma massa maior no início da vida de uma estrela, quando são muito difíceis de observar (pois estão embutidos em nuvens de poeira), em comparação com mais tarde na vida de uma estrela, quando podemos observá-los.

O coautor Dr. Dan Bayliss, Professor Associado de Física da Universidade de Warwick, disse: "É possível que façamosNão entendemos as massas desses discos protoplanetários tão bem quanto pensávamos. Novos instrumentos poderosos, como o Telescópio Espacial James Webb, serão capazes de estudar as propriedades desses discos com mais detalhes."

Em seu artigo, os pesquisadores procuraram identificar com que frequência os planetas gigantes ocorriam em torno de estrelas de baixa massa, testando se essa taxa de ocorrência se encaixava com o que os modelos de acreção do núcleo preveriam.

Eles usaram um algoritmo para identificar os sinais de gigantes gasosos em trânsito na luz emitida por estrelas de baixa massa. Eles então examinaram esses sinais, descontando uma série de falsos positivos.

Para determinar a probabilidade de seu método detectar gigantes gasosos reais orbitando essas estrelas, eles inseriram simulações de milhares de sinais de planetas em trânsito nos dados reais da luz das estrelas do TESS e, em seguida, executaram seu algoritmo para ver quantos desses planetas seriam detectados.

Agora, os pesquisadores estão trabalhando para confirmar como planetas (ou descartar) nove dos 15 candidatos a planetas que identificaram (cinco até agora foram confirmados como planetas, com um falso positivo). Esses candidatos poderiam potencialmente ser estrelas companheiras ou poderia haver outra razão para as quedas no brilho.

A equipe inferirá as massas desses objetos procurando uma "oscilação" na posição de sua estrela hospedeira, indicando o possível puxão gravitacional do planeta. Esta oscilação pode ser detectada através da análise espectroscópica da luz das estrelas – medindo diferentes bandas de luz para rastrear o movimento da estrela para longe de nós ou em nossa direção.

Fonte: ucl.ac.uk