Para trás e além: desvendando o mistério das órbitas excêntricas dos exoplanetas

A estranha órbita alongada e retrógrada de um exoplaneta contém pistas sobre a história da formação e as trajetórias futuras dos Júpiteres quentes. 

Um exoplaneta recém-descoberto exibe a órbita mais excêntrica observada até o momento, completa com um caminho orbital inverso ao redor de sua estrela. Insights deste estudo liderado pela Penn State podem avançar nossa compreensão de como Júpiteres quentes se formam e evoluem. Crédito: SciTechDaily.com

Astrônomos identificaram um exoplaneta com a órbita mais excêntrica conhecida, caracterizada por seu formato de pepino e movimento para trás em torno de sua estrela. Esta descoberta oferece insights sobre a formação e evolução de Júpiteres quentes. Instrumentos importantes como o NEID e o TESS foram essenciais na observação deste exoplaneta, o que pode ajudar a entender a migração desses planetas gigantes de gás.

Descoberta de um exoplaneta único

Pesquisadores descobriram um planeta que tem a órbita mais oblonga já encontrada entre planetas em trânsito. O circuito extremo do exoplaneta — que parece mais um pepino do que um círculo — segue uma das órbitas mais drasticamente esticadas de todos os exoplanetas conhecidos, planetas que orbitam estrelas fora do nosso sistema solar. Ele também orbita sua estrela para trás, dando uma visão do mistério de como planetas gasosos massivos próximos, conhecidos como Júpiteres quentes, se formam, se estabilizam e evoluem ao longo do tempo.

A pesquisa, liderada por cientistas da Penn State, foi publicada em 17 de julho na revista Nature.

“Nós pegamos esse planeta massivo fazendo uma curva fechada e fechada durante sua passagem próxima à sua estrela”, disse Suvrath Mahadevan, o Professor Verne M. Willaman de Astronomia na Penn State e autor do artigo. “Planetas em trânsito tão excêntricos são incrivelmente raros — e é realmente incrível que tenhamos conseguido descobrir o mais excêntrico deles.”

Uma equipe de astrônomos liderada por cientistas da Penn State descobriu um planeta que tem a órbita mais oblonga já encontrada entre planetas em trânsito. O circuito extremo do exoplaneta — que parece mais um pepino do que um círculo — segue uma das órbitas mais drasticamente estendidas de todos os exoplanetas conhecidos, planetas que orbitam estrelas fora do nosso sistema solar. O planeta, , chamado TIC 241249530, também está orbitando sua estrela para trás, dando uma visão sobre o mistério de como planetas gasosos massivos próximos, conhecidos como Júpiteres quentes, se formam, se estabilizam e evoluem ao longo do tempo. Crédito: Abigail Minnich/Penn State

Insights da excentricidade orbital

Mahadevan explicou que o termo “excêntrico” se refere ao formato da órbita de um planeta, que é medida em uma escala de zero a um, sendo zero uma órbita perfeitamente circular. Este exoplaneta, chamado TIC 241249530, tem uma excentricidade orbital de 0,94, tornando-o mais excêntrico do que a órbita de qualquer outro exoplaneta em trânsito já encontrado.

Para efeito de comparação, a órbita altamente elíptica de Plutão ao redor do sol tem uma excentricidade de 0,25; a excentricidade da Terra é 0,02. Uma órbita tão extrema, Mahadevan explicou, faria com que as temperaturas no planeta variassem entre as de um dia de verão no ponto mais distante de sua órbita e as extremamente quentes em sua aproximação mais próxima.

Para adicionar à natureza incomum da órbita do exoplaneta, a equipe também descobriu que ele está orbitando para trás, ou seja, em uma direção oposta à rotação de sua estrela hospedeira. Isso não é algo que os astrônomos veem na maioria dos outros exoplanetas, nem em nosso próprio sistema solar, e ajuda a informar a interpretação da equipe sobre a história da formação do exoplaneta.

Desvendando a formação de Júpiter quente

“Embora não possamos exatamente apertar o botão de retroceder e assistir ao processo de migração planetária em tempo real, este exoplaneta serve como uma espécie de instantâneo do processo de migração”, disse Arvind Gupta, pesquisador de pós-doutorado do NOIRLab e autor principal do artigo, que conduziu a pesquisa como aluno de doutorado na Penn State, em um comunicado do NOIRLab. “Planetas como este são difíceis de encontrar e esperamos que isso possa nos ajudar a desvendar a história da formação de Júpiter quente .”

Atualmente, há mais de 5.600 exoplanetas confirmados em pouco mais de 4.000 sistemas estelares. Dentro dessa população, cerca de 300 a 500 exoplanetas se enquadram na curiosa classe conhecida como Júpiteres quentes — grandes exoplanetas semelhantes a Júpiter que orbitam muito perto de sua estrela, muito mais perto do que Mercúrio está do nosso sol.

Como os Júpiteres quentes acabam em órbitas tão próximas é um mistério, mas os astrônomos suspeitam que eles começam em órbitas distantes de sua estrela e então migram para dentro ao longo do tempo. Os estágios iniciais desse processo raramente foram observados, mas com essa nova análise de um exoplaneta com uma órbita incomum, os astrônomos estão um passo mais perto de desvendar o mistério do Júpiter quente.

“Os astrônomos têm procurado exoplanetas que provavelmente sejam precursores de Júpiteres quentes, ou que sejam produtos intermediários do processo de migração, por mais de duas décadas, então fiquei muito surpreso — e animado — ao encontrar um”, disse Gupta.

A descoberta e caracterização do exoplaneta foi possível por três instrumentos construídos na Penn State: o espectrógrafo NEID financiado pela NASA , o espectrógrafo Habitable Zone Planet Finder e um difusor fotométrico. Todos os três instrumentos permitem que os pesquisadores observem e analisem a luz emitida pelo exoplaneta.

O papel dos instrumentos avançados

Os pesquisadores detectaram o planeta pela primeira vez usando o Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) da NASA em janeiro de 2020, que revelou uma queda no brilho de uma estrela consistente com um único planeta do tamanho de Júpiter passando na frente da estrela. Para confirmar a natureza dessas flutuações e eliminar outras possíveis causas, uma equipe de astrônomos usou dois instrumentos no Telescópio WIYN de 3,5 metros no Observatório Nacional Kitt Peak (KPNO) da National Science Foundation (NSF) dos EUA, um programa do NSF NOIRLab.

A equipe primeiro utilizou o NN-EXPLORE Exoplanet and Stellar Speckle Imager (NESSI), financiado pela NASA, em uma técnica que ajuda a "congelar" o cintilar atmosférico, o que mostrou que não havia estrelas estranhas próximas que pudessem ter confundido as medições do TESS. Então, usando os espectrógrafos HPF e NEID, a equipe observou como o espectro do TIC 241249530, ou comprimentos de onda de sua luz emitida, mudou como resultado do exoplaneta orbitando-o.

“É tão emocionante ver uma ciência tão boa saindo do NEID em apenas alguns anos de operação”, disse Andrea Lin, coautora do artigo e doutoranda na Penn State que ajudou a construir e comissionar o espectrógrafo NEID. “Estamos apenas começando e estou ansiosa para ver o que podemos realizar no futuro.”

Analisando a massa e a órbita do planeta

Uma análise detalhada de como a velocidade da estrela muda ao longo do período orbital de seis meses do planeta confirmou que o exoplaneta é aproximadamente cinco vezes mais massivo que Júpiter e que está orbitando ao longo de uma trajetória extremamente excêntrica.

“Este é o planeta em trânsito mais excêntrico conhecido e provará ser tão importante quanto o recordista anterior, HD80606b, que também tem uma órbita maluca altamente desalinhada com o giro de sua estrela hospedeira”, disse Jason Wright, professor de astronomia e astrofísica da Penn State, que supervisionou o projeto enquanto Gupta era um estudante de doutorado na universidade.

“Esses dois planetas altamente excêntricos foram 'pegos no ato' de evoluir para o status de Júpiter quente. Como HD80606b, este planeta tem muitas vezes a massa de Júpiter, sugerindo que este canal para formar Júpiteres quentes pode ser um que apenas os planetas mais massivos podem tomar.”

Juntos, esses dois exemplos confirmam observacionalmente a ideia de que gigantes gasosos de maior massa evoluem para se tornarem Júpiteres quentes à medida que migram de órbitas altamente excêntricas para órbitas mais estreitas e circulares.

Pesquisas e observações futuras

“Estamos especialmente interessados ​​no que podemos aprender sobre a dinâmica da atmosfera deste planeta depois que ele faz uma de suas passagens escaldantemente próximas de sua estrela”, disse Wright. “Telescópios como o Telescópio Espacial James Webb da NASA têm a sensibilidade para sondar as mudanças na atmosfera deste exoplaneta recém-descoberto à medida que ele sofre aquecimento rápido, então ainda há muito mais para a equipe aprender sobre o exoplaneta.”

Fonte: Scitechdaily.com