Pela primeira vez, os astrônomos detectaram um exoplaneta cuja órbita está decaindo em torno de uma estrela hospedeira evoluída ou mais velha. O mundo atingido parece destinado a espiralar cada vez mais perto de sua estrela em amadurecimento até a colisão e a obliteração final.

A descoberta oferece novos insights sobre o prolixo processo de decaimento orbital planetário, fornecendo a primeira visão de um sistema neste estágio avançado de evolução.

A morte por estrela é um destino que aguarda muitos mundos e pode ser o adeus final da Terra daqui a bilhões de anos, à medida que nosso Sol envelhece.

"Já detectamos evidências de exoplanetas se inspirando em direção às suas estrelas, mas nunca vimos um planeta assim em torno de uma estrela evoluída", disse Shreyas Vissapragada, bolsista 51 Pegasi b do Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian e principal autor de um novo estudo que descreve os resultados. “A teoria prevê que as estrelas evoluídas são muito eficazes em sugar a energia das órbitas de seus planetas, e agora podemos testar essas teorias com observações”.

As descobertas foram publicadas na segunda-feira no The Astrophysical Journal Letters .

O malfadado exoplaneta é designado Kepler-1658b. Como o próprio nome indica, os astrônomos descobriram o exoplaneta com o telescópio espacial Kepler, uma missão pioneira de caça ao planeta lançada em 2009. Curiosamente, o mundo foi o primeiro novo candidato a exoplaneta que Kepler já observou. No entanto, levou quase uma década para confirmar a existência do planeta, momento em que o objeto entrou oficialmente no catálogo de Kepler como a entrada de 1658.

Kepler-1658b é o chamado Júpiter quente, apelido dado a exoplanetas com a mesma massa e tamanho de Júpiter, mas em órbitas extremamente próximas de suas estrelas hospedeiras. Para Kepler-1658b, essa distância é apenas um oitavo do espaço entre o nosso Sol e seu planeta orbital mais próximo, Mercúrio. Para Júpiteres quentes e outros planetas como Kepler-1658b que já estão muito próximos de suas estrelas, o decaimento orbital parece certo para culminar em destruição.

Medir o decaimento orbital de exoplanetas tem desafiado os pesquisadores porque o processo é muito lento e gradual. No caso de Kepler-1658b, de acordo com o novo estudo, seu período orbital está diminuindo a uma taxa minúscula de cerca de 131 milissegundos (milésimos de segundo) por ano, com uma órbita mais curta indicando que o planeta se aproximou de sua estrela.

Detectar esse declínio exigiu vários anos de observação cuidadosa. O relógio começou com Kepler e depois foi captado pelo Telescópio Hale do Observatório Palomar no sul da Califórnia e, finalmente, pelo Telescópio de Pesquisa de Exoplanetas em Transição, ou TESS, lançado em 2018. Todos os três instrumentos capturaram trânsitos, o termo para quando um exoplaneta cruza a face de sua estrela e causa um leve escurecimento do brilho da estrela. Nos últimos 13 anos, o intervalo entre os trânsitos de Kepler-1658b diminuiu ligeiramente, mas constantemente.

A causa raiz do decaimento orbital experimentado por Kepler-1658b são as marés – o mesmo fenômeno responsável pela subida e descida diária dos oceanos da Terra. As marés são geradas por interações gravitacionais entre dois corpos em órbita, como entre nosso mundo e a Lua ou Kepler-1658b e sua estrela. As gravidades dos corpos distorcem as formas uns dos outros e, à medida que os corpos respondem a essas mudanças, a energia é liberada. Dependendo das distâncias, tamanhos e taxas de rotação dos corpos envolvidos, essas interações de maré podem resultar em corpos se afastando - o caso da Terra e da Lua em espiral lenta - ou para dentro, como Kepler-1658b em direção sua estrela.

Ainda há muito que os pesquisadores não entendem sobre essas dinâmicas, principalmente em cenários estrela-planeta. Consequentemente, um estudo mais aprofundado do sistema Kepler-1658 deve ser instrutivo.

A estrela evoluiu até o ponto em seu ciclo de vida estelar em que começou a se expandir, assim como se espera que o nosso Sol o faça, e entrou no que os astrônomos chamam de fase subgigante. A estrutura interna das estrelas evoluídas deve levar mais facilmente à dissipação da energia das marés retirada das órbitas dos planetas hospedados em comparação com estrelas não evoluídas como o nosso Sol. Isso acelera o processo de decaimento orbital, facilitando o estudo em escalas de tempo humanas.

Os resultados ajudam ainda mais a explicar uma estranheza intrínseca sobre Kepler-1658b, que parece mais brilhante e mais quente do que o esperado. As interações de maré que encolhem a órbita do planeta também podem estar gerando energia extra dentro do próprio planeta, diz a equipe.

Vissapragada aponta para uma situação semelhante com a lua de Júpiter, Io, o corpo mais vulcânico do Sistema Solar. O empurrão e puxão gravitacional de Júpiter em Io derrete as entranhas do planeta. Essa rocha derretida então irrompe na famosa superfície infernal da lua, semelhante a uma pizza, de depósitos sulfurosos amarelos e lava vermelha fresca.

O empilhamento de observações adicionais de Kepler-1658b deve lançar mais luz sobre as interações do corpo celeste. E, com o TESS programado para continuar examinando milhares de estrelas próximas, Vissapragada e seus colegas esperam que o telescópio descubra vários outros exemplos de exoplanetas circulando pelos ralos de suas estrelas hospedeiras.

"Agora que temos evidências da inspiração de um planeta em torno de uma estrela evoluída, podemos realmente começar a refinar nossos modelos de física das marés", diz Vissapragada. “O sistema Kepler-1658 pode servir como um laboratório celestial dessa maneira nos próximos anos e, com alguma sorte, em breve haverá muitos mais desses laboratórios”.

Vissapragada, que recentemente ingressou no Centro de Astrofísica há alguns meses e agora está sendo orientado por Mercedes López-Morales, espera que a ciência dos exoplanetas continue a avançar dramaticamente.

"Shreyas foi uma adição bem-vinda à nossa equipe que trabalha na caracterização da evolução de exoplanetas e suas atmosferas", diz López-Morales, astrônomo do Centro de Astrofísica.

"Mal posso esperar para ver o que todos nós vamos descobrir juntos", acrescenta Vissapragada.