Um planeta em uma órbita improvável em torno de uma estrela dupla a 336 anos-luz de distância pode oferecer uma pista para um mistério muito mais perto de casa: um corpo distante hipotético em nosso sistema solar apelidado de "Planeta Nove".

Esta é a primeira vez que os astrônomos foram capazes de medir o movimento de um enorme planeta semelhante a Júpiter que está orbitando muito longe de suas estrelas hospedeiras e do disco de detritos visíveis. Este disco é semelhante ao nosso Cinturão de Kuiper de pequenos corpos gelados além de Netuno. Em nosso próprio sistema solar , o suspeito planeta Nove também ficaria longe do Cinturão de Kuiper em uma órbita igualmente estranha. Embora a busca por um Planeta Nove continue, esta descoberta de exoplanetas é evidência de que tais órbitas estranhas são possíveis.

"Este sistema traça uma comparação potencialmente única com o nosso sistema solar", explicou o principal autor do artigo, Meiji Nguyen, da Universidade da Califórnia, Berkeley. "Está amplamente separado de suas estrelas hospedeiras em uma órbita excêntrica e altamente desalinhada, assim como a previsão para o Planeta Nove. Isso levanta a questão de como esses planetas se formaram e evoluíram para terminar em sua configuração atual."

O sistema onde reside este gigante gasoso tem apenas 15 milhões de anos. Isso sugere que nosso Planeta Nove - se é que existe - poderia ter se formado bem no início da evolução de nosso sistema solar de 4,6 bilhões de anos.

O exoplaneta de massa de 11 Júpiter chamado HD 106906 b foi descoberto em 2013 com os Telescópios Magalhães no Observatório Las Campanas no Deserto de Atacama, no Chile. No entanto, os astrônomos não sabiam nada sobre a órbita do planeta. Isso exigia algo que apenas o Telescópio Espacial Hubble poderia fazer: coletar medições muito precisas do movimento do vagabundo ao longo de 14 anos com uma precisão extraordinária. A equipe usou dados do arquivo Hubble que forneceram evidências para este movimento.

O exoplaneta reside extremamente longe de seu par de estrelas jovens e brilhantes - mais de 730 vezes a distância da Terra ao Sol, ou cerca de 6,8 bilhões de milhas. Essa ampla separação tornou um enorme desafio determinar a órbita de 15.000 anos em um período de tempo relativamente curto de observações do Hubble. O planeta está rastejando muito lentamente ao longo de sua órbita, devido à fraca atração gravitacional de suas distantes estrelas-mãe.

 

A equipe do Hubble ficou surpresa ao descobrir que o mundo remoto tem uma órbita extrema que é muito desalinhada, alongada e externa ao disco de detritos que envolve as estrelas gêmeas do exoplaneta. O disco de destroços em si é muito incomum, talvez devido ao puxão gravitacional do planeta rebelde.

Então, como o exoplaneta chegou a uma órbita tão distante e estranhamente inclinada? A teoria prevalecente é que se formou muito mais perto de suas estrelas, cerca de três vezes a distância que a Terra está do sol. Mas o arrasto dentro do disco de gás do sistema fez com que a órbita do planeta decaísse, forçando-o a migrar para dentro em direção ao seu par estelar. Os efeitos gravitacionais das estrelas gêmeas girando então o chutaram para uma órbita excêntrica que quase o jogou para fora do sistema e no vazio do espaço interestelar. Então, uma estrela que passava de fora do sistema estabilizou a órbita do exoplaneta e o impediu de deixar seu sistema doméstico.

Usando medições precisas de distância e movimento do satélite de pesquisa Gaia da Agência Espacial Europeia, as estrelas passantes candidatas foram identificadas em 2019 pelos membros da equipe Robert De Rosa do Observatório Europeu do Sul em Santiago, Chile, e Paul Kalas da Universidade da Califórnia.

Em um estudo publicado em 2015, Kalas liderou uma equipe que encontrou evidências circunstanciais para o comportamento do planeta em fuga: o disco de detritos do sistema é fortemente assimétrico, em vez de ser uma distribuição circular de material em forma de "torta de pizza". Um lado do disco é truncado em relação ao lado oposto e também é perturbado verticalmente, em vez de ficar restrito a um plano estreito visto no lado oposto das estrelas.

“A ideia é que toda vez que o planeta se aproxima mais da estrela binária, ele agita o material do disco”, explica De Rosa. "Portanto, toda vez que o planeta passa, ele trunca o disco e o empurra para um lado. Este cenário foi testado com simulações deste sistema com o planeta em uma órbita semelhante - isso foi antes de sabermos qual a órbita do planeta foi."

“É como chegar ao local de um acidente de carro e tentar reconstruir o que aconteceu”, explicou Kalas. "São as estrelas passageiras que perturbaram o planeta, então o planeta perturbou o disco? É o binário no meio que primeiro perturbou o planeta e depois perturbou o disco? Ou será que as estrelas que passam perturbaram o planeta e o disco ao mesmo tempo tempo? Este é um trabalho de detetive de astronomia, reunindo as evidências de que precisamos para chegar a algumas histórias plausíveis sobre o que aconteceu aqui. "

Este cenário para a órbita bizarra de HD 106906 b é semelhante em alguns aspectos ao que pode ter feito com que o hipotético Planeta Nove terminasse nos confins de nosso próprio sistema solar, bem além da órbita dos outros planetas e além do Cinturão de Kuiper. O planeta Nove poderia ter se formado no sistema solar interno e sido expulso por interações com Júpiter. No entanto, Júpiter - o proverbial gorila de 800 libras em nosso sistema solar - muito provavelmente teria lançado o planeta Nove muito além de Plutão. As estrelas que passam podem ter estabilizado a órbita do planeta expulso, empurrando o caminho da órbita para longe de Júpiter e dos outros planetas no sistema solar interno.

"É como se tivéssemos uma máquina do tempo para nosso próprio sistema planetário voltando 4,6 bilhões de anos para ver o que pode ter acontecido quando nosso jovem sistema solar estava dinamicamente ativo e tudo estava sendo empurrado e reorganizado", disse Kalas.

Até o momento, os astrônomos têm apenas evidências circunstanciais do Planeta Nove. Eles encontraram um aglomerado de pequenos corpos celestes além de Netuno que se movem em órbitas incomuns em comparação com o resto do sistema solar. Esta configuração, dizem alguns astrônomos, sugere que esses objetos foram guiados juntos pela atração gravitacional de um enorme planeta invisível. Uma teoria alternativa é que não existe um planeta gigante perturbador, mas o desequilíbrio é devido à influência gravitacional combinada de vários objetos muito menores. Outra teoria é que o Planeta Nove não existe e o agrupamento de corpos menores pode ser apenas uma anomalia estatística.

Cientistas usando o próximo James Webb Space Telescope da NASA planejam obter dados no HD 106906 b para entender o planeta em detalhes. "Uma pergunta que você pode fazer é: o planeta tem seu próprio sistema de detritos ao seu redor? Ele captura material toda vez que se aproxima das estrelas hospedeiras ? E você seria capaz de medir isso com os dados infravermelhos térmicos de Webb, "disse De Rosa. "Além disso, em termos de ajudar a entender a órbita , acho que Webb seria útil para ajudar a confirmar nosso resultado."

Como Webb é sensível a planetas menores com a massa de Saturno, ele pode ser capaz de detectar outros exoplanetas que foram ejetados deste e de outros sistemas planetários internos. "Com Webb, podemos começar a procurar planetas um pouco mais velhos e um pouco mais fracos", explicou Nguyen. A sensibilidade única e recursos de imagem de Webb abrirão novas possibilidades para detectar e estudar esses planetas e sistemas não convencionais .

As descobertas da equipe aparecem na edição de 10 de dezembro de 2020 do  The Astronomical Journal .