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Um planeta superpuff como nenhum outro
Esta descoberta intrigante de Ph.D. A estudante Caroline Piaulet, do Instituto de Pesquisa de Exoplanetas da UdeM (iREx), sugere que os planetas gigantes gasosos se formam com muito mais facilidade do que se acreditava anteriormente.
Por Universidade de Montreal - 18/01/2021


Renderização arta­stica do exoplaneta WASP-107b e sua estrela, WASP-107. Parte da luz da estrela flui atravanãs da camada de gás estendida do exoplaneta. Crédito: ESA / Hubble, NASA, M. Kornmesser.

A massa do núcleo do exoplaneta gigante WASP-107b émuito mais baixa do que o que se pensava ser necessa¡rio para construir o imenso envelope de gás ao redor de planetas gigantes como Jaºpiter e Saturno, descobriram astrônomos da Universitéde Montranãal.

Esta descoberta intrigante de Ph.D. A estudante Caroline Piaulet, do Instituto de Pesquisa de Exoplanetas da UdeM (iREx), sugere que os planetas gigantes gasosos se formam com muito mais facilidade do que se acreditava anteriormente.

Piaulet faz parte da equipe de pesquisa inovadora do professor de astrofa­sica da UdeM, Bja¶rn Benneke, que em 2019 anunciou a primeira detecção de águaem um exoplaneta localizado na zona habita¡vel de sua estrela.

Publicada hoje no Astronomical Journal com colegas no Canada¡, Estados Unidos, Alemanha e Japa£o, a nova análise da estrutura interna do WASP-107b "tem grandes implicações", disse Benneke.

"Este trabalho aborda as próprias bases de como os planetas gigantes podem se formar e crescer", disse ele. "Ele fornece uma prova concreta de que a acumulação massiva de um envelope de gás pode ser acionada para núcleos que são muito menos massivos do que se pensava anteriormente."

Ta£o grande quanto Jaºpiter, mas 10 vezes mais leve

WASP-107b foi detectado pela primeira vez em 2017 em torno de WASP-107, uma estrela a cerca de 212 anos-luz da Terra na constelação de Virgem. O planeta estãomuito perto de sua estrela - mais de 16 vezes mais perto do que a Terra estãodo sol. Ta£o grande quanto Jaºpiter, mas 10 vezes mais leve, o WASP-107b éum dos exoplanetas menos densos conhecidos: um tipo que os astrofisicos apelidaram de planetas "superpuff" ou "algoda£o doce".

Piaulet e sua equipe primeiro usaram observações do WASP-107b obtidas no Observatório Keck no Havaa­ para avaliar sua massa com mais precisão. Eles usaram o manãtodo da velocidade radial, que permite aos cientistas determinar a massa de um planeta observando o movimento oscilante de sua estrela hospedeira devido a  atração gravitacional do planeta. Eles conclua­ram que a massa do WASP-107b écerca de um danãcimo da de Jaºpiter, ou cerca de 30 vezes a da Terra.

A equipe então fez uma análise para determinar a estrutura interna mais prova¡vel do planeta. Eles chegaram a uma conclusão surpreendente: com uma densidade tão baixa, o planeta deve ter um núcleo sãolido com no ma¡ximo quatro vezes a massa da Terra. Isso significa que mais de 85% de sua massa estãoinclua­da na espessa camada de gás que envolve esse núcleo. Em comparação, Netuno, que tem uma massa semelhante ao WASP-107b, tem apenas 5 a 15 por cento de sua massa total em sua camada de gás.
 
"Ta­nhamos muitas daºvidas sobre o WASP-107b", disse Piaulet. “Como poderia um planeta de tão baixa densidade se formar? E como ele evitou que sua enorme camada de gás escapasse, especialmente dada a proximidade do planeta de sua estrela?

"Isso nos motivou a fazer uma análise aprofundada para determinar sua história de formação."

Um gigante gasoso em formação

Os planetas se formam no disco de poeira e gás que envolve uma jovem estrela chamada disco protoplanetario. Modelos cla¡ssicos de formação de planetas gigantes gasosos são baseados em Jaºpiter e Saturno. Nestes, um núcleo sãolido pelo menos 10 vezes mais massivo do que a Terra énecessa¡rio para acumular uma grande quantidade de gás antes que o disco se dissipe.

Sem um núcleo massivo, os planetas gigantes gasosos não eram considerados capazes de cruzar o limiar crítico necessa¡rio para construir e reter seus grandes envolta³rios de gás.

Como então explicar a existaªncia do WASP-107b, que tem um núcleo muito menos massivo? A professora da Universidade McGill e membro do iREx Eve Lee, uma especialista mundialmente conhecida em planetas superpuffosos como o WASP-107b, tem várias hipa³teses.

"Para WASP-107b, o cena¡rio mais plausa­vel éque o planeta se formou longe da estrela, onde o gás no disco éfrio o suficiente para que a acumulação de gás possa ocorrer muito rapidamente", disse ela. "O planeta foi posteriormente capaz de migrar para sua posição atual, seja por meio de interações com o disco ou com outros planetas no sistema."

Descoberta de um segundo planeta, WASP-107c

As observações Keck do sistema WASP-107 cobrem um período de tempo muito mais longo do que os estudos anteriores, permitindo que a equipe de pesquisa liderada pelo UdeM faz uma descoberta adicional: a existaªncia de um segundo planeta, WASP-107c, com uma massa de cerca de um tera§o do de Jaºpiter, consideravelmente mais do que o WASP-107b.

WASP-107c também estãomuito mais distante da estrela central; leva três anos para completar uma a³rbita em torno dele, em comparação com apenas 5,7 dias para o WASP-107b. Tambanãm interessante: a excentricidade deste segundo planeta éalta, o que significa que sua trajeta³ria em torno de sua estrela émais oval do que circular.

"O WASP-107c em alguns aspectos manteve a memória do que aconteceu em seu sistema", disse Piaulet. "Sua grande excentricidade sugere um passado bastante caa³tico, com interações entre os planetas que poderiam ter levado a deslocamentos significativos, como o suspeito de WASP-107b."

Va¡rias outras questões

Além de sua história de formação, ainda existem muitos mistanãrios em torno do WASP-107b. Estudos da atmosfera do planeta com o Telescópio Espacial Hubble publicados em 2018 revelaram uma surpresa: ele contanãm muito pouco metano.

“Isso éestranho, porque para este tipo de planeta o metano deveria ser abundante”, disse Piaulet. "Estamos agora reanalisando as observações do Hubble com a nova massa do planeta para ver como isso afetara¡ os resultados e para examinar quais mecanismos podem explicar a destruição do metano."

O jovem pesquisador planeja continuar estudando o WASP-107b, esperana§osamente com o Telescópio Espacial James Webb previsto para ser lana§ado em 2021, que fornecera¡ uma ideia muito mais precisa da composição da atmosfera do planeta.

"Exoplanetas como o WASP-107b que não tem ana¡logo em nosso Sistema Solar nos permitem entender melhor os mecanismos de formação de planetas em geral e a variedade resultante de exoplanetas", disse ela. "Isso nos motiva a estuda¡-los detalhadamente."

"A densidade do WASP-107b éainda mais baixa: um estudo de caso para a física de acranãscimo de envelope de gás e migração orbital", por Caroline Piaulet et al., Foi publicado hoje no  Astronomical Journal .

 

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