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

A massa do núcleo do exoplaneta gigante WASP-107b é muito mais baixa do que o que se pensava ser necessário para construir o imenso envelope de gás ao redor de planetas gigantes como Júpiter e Saturno, descobriram astrônomos da Université de Montréal.

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 astrofísica da UdeM, Björn Benneke, que em 2019 anunciou a primeira detecção de água em um exoplaneta localizado na zona habitável de sua estrela.

Publicada hoje no Astronomical Journal com colegas no Canadá, Estados Unidos, Alemanha e Japão, 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."

Tão grande quanto Júpiter, 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 está muito perto de sua estrela - mais de 16 vezes mais perto do que a Terra está do sol. Tão grande quanto Júpiter, mas 10 vezes mais leve, o WASP-107b é um dos exoplanetas menos densos conhecidos: um tipo que os astrofísicos apelidaram de planetas "superpuff" ou "algodão doce".

Piaulet e sua equipe primeiro usaram observações do WASP-107b obtidas no Observatório Keck no Havaí para avaliar sua massa com mais precisão. Eles usaram o método da velocidade radial, que permite aos cientistas determinar a massa de um planeta observando o movimento oscilante de sua estrela hospedeira devido à atração gravitacional do planeta. Eles concluíram que a massa do WASP-107b é cerca de um décimo da de Júpiter, ou cerca de 30 vezes a da Terra.

A equipe então fez uma análise para determinar a estrutura interna mais provável do planeta. Eles chegaram a uma conclusão surpreendente: com uma densidade tão baixa, o planeta deve ter um núcleo sólido com no máximo quatro vezes a massa da Terra. Isso significa que mais de 85% de sua massa está incluída 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.
 
"Tínhamos muitas dúvidas 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 protoplanetário. Modelos clássicos de formação de planetas gigantes gasosos são baseados em Júpiter e Saturno. Nestes, um núcleo sólido pelo menos 10 vezes mais massivo do que a Terra é necessário 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 necessário para construir e reter seus grandes envoltórios de gás.

Como então explicar a existência 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 hipóteses.

"Para WASP-107b, o cenário mais plausível é que o planeta se formou longe da estrela, onde o gás no disco é frio 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 faça uma descoberta adicional: a existência de um segundo planeta, WASP-107c, com uma massa de cerca de um terço do de Júpiter, consideravelmente mais do que o WASP-107b.

WASP-107c também está muito mais distante da estrela central; leva três anos para completar uma órbita em torno dele, em comparação com apenas 5,7 dias para o WASP-107b. Também interessante: a excentricidade deste segundo planeta é alta, o que significa que sua trajetória em torno de sua estrela é mais 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 caótico, com interações entre os planetas que poderiam ter levado a deslocamentos significativos, como o suspeito de WASP-107b."

Várias outras questões

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

“Isso é estranho, 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 afetará os resultados e para examinar quais mecanismos podem explicar a destruição do metano."

O jovem pesquisador planeja continuar estudando o WASP-107b, esperançosamente com o Telescópio Espacial James Webb previsto para ser lançado em 2021, que fornecerá uma ideia muito mais precisa da composição da atmosfera do planeta.

"Exoplanetas como o WASP-107b que não têm análogo 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 estudá-los detalhadamente."

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

 

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