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Cientistas descobrem um novo exoplaneta com uma atmosfera pronta para estudo
A recente descoberta oferece oportunidades de pesquisa interessantes graças à substancial atmosfera do planeta, à pequena estrela e à rapidez com que o sistema está se afastando da Terra.
Por Universidade do Novo México - 09/06/2021


A impressão de um artista mostra um exoplaneta orbitando a estrela parecida com o Sol. Crédito: ESO / M. Kornmesser

Um grupo internacional de colaboradores, incluindo cientistas do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA e da Universidade do Novo México, descobriram um novo exoplaneta do tamanho de um sub-Netuno temperado com um período orbital de 24 dias orbitando uma estrela anã M próxima. A recente descoberta oferece oportunidades de pesquisa interessantes graças à substancial atmosfera do planeta, à pequena estrela e à rapidez com que o sistema está se afastando da Terra.

A pesquisa, intitulada TOI-1231 b: Um planeta temperado do tamanho de Netuno em trânsito pelo anão M3 próximo NLTT 24399, será publicada em uma futura edição do The Astronomical Journal. O exoplaneta, TOI-1231 b, foi detectado usando dados fotométricos do Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) e seguido por observações usando o Planet Finder Spectrograph (PFS) no telescópio Magellan Clay no Observatório Las Campanas no Chile. O PFS é um instrumento sofisticado que detecta exoplanetas por meio de sua influência gravitacional em suas estrelas hospedeiras . Conforme os planetas orbitam seus hospedeiros, as velocidades estelares medidas variam periodicamente, revelando a presença planetária e informações sobre sua massa e órbita.

A estratégia de observação adotada pelo TESS da NASA, que divide cada hemisfério em 13 setores que são pesquisados ​​por aproximadamente 28 dias, está produzindo a pesquisa mais abrangente em todo o céu para planetas em trânsito. Esta abordagem já provou sua capacidade de detectar planetas grandes e pequenos ao redor de estrelas que vão desde estrelas semelhantes ao Sol até estrelas anãs M de baixa massa. As estrelas anãs M, também conhecidas como anãs vermelhas, são o tipo mais comum de estrela na Via Láctea, constituindo cerca de 70% de todas as estrelas da galáxia.

M anãs são menores e possuem uma fração da massa do sol e têm baixa luminosidade. Como uma anã M é menor, quando um planeta de um determinado tamanho transita pela estrela, a quantidade de luz que é bloqueada pelo planeta é maior, tornando o trânsito mais facilmente detectável. Imagine um planeta parecido com a Terra passando na frente de uma estrela do tamanho do Sol, vai bloquear um pouquinho de luz; mas se estiver passando na frente de uma estrela muito menor, a proporção de luz bloqueada será maior. Em certo sentido, isso cria uma sombra maior na superfície da estrela, tornando os planetas ao redor das anãs M mais facilmente detectáveis ​​e estudados.

Embora permita a detecção de exoplanetas no céu, a estratégia de pesquisa da TESS também produz tendências observacionais significativas com base no período orbital . Os exoplanetas devem transitar suas estrelas hospedeiras pelo menos duas vezes dentro do intervalo de observação do TESS para serem detectados com o período correto pelo pipeline do Science Processing Operations Center (SPOC) e do Quick Look Pipeline (QLP), que pesquisam os dados TESS de cadência de minuto, respectivamente. Porque 74 por cento da cobertura total do céu do TESS é observada apenas por 28 dias, a maioria dos exoplanetas TESS detectados têm períodos inferiores a 14 dias. O período de 24 dias do TOI-1231b, portanto, torna sua descoberta ainda mais valiosa.
 
A cientista JPL da NASA Jennifer Burt, autora principal do artigo, junto com seus colaboradores, incluindo Diana Dragomir, professora assistente do Departamento de Física e Astronomia da UNM, mediram o raio e a massa do planeta.

"Trabalhando com um grupo de excelentes astrônomos espalhados pelo globo, fomos capazes de reunir os dados necessários para caracterizar a estrela hospedeira e medir o raio e a massa do planeta", disse Burt. "Esses valores, por sua vez, nos permitiram calcular a densidade aparente do planeta e fazer hipóteses sobre o que o planeta é feito. TOI-1231 b é muito semelhante em tamanho e densidade a Netuno, então achamos que ele tem uma atmosfera gasosa similarmente grande. "

"Outra vantagem dos exoplanetas orbitando hospedeiros anões M é que podemos medir suas massas mais facilmente porque a proporção da massa do planeta em relação à massa estelar também é maior. Quando a estrela é menor e menos massiva, isso faz com que os métodos de detecção funcionem melhor porque o planeta de repente desempenha um papel maior, pois se destaca mais facilmente em relação à estrela ", explicou Dragomir. "Como a sombra projetada na estrela. Quanto menor a estrela, menos massiva ela, mais o efeito do planeta pode ser detectado.

"Embora TOI 1231b esteja oito vezes mais perto de sua estrela do que a Terra está do Sol, sua temperatura é semelhante à da Terra, graças a sua estrela hospedeira mais fria e menos brilhante", diz Dragomir. "No entanto, o próprio planeta é realmente maior do que a Terra e um pouco menor do que Netuno - poderíamos chamá-lo de um sub-Netuno."

Burt e Dragomir, que realmente iniciaram esta pesquisa enquanto eram bolsistas no Kavli Institute do MIT, trabalharam com cientistas especializados em observar e caracterizar as atmosferas de pequenos planetas para descobrir quais missões baseadas no espaço atuais e futuras poderiam ser capazes de examinar TOI- Camadas externas de 1231 b para informar aos pesquisadores exatamente quais tipos de gases estão girando ao redor do planeta. Com uma temperatura em torno de 330 Kelvin ou 140 graus Fahrenheit, o TOI-1231b é um dos pequenos exoplanetas mais legais acessíveis para estudos atmosféricos descobertos até agora.

Pesquisas anteriores sugerem que planetas tão frios podem ter nuvens altas em sua atmosfera, o que torna difícil determinar quais tipos de gases os rodeiam. Mas novas observações de outro planeta pequeno e frio chamado K2-18 b quebraram essa tendência e mostraram evidências de água em sua atmosfera, surpreendendo muitos astrônomos.

"TOI-1231 b é um dos únicos outros planetas que conhecemos com tamanho e faixa de temperatura semelhantes, portanto, as observações futuras deste novo planeta nos permitirão determinar o quão comum (ou raro) é a formação de nuvens de água em torno deles mundos temperados ", disse Burt.

Além disso, com o alto brilho do infravermelho próximo (NIR) de sua estrela anfitriã, ele é um alvo excitante para futuras missões com o telescópio espacial Hubble (HST) e o telescópio espacial James Webb (JWST). O primeiro conjunto dessas observações, liderado por um dos coautores do artigo, deve ocorrer no final deste mês usando o Telescópio Espacial Hubble.

"A baixa densidade do TOI 1231b indica que ele está rodeado por uma atmosfera substancial, em vez de ser um planeta rochoso. Mas a composição e a extensão dessa atmosfera são desconhecidas!" disse Dragomir. "TOI1231b poderia ter uma grande atmosfera de hidrogênio ou hidrogênio-hélio, ou uma atmosfera de vapor de água mais densa. Cada um deles apontaria para uma origem diferente, permitindo aos astrônomos entender se e como os planetas se formam de forma diferente em torno de M anãs quando comparados aos planetas ao redor de nosso Sol, por exemplo. Nossas próximas observações do HST começarão a responder a essas perguntas, e o JWST promete uma análise ainda mais completa da atmosfera do planeta. "

Outra forma de estudar a atmosfera do planeta é investigar se o gás está sendo expelido, procurando evidências de átomos como hidrogênio e hélio ao redor do planeta enquanto ele transita pela face de sua estrela hospedeira. Geralmente, os átomos de hidrogênio são quase impossíveis de detectar porque sua presença é mascarada por gás interestelar. Mas este sistema planeta-estrela oferece uma oportunidade única de aplicar este método devido à rapidez com que está se afastando da Terra.

"Um dos resultados mais intrigantes das últimas duas décadas da ciência dos exoplanetas é que, até agora, nenhum dos novos sistemas planetários que descobrimos se parece com o nosso próprio sistema solar", disse Burt. "Eles estão cheios de planetas entre o tamanho da Terra e Netuno em órbitas muito mais curtas do que a de Mercúrio, então não temos nenhum exemplo local para compará-los. Este novo planeta que descobrimos ainda é estranho - mas é um passo mais perto de ser um pouco como os planetas de nossa vizinhança. Comparado com a maioria dos planetas em trânsito detectados até agora, que geralmente têm temperaturas escaldantes na casa das centenas ou milhares de graus, TOI-1231 b é positivamente frígido.

Para encerrar, Dragomir reflete que "este planeta se junta às fileiras de apenas dois ou três outros pequenos exoplanetas próximos que serão examinados a cada chance que tivermos e usando uma ampla gama de telescópios, nos próximos anos, fique de olho no novo TOI1231b desenvolvimentos! "

Este artigo foi publicado no The Astronomical Journal .

 

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