Um grupo internacional de colaboradores, incluindo cientistas do Laborata³rio de Propulsão a Jato da NASA e da Universidade do Novo Manãxico, descobriram um novo exoplaneta do tamanho de um sub-Netuno temperado com um período orbital de 24 dias orbitando uma estrela anãM próxima. A recente descoberta oferece oportunidades de pesquisa interessantes graças a  substancial atmosfera do planeta, a  pequena estrela e a  rapidez com que o sistema estãose afastando da Terra.

A pesquisa, intitulada TOI-1231 b: Um planeta temperado do tamanho de Netuno em tra¢nsito pelo anão M3 pra³ximo NLTT 24399, serápublicada em uma futura edição do The Astronomical Journal. O exoplaneta, TOI-1231 b, foi detectado usando dados fotomanãtricos do Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) e seguido por observações usando o Planet Finder Spectrograph (PFS) no telesca³pio Magellan Clay no Observatório Las Campanas no Chile. O PFS éum instrumento sofisticado que detecta exoplanetas por meio de sua influaªncia gravitacional em suas estrelas hospedeiras . Conforme os planetas orbitam seus hospedeiros, as velocidades estelares medidas variam periodicamente, revelando a presença planeta¡ria e informações sobre sua massa e a³rbita.

A estratanãgia de observação adotada pelo TESS da NASA, que divide cada hemisfanãrio em 13 setores que são pesquisados ​​por aproximadamente 28 dias, estãoproduzindo a pesquisa mais abrangente em todo o canãu para planetas em tra¢nsito. Esta abordagem já provou sua capacidade de detectar planetas grandes e pequenos ao redor de estrelas que va£o desde estrelas semelhantes ao Sol atéestrelas ana£s M de baixa massa. As estrelas ana£s M, também conhecidas como ana£s vermelhas, são o tipo mais comum de estrela na Via La¡ctea, constituindo cerca de 70% de todas as estrelas da gala¡xia.

M ana£s são menores e possuem uma fração da massa do sol e tem baixa luminosidade. Como uma anãM émenor, quando um planeta de um determinado tamanho transita pela estrela, a quantidade de luz que ébloqueada pelo planeta émaior, tornando o tra¢nsito mais facilmente detecta¡vel. 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 serámaior. Em certo sentido, isso cria uma sombra maior nasuperfÍcie da estrela, tornando os planetas ao redor das ana£s M mais facilmente detecta¡veis ​​e estudados.

Embora permita a detecção de exoplanetas no canãu, a estratanãgia de pesquisa da TESS também produz tendaªncias 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 cadaªncia de minuto, respectivamente. Porque 74 por cento da cobertura total do canãu do TESS éobservada apenas por 28 dias, a maioria dos exoplanetas TESS detectados tem 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 Fa­sica 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 necessa¡rios 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 hipa³teses sobre o que o planeta éfeito. TOI-1231 b émuito semelhante em tamanho e densidade a Netuno, então achamos que ele tem uma atmosfera gasosa similarmente grande. "

"Outra vantagem dos exoplanetas orbitando hospedeiros anaµes M éque podemos medir suas massas mais facilmente porque a proporção da massa do planeta em relação a  massa estelar também émaior. Quando a estrela émenor e menos massiva, isso faz com que os manãtodos de detecção funcionem melhor porque o planeta de repente desempenha um papel maior, pois se destaca mais facilmente em relação a  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 estãodo Sol, sua temperatura ésemelhante a  da Terra, graças a sua estrela hospedeira mais fria e menos brilhante", diz Dragomir. "No entanto, o pra³prio planeta érealmente maior do que a Terra e um pouco menor do que Netuno - podera­amos chama¡-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 missaµes 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 estãogirando ao redor do planeta. Com uma temperatura em torno de 330 Kelvin ou 140 graus Fahrenheit, o TOI-1231b éum dos pequenos exoplanetas mais legais acessa­veis para estudos atmosfanãricos descobertos atéagora.

Pesquisas anteriores sugerem que planetas tão frios podem ter nuvens altas em sua atmosfera, o que torna difa­cil determinar quais tipos de gases os rodeiam. Mas novas observações de outro planeta pequeno e frio chamado K2-18 b quebraram essa tendaªncia e mostraram evidaªncias de águaem sua atmosfera, surpreendendo muitos astra´nomos.

"TOI-1231 b éum dos aºnicos outros planetas que conhecemos com tamanho e faixa de temperatura semelhantes, portanto, as observações futuras deste novo planeta nos permitira£o determinar o quanto comum (ou raro) éa formação de nuvens de águaem torno deles mundos temperados ", disse Burt.

Além disso, com o alto brilho do infravermelho pra³ximo (NIR) de sua estrela anfitria£, ele éum alvo excitante para futuras missaµes com o telesca³pio espacial Hubble (HST) e o telesca³pio espacial James Webb (JWST). O primeiro conjunto dessas observações, liderado por um dos coautores do artigo, deve ocorrer no final deste maªs usando o Telescópio Espacial Hubble.

"A baixa densidade do TOI 1231b indica que ele estãorodeado 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 hidrogaªnio ou hidrogaªnio-hanãlio, ou uma atmosfera de vapor de águamais 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 ana£s quando comparados aos planetas ao redor de nosso Sol, por exemplo. Nossas próximas observações do HST comea§ara£o 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 éinvestigar se o gás estãosendo expelido, procurando evidaªncias de a¡tomos como hidrogaªnio e hanãlio ao redor do planeta enquanto ele transita pela face de sua estrela hospedeira. Geralmente, os a¡tomos de hidrogaªnio são quase impossa­veis de detectar porque sua presença émascarada por gás interestelar. Mas este sistema planeta-estrela oferece uma oportunidade única de aplicar este manãtodo devido a  rapidez com que estãose afastando da Terra.

"Um dos resultados mais intrigantes das últimas duas décadas da ciência dos exoplanetas éque, atéagora, nenhum dos novos sistemas planetarios que descobrimos se parece com o nosso pra³prio sistema solar", disse Burt. "Eles estãocheios de planetas entre o tamanho da Terra e Netuno em a³rbitas muito mais curtas do que a de Mercaºrio, então não temos nenhum exemplo local para compara¡-los. Este novo planeta que descobrimos ainda éestranho - mas éum passo mais perto de ser um pouco como os planetas de nossa vizinhana§a. Comparado com a maioria dos planetas em tra¢nsito detectados atéagora, que geralmente tem temperaturas escaldantes na casa das centenas ou milhares de graus, TOI-1231 b épositivamente fra­gido.

Para encerrar, Dragomir reflete que "este planeta se junta a s fileiras de apenas dois ou três outros pequenos exoplanetas pra³ximos que sera£o examinados a cada chance que tivermos e usando uma ampla gama de telesca³pios, nos pra³ximos anos, fique de olho no novo TOI1231b desenvolvimentos! "