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Observações podem oferecer novas pistas sobre como um exoplaneta gigante sobreviveu à morte violenta de sua estrela hospedeira — e passou a orbitar de perto seus remanescentes estelares.
As descobertas podem servir como uma prévia do destino que pode aguardar os maiores planetas do nosso sistema solar — como os gigantes gasosos Júpiter e Saturno — quando o Sol morrer daqui a 5 bilhões de anos.
Em 2020, astrônomos detectaram um planeta intrigante do tamanho de Júpiter orbitando uma estrela anã branca morta. Localizado a 80 anos-luz da Terra , o WD 1856 b é sete vezes maior que sua estrela, que tem o tamanho da Terra.
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“Este é um dos sistemas planetários mais bizarros que conhecemos”, disse o Dr. Christopher O’Connor, coautor de um estudo publicado na quarta-feira na revista Nature , que detalhou as observações. O’Connor é um pesquisador de pós-doutorado que estuda astrofísica e dinâmica estelar e planetária no Centro de Exploração e Pesquisa Interdisciplinar em Astrofísica da Universidade Northwestern.
WD 1856 b completa uma órbita ao redor da estrela morta a cada 34 horas e está a menos de 3 milhões de quilômetros (2 milhões de milhas) de sua estrela hospedeira.
Quando uma estrela massiva semelhante ao Sol esgota o hidrogênio em seu núcleo, ela se expande para mais de 100 vezes o seu tamanho original antes de colapsar em uma densa anã branca. Dada a proximidade de WD 1856 b com sua estrela — 50 vezes mais perto do que a Terra está do nosso Sol — os astrônomos não tinham certeza de como o planeta sobreviveu à destruição de sua hospedeira.
Para reconstituir a improvável jornada de sobrevivência de WD 1856 b, O’Connor e seus colegas usaram o Telescópio Espacial James Webb para capturar as imagens mais recentes do planeta e medir sua atmosfera, massa e temperatura. Quase todas as descobertas da equipe foram inesperadas — e sugeriram que planetas gigantes podem sobreviver à morte de suas estrelas hospedeiras de maneiras antes consideradas impossíveis.
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Um planeta excêntrico
A órbita apertada do planeta e os tamanhos relativos desproporcionais de WD 1856 b e sua estrela hospedeira motivaram O’Connor e seus colegas a investigar mais a fundo.
“Para um astrofísico teórico, encontrar um objeto estranho localizado onde ‘não deveria estar’ parece um convite do universo para usar a criatividade na busca de uma explicação”, escreveu O’Connor em um e-mail.
Mas fazer observações com o Webb foi um desafio. A equipe teve poucas chances de observar um trânsito, ou seja, a queda no brilho da estrela quando um planeta passa em frente à sua estrela. Anãs brancas mortas são muito mais fracas do que as estrelas que hospedam planetas, normalmente observadas com o Webb, disse a coautora do estudo, Victoria Boehm, estudante de pós-graduação no departamento de astronomia da Universidade Cornell.
“Para complicar ainda mais as coisas, o trânsito do planeta dura apenas 8 minutos, então é praticamente impossível não ver se você pisca”, disse Boehm em um comunicado. “Capturar luz suficiente para ver o espectro de WD 1856 b, e ao mesmo tempo fazer isso rápido o bastante para não perder o trânsito, é algo que só o Webb consegue fazer.”
Mas o espectro, ou seja, os dados captados quando a luz da estrela passou pela atmosfera do planeta, revelou informações até então desconhecidas sobre WD 1856 b.
A equipe determinou que o planeta tem entre quatro e onze vezes a massa de Júpiter.
A luz infravermelha emitida por WD 1856 b sugeriu que ela tem uma temperatura de cerca de 260 graus Fahrenheit (127 graus Celsius) — cerca de 240 graus mais quente do que se estivesse sendo aquecida apenas pela estrela morta.
“Foi isso que realmente nos colocou no caminho certo para descobrir a história do planeta a partir de nossos dados”, disse O’Connor.
Uma migração curiosa
A equipe combinou as novas medições com modelos de como planetas gigantes como Júpiter e Saturno esfriam ao longo do tempo, o que ocorre a uma taxa previsível relacionada à sua massa.
Os resultados mostraram que o planeta originalmente orbitava a estrela a partir de uma distância muito maior e mais segura. Mas WD 1856 b aqueceu durante sua migração para o interior da estrela após sua morte.
Os pesquisadores têm duas teorias concorrentes sobre como a WD 1856 b acabou em sua órbita atual, tão próxima da órbita real.
O “modelo de engolfamento” sugere que o planeta foi, na verdade, engolido pela estrela hospedeira enquanto aumentava de tamanho antes de morrer, mas conseguiu sobreviver, disse O’Connor. O “modelo de interação gravitacional”, por sua vez, propõe que WD 1856 b escapou da agonia da estrela, mas a influência gravitacional de outros objetos no sistema o empurrou para mais perto da anã branca, acrescentou ele.
“Em qualquer uma das situações, há motivos para acreditar que o planeta se aqueceria internamente como um subproduto do violento processo de migração”, disse O’Connor. “No primeiro cenário, esperaríamos que a migração e o aquecimento tivessem ocorrido simultaneamente à morte da estrela hospedeira, ou cerca de seis bilhões de anos atrás. No segundo cenário, isso pode acontecer bilhões de anos depois, devido ao caos das interações gravitacionais.”
Os dados da equipe parecem indicar que o aquecimento do planeta ocorreu há cerca de 1 bilhão de anos, o que pode descartar as chances de um engolfamento — assim como o espectro do Webb, que captou indícios da composição química do planeta.
“Observamos os indícios reveladores de pequenas partículas de nuvens e hidrocarbonetos, muito provavelmente metano, sendo esta a primeira vez que vemos uma atmosfera em um planeta transitando uma estrela morta”, disse Boehm. “Recentemente, observamos mais quatro trânsitos de WD 1856 b com o Webb para analisar mais a fundo sua composição química atmosférica e estamos ansiosos para ver os resultados.”
A abundância de metano adiciona mais uma linha de evidência de que o planeta não passou por um processo de engolfamento durante a fase de gigante vermelha, já que isso teria diluído a abundância do gás à medida que o planeta acumulava hidrogênio da estrela, disse o autor principal, Dr. Ryan MacDonald, professor de planetas extrassolares na Universidade de St. Andrews, na Escócia.
A Dra. Caroline Morley, professora associada do departamento de astronomia da Universidade do Texas em Austin, afirmou que as discrepâncias nos resultados de temperatura inferidos entre o novo estudo, que sugere que o planeta é bastante quente, e pesquisas anteriores das quais ela foi coautora, que identificaram o planeta como muito mais frio, a deixam apreensiva. Morley não participou do novo estudo.
“Há razões para sermos céticos quanto ao resultado de que o planeta foi ‘reaquecido’ durante a evolução estelar”, escreveu Morley em um e-mail. “Acredito que a detecção preliminar de metano pareça plausível, e a detecção de nuvens e/ou névoas é sólida. Nessa temperatura, a melhor hipótese inicial para os ‘aerossóis’ presentes são nuvens de água, que se formam e se tornam bastante densas nessas temperaturas.”
Embora a detecção de metano atmosférico não tenha sido surpreendente, a quantidade do gás foi maior do que se poderia prever, disse o Dr.
Ian Crossfield, professor associado de física e astronomia da Universidade do Kansas. Crossfield não participou do novo estudo, mas fez parte da equipe que descobriu o WD 1856 b em 2020.
“As conclusões sobre a migração do planeta para sua órbita atual são instigantes, embora provavelmente sejam necessários mais estudos antes que conclusões definitivas possam ser tiradas”, escreveu Crossfield em um e-mail. “O artigo demonstra como as observações planetárias mais reveladoras do JWST continuam sendo as de gigantes gasosos — análogos aos nossos Júpiter ou Saturno — mesmo quando a estrela que orbitam já morreu há muito tempo.”
Modelando o destino do nosso Sistema Solar
O sistema WD 1856 funciona como uma prévia do que poderá ocorrer em nosso próprio sistema solar.
Assim como a estrela hospedeira de WD 1856 b, nosso Sol se expandirá e se tornará uma gigante vermelha em cerca de 5 bilhões de anos, engolindo os planetas mais próximos, como Mercúrio e Vênus. A órbita da Terra a coloca bem na borda dessa futura “zona de perigo”, disse O’Connor, portanto o destino do nosso planeta permanece incerto.
Mas, em vez de chegarmos a uma conclusão precipitada, os planetas gigantes do nosso sistema solar podem persistir e continuar a evoluir por bilhões de anos. O sistema WD 1856 deverá permanecer em seu estado atual por trilhões de anos, observou O’Connor.
“Nossos resultados mostram que a morte estelar não é o fim — alguns planetas experimentam um futuro vibrante e cheio de vida após a morte de sua estrela”, disse MacDonald.
À medida que o Sol se transforma em uma anã branca, cerca de um bilhão de anos após o fim da fase de gigante vermelha, os demais planetas do nosso sistema solar continuarão orbitando a estrela morta.
“Esperamos que os sobreviventes se afastem gradualmente do Sol até atingirem cerca do dobro de suas distâncias orbitais atuais”, escreveu O’Connor. “Talvez, no entanto, devêssemos considerar se suas órbitas poderiam mudar mais drasticamente, levando um deles a migrar para tão perto da anã branca solar quanto WD 1856 b está hoje.”
Esse conteúdo foi publicado originalmente emVer original TópicosCiênciaExoplanetaPlanetasSistema SolarSol
Conteúdo reproduzido originalmente em: CNN Brasil por julianaspolini
