Cientistas descobrem novo exoplaneta com atmosfera madura para estudo

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Cientistas descobrem novo exoplaneta com atmosfera
madura para estudo
Os astrónomos descobriram um novo exoplaneta sub-Netuno temperado com um período orbital de 24
dias orbitando uma estrela anã M próxima.
A impressão de um artista mostra um exoplaneta orbitando a estrela parecida com o Sol. Crédito da
imagem: ESO/M. KornmesserTradução
Um grupo internacional de colaboradores, incluindo cientistas do Laboratório de Propulsão a Jato da
NASA e da Universidade do Novo México, descobriu um novo exoplaneta com tamanho sub-netuno
temperado com um período orbital de 24 dias orbitando uma estrela anã M próxima. A descoberta
recente oferece oportunidades de pesquisa emocionantes graças à atmosfera substancial do planeta, a
pequena estrela e a rapidez com que o sistema está se afastando da Terra.
O exoplaneta, TOI-1231 b, foi detectado usando dados fotométricos do Transiting Exoplanet Survey
Satellite (TESS) e seguido com 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 através de sua influência gravitacional sobre suas estrelas hospedeiras. Enquanto
os planetas orbitam seus hospedeiros, as velocidades estelares medidas variam periodicamente,
revelando a presença planetária e as 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 cerca de 28 dias, está produzindo a busca mais abrangente para planetas em
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trânsito. Esta abordagem já provou sua capacidade de detectar planetas grandes e pequenos em torno
de estrelas que vão desde estrelas anãs M de baixa massa a de baixa massa. Estrelas anãs M, também
conhecidas como anãs vermelhas, são o tipo mais comum de estrela na Via Láctea, com cerca de 70%
de todas as estrelas da galáxia.
As anãs M 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 a 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, ele vai bloquear um
pouco de luz; mas se ele está passando na frente de uma estrela que é muito menor, a proporção de luz
que está bloqueada será maior. Em certo sentido, isso cria uma sombra maior na superfície da estrela,
tornando os planetas em torno de anãs M mais facilmente detectáveis e mais fáceis de estudar.
Embora permita a detecção de exoplanetas em todo o céu, a estratégia de levantamento do TESS
também produz vieses observacionais significativos com base no período orbital. Os exoplanetas devem
transitar por suas estrelas hospedeiras pelo menos duas vezes dentro do período de observação do
TESS a ser detectado com o período correto pelo pipeline do Science Processing Operations Center
(SPOC) e pelo Quick Look Pipeline (QLP), que pesquisam os dados TESS de 2 minutos e 30 minutos de
cadência, respectivamente. Como 74% da cobertura total do céu do TESS é observada apenas por 28
dias, a maioria dos exoplanetas do 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 do JPL da NASA Jennifer Burt, a principal autora do artigo, juntamente com seus
colaboradores, incluindo Diana Dragomir, professora assistente do Departamento de Física e Astronomia
da UNM, mediu o raio e a massa do planeta.
“Trabalhando com um grupo de excelentes astrônomos espalhados por todo o mundo, 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 levantar a hipótese sobre o que o planeta é feito. TOI-1231 b é bastante semelhante em
tamanho e densidade a Netuno, por isso achamos que tem uma atmosfera gasosa igualmente grande.
Outra vantagem dos exoplanetas que orbitam os 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, 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 lançada sobre a estrela. Quanto menor a estrela,
menos massiva a estrela, mais o efeito do planeta pode ser detectado.
“Embora o TOI 1231b esteja oito vezes mais perto de sua estrela do que a Terra do que o Sol, sua
temperatura é semelhante à da Terra, graças à 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 sub-Netuno.”
Burt e Dragomir, que realmente iniciaram esta pesquisa enquanto eram bolsistas do Instituto Kavli do
MIT, trabalharam com cientistas especializados em observar e caracterizar as atmosferas de pequenos
planetas para descobrir quais missões espaciais atuais e futuras poderiam ser capazes de espreitar as
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camadas externas do TOI-1231 b para informar os pesquisadores exatamente que 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 frios e acessíveis para estudos atmosféricos
descobertos até agora.
Pesquisas anteriores sugerem que planetas tão frios podem ter nuvens no alto de suas atmosferas, o
que dificulta a determinação de quais tipos de gases os cercam. 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.
“O TOI-1231 b é um dos únicos outros planetas que conhecemos em uma faixa de tamanho e
temperatura semelhantes, então futuras observações deste novo planeta nos permitirão determinar o
quão comum (ou raro) é que as nuvens de água se formem em torno desses mundos temperados”,
disse Burt.
Além disso, com o alto brilho de infravermelho próximo (NIR) de sua estrela hospedeira, ele é um alvo
emocionante para futuras missões com o Telescópio Espacial Hubble (HST) e o Telescópio Espacial
James Webb (JWST). O primeiro conjunto dessas observações, lideradas por um dos co-autores do
artigo, deve ocorrer no final deste mês usando o Telescópio Espacial Hubble.
A baixa densidade do TOI 1231b indica que está cercada por uma atmosfera substancial, em vez de ser
um planeta rochoso. Mas a composição e a extensão dessa atmosfera são desconhecidas!”, disse
Dragomir. “O TOI1231b pode 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 que os astrônomos entendessem se e como os planetas se formam de forma diferente em
torno de anãs M quando comparados aos planetas ao redor do nosso Sol, por exemplo. Nossas
próximas observações do HST começarão a responder a essas perguntas, e o JWST promete um olhar
ainda mais aprofundado sobre a atmosfera do planeta. ”
Outra maneira de estudar a atmosfera do planeta é investigar se o gás está sendo soprado, procurando
evidências de átomos como hidrogênio e hélio ao redor do planeta enquanto transita pela face de sua
estrela hospedeira. Geralmente, os átomos de hidrogênio são quase impossíveis de detectar porque sua
presença é mascarada pelo gás interestelar. Mas este sistema de estrelas do planeta oferece uma
oportunidade única para aplicar este método por causa da rapidez com que ele está se afastando da
Terra.
“Um dos resultados mais intrigantes das duas últimas décadas da ciência exoplanetária 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 planetasentre o tamanho da Terra e Netuno em órbitas muito
mais curtas do que as de Mercúrio, então não temos exemplos locais para compará-los. Este novo
planeta que descobrimos ainda é estranho – mas é um passo mais perto de ser um pouco como os
nossos planetas da vizinhança. Em comparação com a maioria dos planetas em trânsito detectados até
agora, que muitas vezes têm temperaturas escaldantes nas muitas centenas ou milhares de graus, o
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 temos e usando uma ampla
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gama de telescópios, para os próximos anos, fique de olho nos novos desenvolvimentos do TOI1231b!”
Referência: Jennifer Burt, et al., TOI-1231 b: Um Planeta Temperado, Neptuno-Atizado Trânsito nas
Perto M3 Dwarf NLTT 24399, o Jornal Astronimical (2021). DOI: arXiv210508077B
Comunicado de imprensa fornecido pela Universidade do Novo México
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https://arxiv.org/abs/2105.08077
https://www.eurekalert.org/pub_releases/2021-06/uonm-sdn060821.php