Do outro lado da Via Láctea, a cerca de 190 anos-luz da Terra, os astrónomos avistaram um par de planetas altamente invulgar. Um gigante Júpiter quente, um tipo de planeta gigante geralmente encontrado sozinho, tem um sistema com um pequeno mini-Netuno orbitando sua estrela. Esta configuração rara tem confundido os cientistas desde que foi descoberta pela primeira vez em 2020.
Agora, investigadores do MIT observaram mais de perto a atmosfera interior do planeta e descobriram novas pistas que ajudam a explicar como este estranho sistema se formou.
JWST revela uma atmosfera pesada e rica em água
Em um estudo publicado pelo Dr. Cartas de diários astrofísicosA equipe usou o Telescópio Espacial James Webb (JWST) da NASA para analisar a atmosfera do mini-Netuno. Esta é a primeira vez que os cientistas medem a composição atmosférica de um mini-Netuno localizado dentro da órbita de um Júpiter quente.
As observações mostram que a atmosfera do planeta é surpreendentemente densa e cheia de moléculas pesadas, incluindo vestígios de vapor de água, dióxido de carbono, dióxido de enxofre e metano. Tal atmosfera seria improvável se o planeta se formasse perto da sua estrela, onde o gás leve normalmente domina.
Em vez disso, as descobertas sugerem uma origem muito diferente.
Os planetas provavelmente se formaram longe de suas estrelas
De acordo com os investigadores, tanto os mini-Neptunos como os Júpiteres quentes provavelmente formaram-se numa região mais fria do disco inicial de um sistema de gás e poeira, longe da sua estrela. Nesse ambiente, elementos gelados e compostos voláteis podem acumular-se mais facilmente, permitindo que os planetas desenvolvam atmosferas mais densas e pesadas.
Com o tempo, os dois planetas provavelmente moveram-se juntos para dentro, aproximando-se da sua estrela, mantendo as suas atmosferas e os seus sistemas orbitais incomuns.
Os resultados fornecem a primeira evidência clara de que mini-Netunos podem se formar além da “linha de neve” de uma estrela, a distância na qual as temperaturas são baixas o suficiente para que a água congele.
“Esta é a primeira vez que observamos a atmosfera de um planeta que está dentro da órbita de um Júpiter quente”, disse Sougat Barat, pós-doutorado no Instituto Kavli de Astrofísica e Pesquisa Espacial do MIT e principal autor do estudo. “Esta medição diz-nos que este mini-Netuno se formou fora da linha de gelo, confirmando que este canal de formação existe.”
A equipe de pesquisa inclui cientistas de instituições de todo o mundo, incluindo MIT, Harvard e o Smithsonian Center for Astrophysics, a University of South Queensland, a University of Texas em Austin e a Lund University.
Um sistema planetário raro e confuso
Os mini-Netunos são menores que Netuno e são compostos principalmente de gás que circunda um núcleo rochoso. Na verdade, eles são o tipo de planeta mais comum encontrado na Via Láctea, embora nenhum exista em nosso sistema solar.
Em 2020, Chelsea X. Huang, então bolsista de pós-doutorado Torres no MIT (agora no corpo docente da Universidade de South Queensland), identificou esse sistema incomum. O mini-Netuno foi visto orbitando ao lado de Júpiter quente, que os astrônomos raramente veem.
Usando dados do Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) da NASA, a equipe estudou uma estrela chamada TOI-1130 e detectou ambos os planetas. Mini-Netuno completa uma órbita a cada quatro dias, enquanto Júpiter quente leva oito dias.
“Era uma espécie de sistema”, diz Huang. “Os Júpiteres quentes são ‘solitários’, o que significa que não têm um planeta companheiro na sua órbita. São tão massivos e a sua gravidade é tão forte que tudo o que está dentro da sua órbita é espalhado. Mas de alguma forma, com este Júpiter quente, um companheiro interior sobreviveu. E isso levanta a questão de como tal sistema poderia ter-se formado.”
O tempo das observações foi um desafio
A descoberta levou os pesquisadores a explorar os planetas com mais detalhes usando o JWST, com foco no mundo interior conhecido como TOI-1130b.
No entanto, observar o planeta não foi simples. Ao contrário da maioria dos planetas, que seguem um calendário orbital previsível, este par tem o que os cientistas chamam de “ressonância de movimento padrão”. A gravidade de cada planeta altera ligeiramente as órbitas dos outros planetas, tornando os seus movimentos menos regulares e mais difíceis de prever.
Para superar isto, uma equipa liderada por Judith Korth da Universidade de Lund compilou observações anteriores e desenvolveu um modelo para determinar quando os planetas passariam em frente da sua estrela de uma forma que o JWST pudesse observar.
“Foi uma previsão desafiadora e tivemos que acertar”, diz Barat.
Consulte Química Planetária para obter detalhes
Quando for o momento certo, o JWST captura informações detalhadas em vários comprimentos de onda de luz.
“A beleza do JWST é que ele observa não apenas uma cor, mas diferentes cores ou comprimentos de onda”, explica Barat. “E os comprimentos de onda específicos que um planeta absorve podem dizer muito sobre a composição da sua atmosfera.”
Os dados revelaram fortes assinaturas de água, dióxido de carbono e dióxido de enxofre, juntamente com pequenas quantidades de metano. Estas moléculas mais pesadas contrastam com o hidrogénio e o hélio mais leves, normalmente esperados em planetas formados perto das suas estrelas.
Esta descoberta desafia suposições anteriores e apoia a ideia de que o TOI-1130b se formou longe, antes de migrar para dentro.
Evidências de migração planetária
O planeta provavelmente acumulou a sua atmosfera numa região fria além da linha de neve, onde a água se condensa em poeira e forma partículas de gelo. À medida que o jovem planeta avançava para dentro, o gelo teria evaporado, deixando para trás a espessa atmosfera vista hoje.
Barat diz que a presença destas moléculas pesadas confirma que ambos os planetas provavelmente se originaram nas regiões exteriores dos seus sistemas e migraram juntos para dentro, preservando as suas atmosferas.
“Este sistema representa uma das arquiteturas mais raras que os astrônomos já encontraram”, disse Barat. “As observações do TOI-1130b são a primeira indicação de que tais mini-Netunos que se formam além da linha água/gelo estão de fato presentes na natureza.”
Este trabalho foi parcialmente apoiado pela NASA.
