Os astrónomos há muito que suspeitam que existe uma relação entre a massa de um planeta e a sua velocidade de rotação. No nosso próprio sistema solar, Júpiter e Saturno fornecem exemplos interessantes. Apesar do seu enorme tamanho, ambos completam uma rotação completa em cerca de 10 horas e representam uma grande fração da energia rotacional total do Sistema Solar.
Para testar se esta relação se estende para além da nossa vizinhança cósmica, os investigadores usaram o Observatório WM Keck em Maunacare, no Havai, para estudar uma grande amostra de mundos gigantes distantes. A pesquisa incluiu 32 gigantes gasosos e anãs marrons companheiras em outros sistemas estelares, incluindo 6 planetas maiores que Júpiter e 25 anãs marrons companheiras.
As observações revelaram uma tendência interessante. Quando fatores como massa, tamanho e idade são levados em consideração, os planetas gigantes gasosos giram mais rápido do que as anãs marrons mais massivas. Para fortalecer a sua análise, os investigadores também incorporaram medições de spin anteriores de outros estudos, criando um conjunto de dados cuidadosamente selecionado que incluía 54 anãs castanhas flutuantes e objetos portadores de planetas, incluindo 43 companheiras estelares/subestelares e planetas gigantes.
A equipe internacional foi liderada por cientistas do Centro de Exploração Interdisciplinar e Pesquisa em Astrofísica (CIERA) da Northwestern University. Os colaboradores incluem o Centro de Astrofísica e Ciências Espaciais (CASS) da UC San Diego, Ciências Geológicas e Planetárias (GPS) da Caltech, Observatório WM Keck, Observatório Steward, James C. Pesquisadores do Wyant College of Optical Sciences, Laboratório de Propulsão a Jato da NASA e outras instituições foram incluídos. Suas descobertas foram publicadas O Jornal Astronômico.
Medindo a rotação de mundos distantes
Muitos planetas orbitam suas estrelas a distâncias que variam de dezenas a centenas de unidades astronômicas (UAs), a distância entre a Terra e o Sol. Os cientistas ainda estão tentando descobrir como esse mundo distante se formou. Algumas podem emergir lentamente dentro de discos de gás e poeira que rodeiam estrelas jovens, enquanto outras podem formar-se através de um processo semelhante ao colapso autogerado.
Para investigar, os pesquisadores usaram o Keck Planet Imager and Characterizer (KPIC), um instrumento especial capaz de isolar a luz vinda diretamente deste mundo distante. À medida que um planeta gira, as propriedades da sua atmosfera causam um alargamento subtil do seu espectro. Ao medir estas mudanças, os astrónomos podem determinar a rapidez com que o objeto está a rodar.
O autor principal, Dino Chih-Chun Hu, pesquisador do CIRA, explicou a importância da medição em um comunicado de imprensa do Observatório WM Keck:
“O spin é um registo fóssil de como um planeta se formou. Ao medir a rapidez com que estes mundos giram, podemos começar a juntar as peças dos processos físicos que os moldaram há dezenas de milhões de anos atrás. Com o KPIC, podemos detectar estes pequenos sinais que revelam a rotação de um planeta em torno de outras estrelas próximas. Os nossos resultados sugerem que tanto o planeta como a sua massa são a massa do planeta. A rotação ajuda-nos a restringir a forma como estes sistemas se formam.”
Um planeta gigante supera um vizinho muito maior
Um dos exemplos mais claros vem do sistema HR 8799. Lá, um gigante gasoso com cerca de 7 vezes a massa de Júpiter gira seis vezes mais rápido que sua companheira anã marrom, que tem cerca de 24 vezes a massa de Júpiter.
Os investigadores acreditam que a diferença pode estar ligada a interações magnéticas no início da história do objeto. Um campo magnético mais forte pode interagir mais fortemente com o disco circunplanetário circundante, retardando a rotação ao longo do tempo. Neste caso, a anã castanha mais massiva provavelmente perde o seu spin original devido ao seu forte campo magnético.
As descobertas estão a ajudar os cientistas a compreender melhor não apenas os sistemas planetários distantes, mas também as origens do nosso próprio sistema solar. Quem disse:
“A forma como o momento angular é distribuído entre os planetas afecta a arquitectura geral de um sistema planetário. Até mesmo a rotação e o campo magnético da Terra são, em última análise, a forma como esse orçamento de rotação foi partilhado quando o Sistema Solar se formou. O KPIC é o primeiro instrumento deste tipo, abrindo formas inteiramente novas de diagnosticar exoplanetas que nos permitem detectar precursores.”
Estudos futuros de atmosferas de planetas rebeldes e exoplanetas
A equipe planeja estender este trabalho estudando as rotações de planetas flutuantes livres (FFPs), frequentemente chamados de “planetas rebeldes”. Os pesquisadores também esperam investigar a composição química da atmosfera deste mundo.
As observações futuras beneficiarão de novas tecnologias, incluindo o próximo HISPEC (espectrógrafo infravermelho de alta resolução para caracterização de exoplanetas) do Observatório Keck, programado para iniciar operações em 2027. De acordo com Hsu, o novo instrumento tornará possível estudar mundos menores e mais distantes do que nunca.
Jason Wang, professor assistente da Northwestern University e coautor do estudo, disse:
“Pegamos as lições aprendidas com o KPIC e as colocamos no HISPEC, que terá melhor sensibilidade, maior resolução espectral e maior cobertura de comprimento de onda. Com o HISPEC seremos capazes de aumentar significativamente o número de planetas cuja rotação podemos medir e, em particular, poderemos estudar planetas próximos ao nosso próprio Júpiter na natureza.”
Os investigadores acreditam que apenas começaram a descobrir o que a rotação planetária pode revelar.
“Estamos apenas começando a explorar o que a rotação planetária pode nos dizer”, disse Hu. “Com instrumentos futuros e telescópios maiores, seremos capazes de medir a rotação de ainda mais mundos e conectar a rotação, a química e a história da formação em todo o sistema planetário.”
