Um exoplanetaA estranha órbita alongada e retrógrada de contém pistas sobre a história da formação e as trajetórias futuras dos Júpiteres quentes.
Astrônomos identificaram um exoplaneta com a órbita mais excêntrica conhecida, caracterizada por seu formato de pepino e movimento para trás em torno de sua estrela. Esta descoberta oferece insights sobre a formação e evolução de Júpiteres quentes. Instrumentos importantes como o NEID e TESS foram essenciais na observação deste exoplaneta, o que pode ajudar a entender a migração desses planetas gasosos gigantes.
Descoberta de um exoplaneta único
Pesquisadores descobriram um planeta que tem a órbita mais oblonga já encontrada entre planetas em trânsito. O circuito extremo do exoplaneta — que parece mais um pepino do que um círculo — segue uma das órbitas mais drasticamente esticadas de todos os exoplanetas conhecidos, planetas que orbitam estrelas fora do nosso sistema solar. Ele também orbita sua estrela para trás, dando uma visão do mistério de como planetas gasosos massivos próximos, conhecidos como Júpiteres quentes, se formam, se estabilizam e evoluem ao longo do tempo.
A pesquisa, liderada por cientistas da Penn State, foi publicada em 17 de julho no periódico Natureza.
“Nós pegamos esse planeta massivo fazendo uma curva fechada e fechada durante sua passagem próxima à sua estrela”, disse Suvrath Mahadevan, o Professor Verne M. Willaman de Astronomia na Penn State e autor do artigo. “Planetas em trânsito tão excêntricos são incrivelmente raros — e é realmente incrível que tenhamos conseguido descobrir o mais excêntrico deles.”
Insights da excentricidade orbital
Mahadevan explicou que o termo “excêntrico” se refere ao formato da órbita de um planeta, que é medida em uma escala de zero a um, com zero sendo uma órbita perfeitamente circular. Este exoplaneta, chamado TIC 241249530, tem uma excentricidade orbital de 0,94, tornando-o mais excêntrico do que a órbita de qualquer outro exoplaneta em trânsito já encontrado. Para comparação, PlutãoA órbita altamente elíptica de ‘s ao redor do sol tem uma excentricidade de 0,25; a excentricidade da Terra é 0,02. Uma órbita tão extrema, Mahadevan explicou, faria com que as temperaturas no planeta variassem entre as de um dia de verão no ponto mais distante de sua órbita e as escaldantes em sua maior aproximação.
Para adicionar à natureza incomum da órbita do exoplaneta, a equipe também descobriu que ele está orbitando para trás, ou seja, em uma direção oposta à rotação de sua estrela hospedeira. Isso não é algo que os astrônomos veem na maioria dos outros exoplanetas, nem em nosso próprio sistema solar, e ajuda a informar a interpretação da equipe sobre a história da formação do exoplaneta.
Desvendando a formação de Júpiter quente
“Embora não possamos exatamente retroceder e observar o processo de migração planetária em tempo real, este exoplaneta serve como uma espécie de instantâneo do processo de migração”, Arvind Gupta, NOIRLab pesquisador de pós-doutorado e autor principal do artigo, que conduziu a pesquisa como aluno de doutorado na Penn State, disse em um comunicado do NOIRLab. “Planetas como este são difíceis de encontrar e esperamos que isso possa nos ajudar a desvendar o calor Júpiter história de formação.”
Atualmente, há mais de 5.600 exoplanetas confirmados em pouco mais de 4.000 sistemas estelares. Dentro dessa população, cerca de 300 a 500 exoplanetas se enquadram na curiosa classe conhecida como Júpiteres quentes — grandes exoplanetas semelhantes a Júpiter que orbitam muito perto de sua estrela, muito mais perto do que Mercúrio está do nosso sol. Como Júpiteres quentes acabam em órbitas tão próximas é um mistério, mas os astrônomos suspeitam que eles começam em órbitas distantes de sua estrela e então migram para dentro ao longo do tempo. Os estágios iniciais desse processo raramente foram observados, mas com essa nova análise de um exoplaneta com uma órbita incomum, os astrônomos estão um passo mais perto de desvendar o mistério do Júpiter quente.
“Os astrônomos têm procurado exoplanetas que provavelmente sejam precursores de Júpiteres quentes, ou que sejam produtos intermediários do processo de migração, por mais de duas décadas, então fiquei muito surpreso — e animado — ao encontrar um”, disse Gupta.
A descoberta e caracterização do exoplaneta foi possível graças a três instrumentos construídos na Penn State: o NASA-financiado pelo espectrógrafo NEID, o espectrógrafo Habitable Zone Planet Finder e um difusor fotométrico. Todos os três instrumentos permitem que os pesquisadores observem e analisem a luz emitida pelo exoplaneta.
O papel dos instrumentos avançados
Os pesquisadores detectaram o planeta pela primeira vez usando o Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) da NASA em janeiro de 2020, que revelou uma queda no brilho de uma estrela consistente com um único planeta do tamanho de Júpiter passando na frente da estrela. Para confirmar a natureza dessas flutuações e eliminar outras possíveis causas, uma equipe de astrônomos usou dois instrumentos no Telescópio WIYN de 3,5 metros no Observatório Nacional Kitt Peak (KPNO) da National Science Foundation (NSF) dos EUA, um programa do NSF NOIRLab.
A equipe primeiro utilizou o NN-EXPLORE Exoplanet and Stellar Speckle Imager (NESSI), financiado pela NASA, em uma técnica que ajuda a “congelar” o cintilar atmosférico, o que mostrou que não havia estrelas estranhas próximas que pudessem ter confundido as medições do TESS. Então, usando os espectrógrafos HPF e NEID, a equipe observou como o espectro do TIC 241249530, ou comprimentos de onda de sua luz emitida, mudou como resultado do exoplaneta orbitando-o.
“É tão emocionante ver uma ciência tão boa saindo do NEID em apenas alguns anos de operação”, disse Andrea Lin, coautora do artigo e doutoranda na Penn State que ajudou a construir e comissionar o espectrógrafo NEID. “Estamos apenas começando e estou ansiosa para ver o que podemos realizar no futuro.”
Analisando a massa e a órbita do planeta
Uma análise detalhada de como a velocidade da estrela muda ao longo do período orbital de seis meses do planeta confirmou que o exoplaneta é aproximadamente cinco vezes mais massivo que Júpiter e que está orbitando ao longo de uma trajetória extremamente excêntrica.
“Este é o planeta em trânsito mais excêntrico conhecido e provará ser tão importante quanto o recordista anterior, HD80606b, que também tem uma órbita maluca altamente desalinhada com o giro de sua estrela hospedeira”, disse Jason Wright, professor de astronomia e astrofísica da Penn State, que supervisionou o projeto enquanto Gupta era um estudante de doutorado na universidade. “Esses dois planetas altamente excêntricos foram ‘pegos no ato’ de evoluir para o status de Júpiter quente. Como HD80606b, este planeta tem muitas vezes a massa de Júpiter, sugerindo que este canal para formar Júpiteres quentes pode ser um que apenas os planetas mais massivos podem tomar.”
Juntos, esses dois exemplos confirmam observacionalmente a ideia de que gigantes gasosos de maior massa evoluem para se tornarem Júpiteres quentes à medida que migram de órbitas altamente excêntricas para órbitas mais estreitas e circulares.
Pesquisas e observações futuras
“Estamos especialmente interessados no que podemos aprender sobre a dinâmica da atmosfera deste planeta depois que ele faz uma de suas passagens escaldantemente próximas de sua estrela”, disse Wright. “Telescópios como o da NASA Telescópio Espacial James Webb tem a sensibilidade para sondar as mudanças na atmosfera deste exoplaneta recém-descoberto à medida que ele sofre rápido aquecimento, então ainda há muito mais para a equipe aprender sobre o exoplaneta.”
Para mais informações sobre essa pesquisa, veja Órbita extremamente estranha de exoplaneta raro surpreende astrônomos.
Referência: “Um progenitor de Júpiter quente em uma órbita retrógrada superexcêntrica” por Arvind F. Gupta, Sarah C. Millholland, Haedam Im, Jiayin Dong, Jonathan M. Jackson, Ilaria Carleo, Jessica Libby-Roberts, Megan Delamer, Mark R. Giovinazzi, Andrea SJ Lin, Shubham Kanodia, Xian-Yu Wang, Keivan Stassun, Thomas Masseron, Diana Dragomir, Suvrath Mahadevan, Jason Wright, Jaime A. Alvarado-Montes, Chad Bender, Cullen H. Blake, Douglas Caldwell, Caleb I. Cañas, William D. Cochran, Paul Dalba, Mark E. Everett, Pipa Fernandez, Eli Golub, Bruno Guillet, Samuel Halverson, Leslie Hebb, Jesus Higuera, Chelsea X. Huang, Jessica Klusmeyer, Rachel Knight, Liouba Leroux, Sarah E. Logsdon, Margaret Loose, Michael W. McElwain, Andrew Monson, Joe P. Ninan, Grzegorz Nowak, Enric Palle, Yatrik Patel, Joshua Pepper, Michael Primm, Jayadev Rajagopal, Paul Robertson, Arpita Roy, Donald P. Schneider, Christian Schwab, Heidi Schweiker, Lauren Sgro, Masao Shimizu, Georges Simard, Guðmundur Stefánsson, Daniel J. Stevens, Steven Villanueva, John Wisniewski, Stefan Will e Carl Ziegler, 17 de julho de 2024, Natureza.
DOI: 10.1038/s41586-024-07688-3
Outros coautores da Penn State são Jessica Libby-Roberts, uma bolsista de pós-doutorado, Megan Delamer, uma estudante de pós-graduação, e Donald Schneider, distinto professor de astronomia e astrofísica.
Este trabalho foi financiado pela Penn State, a Administração Nacional de Aeronáutica e Espaço (NASA), o Centro de Exoplanetas e Mundos Habitáveis, a Pesquisa Observacional de Exoplanetas da NASA-NSF (NN-EXPLORE), o Programa de Exploração de Exoplanetas da NASA, o Centro de Pesquisa Ames da NASA, o Fundo de Ciências Robert Martin Ayers, a Fundação Nacional de Ciências dos EUA (NSF), a Agência Estatal de Investigação do Ministério de Ciência e Inovação, a Universidade Nicolau Copérnico em Toruń, Polônia, o Ministério Espanhol de Ciência e Inovação (MICINN) por meio da Agência Estatal Espanhola de Pesquisa, o Programa de Pesquisador Convidado TESS, a Fundação Heising-Simons, a Universidade do Texas em Austin, Ludwig-Maximillians-Universitaet Muenchen e Georg-August Universitaet Goettingen.
