Júpiteres ultraquentes (UHJs) são alguns dos objetos astronômicos mais fascinantes do cosmos, classificados como tendo períodos orbitais inferiores a aproximadamente 3 dias, com temperaturas diurnas superiores a 1.930 graus Celsius (3.500 graus Fahrenheit), já que a maioria está travada por maré com suas estrelas-mãe. Mas será que essas órbitas extremamente próximas resultarão em decadência orbital para os UHJs, eventualmente condenando-os a serem engolidos por sua estrela, ou alguns poderão orbitar a longo prazo sem preocupações? Isso é o que estudo recente aceito para o Revista de Ciência Planetária espera abordar como uma equipe de pesquisadores internacionais investigou possíveis decaimentos orbitais para vários UHJs, o que tem o potencial não apenas de ajudar os astrônomos a entender melhor os UHJs, mas também a formação e evolução de exoplanetas em geral.
Aqui, discutimos esta pesquisa com o autor principal do estudo, Dra., que é Cientista Sênior do Planetary Science Institute, sobre a motivação por trás do estudo, resultados significativos, estudos de acompanhamento e a importância de estudar o decaimento orbital para UHJs e UHJs em geral. Então, qual foi a motivação deste estudo em relação ao decaimento orbital dos UHJs?
“Desde que o primeiro exoplaneta, 51 Peg b aka Dimidium, foi anunciado em uma órbita de 4 dias, os cientistas têm estado profundamente preocupados com a estabilidade a longo prazo desses planetas gigantes”, disse o Dr. Universo hoje. “Já sabemos há algum tempo que objetos do tamanho de Júpiter não podem existir com órbitas inferiores a cerca de 19 horas (esse é o limite de Roche), mas mesmo planetas gigantes com órbitas de alguns dias são instáveis a longo prazo porque o as forças das marés causarão inexoravelmente o decaimento de suas órbitas. A grande incógnita é o que significa ‘longo prazo’: o planeta irá decair enquanto a estrela ainda está na sequência principal, ou o processo demorará tanto que a estrela morrerá primeiro?”
Para o estudo, os pesquisadores usaram uma combinação de telescópios terrestres e espaciais para realizar fotometria estelar e análises de curvas de luz de exoplanetas de 43 UHJs com períodos orbitais variando de 0,67 dias (TOI-2109b) a 3,03 dias (TrES-1 b) com o objetivo de determinar a taxa de mudança do período orbital (ou seja, aumento do período orbital ou diminuição do período orbital (decaimento orbital)) medida em milissegundos por ano (ms/ano). Este estudo consistiu em dados de curvas de luz de trânsito previamente medidos e novos, com a equipe realizando alguns cálculos para determinar a taxa de mudança do período orbital para cada um dos 43 UHJs. Além disso, mais da metade dos 43 UHJs deste estudo possuem dados observacionais de mais de uma década, com um excedendo 20 anos de dados (WASP-18b aos 32 anos). Então, quais foram os resultados mais significativos deste estudo?
Dr. Adams conta Universo hoje, “O interessante não é apenas que este estudo não encontrou nenhum novo caso de decaimento orbital, mas também que estamos começando a ver diferenças de várias ordens de magnitude em quanto tempo leva o decaimento orbital. Os dois melhores casos para planetas em decomposição (WASP-12 b e Kepler-1658 b) estão decaindo a taxas que são> 10-1000 vezes mais rápidas do que os planetas nos quais não encontramos decadência (por exemplo, WASP-18 b, WASP -19b e KELT-1b); se esses últimos planetas estivessem decaindo tão rapidamente quanto o WASP-12 b, definitivamente já o teríamos detectado.”
Conforme observado, este estudo abrangente ajudou a identificar novas informações sobre o decaimento orbital de UHJs, especificamente referentes à falta de decaimento orbital para a maioria deles, o que significa que algumas órbitas poderiam ser potencialmente estáveis no longo prazo, apesar de orbitarem extremamente perto de seu respectivo pai. estrelas. Além disso, ajudou a desafiar medições anteriores relativas ao decaimento orbital de certos UHJs, o que poderia ajudar os astrônomos a compreender melhor a formação e evolução dos UHJs em todo o universo. Portanto, dada a abrangência do estudo, quais estudos de acompanhamento estão atualmente em andamento ou sendo planejados?
Dr. Adams conta Universo hoje, “Só teremos que continuar procurando! Este artigo é o primeiro da nossa pesquisa e cobre apenas cerca de metade dos UHJs conhecidos, dos quais mais continuam a ser encontrados; entre os nossos alvos, metade deles não foram observados por tempo suficiente, ou com trânsitos suficientes, para dizer se está acontecendo mesmo um decaimento orbital muito rápido. Para os outros, talvez precisemos apenas de mais alguns anos, ou talvez algumas décadas, para observá-lo. Os teóricos também estão a trabalhar arduamente para explicar como a idade e a estrutura da estrela contribuem para diferentes taxas de decaimento, embora a elevada incerteza entre os modelos teóricos seja a razão pela qual gosto de poder medir empiricamente a taxa de decaimento.”
Estudo decadência orbital é essencial para uma melhor compreensão se e quando dois objetos astronômicos colidirão um com o outro, incluindo um planeta e seu satélite (na maioria das vezes uma lua), uma estrela e outro planeta ou cometa orbitando-o (resultando na incineração deste último), uma estrela e outra estrela (resultando em ondas gravitacionais ou explosões de raios gama) e quaisquer objetos astronômicos orbitando entre si (sistema binário). Para a Terra, medir a decadência orbital tem sido vital para aprender quando os satélites artificiais podem queimar na atmosfera do nosso planeta. Mas, em relação aos exoplanetas, qual é a importância de estudar o decaimento orbital para UHJs, e eles estão limitados apenas a UHJs?
“A decadência das marés é mais importante para planetas grandes”, diz o Dr. Adams Universo hoje. “Insanamente, planetas do tamanho da Terra foram encontrados em órbitas de apenas 4 horas e ainda assim prevê-se que sejam estáveis em termos de maré durante muitos milhares de milhões de anos. (Publiquei anteriormente trabalhos sobre estes planetas mais pequenos de período ultracurto.) Quanto maior for o planeta e quanto mais próximo estiver da estrela, mais fortes serão os efeitos das marés e mais rapidamente a órbita irá decair.”
Os UHJs são designados não oficialmente como uma subclasse de Júpiteres “quentes”. Tal como este estudo, UHJs anteriores também foram examinados usando uma combinação de telescópios terrestres e espaciais. Conforme observado pelo Dr. Adams, este estudo examinou aproximadamente metade dos UHJs conhecidos, o que significa que há aproximadamente 100 UHJs conhecidos povoando o cosmos. Como também observado, a maioria dos UHJs estão travados por maré com sua estrela-mãe, o que significa que um lado enfrenta continuamente a estrela ao longo de sua órbita, com as temperaturas escaldantes do lado diurno fazendo com que as moléculas se separem e se recombinem no lado noturno. Essas características tornam os UHJs alguns dos objetos astronômicos mais intrigantes e misteriosos a serem estudados. Mas qual é a importância de estudar os UHJs, em geral?
“Júpiteres ultraquentes nos permitem medir uma propriedade fundamental das estrelas (o fator de qualidade das marés, que define a taxa de decaimento)”, disse o Dr. Universo hoje. “Modelar o seu passado e futuro permite-nos refinar as nossas teorias de formação e migração planetária. Alguns deles também podem estar perdendo suas atmosferas, o que podemos procurar. Eles também são alguns dos planetas mais fáceis de observar porque são grandes, quentes e próximos de sua estrela e são excelentes alvos tanto para observações de alta precisão (por exemplo, estudos atmosféricos com JWST) quanto para divulgação (são excelentes alvos para amadores interessados com telescópios decentes).
Este estudo ocorre no momento em que a NASA e outras agências espaciais ao redor do mundo continuam a descobrir exoplanetas em um ritmo incrível, com a NASA listando o número de exoplanetas confirmados em 5.630 no momento da redação deste artigo. Desse número, 1.805 são classificados como gigantes gasosos (do tamanho de Saturno ou Júpiter), com um número incontável desses mundos orbitando suas estrelas-mãe em apenas alguns dias ou menos. À medida que a nossa compreensão dos exoplanetas continua a expandir-se, o mesmo acontecerá com a nossa compreensão dos UHJs, incluindo a sua formação e evolução, juntamente com a formação e evolução das suas estrelas-mãe.
“Meu lema para estudar exoplanetas é esperar o inesperado”, diz o Dr. Adams Universo hoje. “Mesmo depois de três décadas de observações, continuamos a encontrar planetas em locais inesperados, fazendo coisas estranhas, e depois aprendemos muito sobre o Universo ao descobrir o que estão a fazer e porquê. Definitivamente mantém você alerta!
Que novas descobertas os pesquisadores farão sobre Júpiteres ultraquentes nos próximos anos e décadas? Só o tempo dirá, e é por isso que fazemos ciência!
Como sempre, continue fazendo ciência e olhando para cima!
