A cerca de 164 anos-luz de distância, um Júpiter Quente orbita a sua estrela tão perto que leva menos de quatro dias para completar uma órbita. O planeta chama-se WASP-69b e está a perder massa para o espaço, arrancado pela poderosa energia da estrela. A atmosfera perdida do planeta forma uma trilha que se estende por cerca de 560.000 km (350.000 milhas) no espaço.
Os cientistas sabem que as estrelas podem retirar massa dos planetas que se aproximam demasiado. É chamada de perda de massa e é impulsionada pela energia UV extrema (EUV) e/ou raios X de uma estrela e pelo vento estelar. Não é um fenômeno raro, embora os pesquisadores não o compreendam completamente.
Mas ver o fluxo real de gás vindo do planeta é uma rara oportunidade para estudar a perda de massa.
Os investigadores sabem da situação difícil do WASP-69b e previram quanto da atmosfera do planeta está a ser destruída. Pesquisas anteriores identificaram até uma cauda muito pequena e sutil. Mas uma nova investigação mostra que a cauda, que se estenderia desde a Terra até muito além da Lua no nosso Sistema Solar, é muito mais longa do que se pensava anteriormente.
A nova pesquisa é intitulada “O envelope de escape do WASP-69b está confinado a uma cauda que se estende pelo menos 7 Rp.” Foi publicado no The Astrophysical Journal. O primeiro autor é Dakotah Tyler, estudante de doutorado no Departamento de Física e Astronomia da UCLA.
“Trabalho de grupos anteriores mostrou que este planeta estava a perder alguma da sua atmosfera e sugeriu uma cauda subtil ou talvez nenhuma”, disse o primeiro autor Tyler. “No entanto, detectámos agora definitivamente esta cauda e demonstrámos que é pelo menos sete vezes mais longa que o próprio planeta.”
À medida que começámos a detectar cada vez mais exoplanetas com a missão Kepler da NASA, seguida pela missão TESS, algo se tornou aparente. Existem lacunas na população do exoplaneta. O Deserto Netuniano refere-se à escassez de planetas do tamanho de Netuno em órbitas de dois a quatro dias em torno de suas estrelas. O Lacuna no raio do planeta pequeno refere-se à escassez de exoplanetas com raios entre 1,5 e 2 vezes o raio da Terra. Os cientistas pensam que a perda de massa desempenha um papel em ambos os fenómenos, e é improvável que haja uma falta de exoplanetas que se formam na Fenda e no Deserto.
Mas os detalhes da perda atmosférica não são bem compreendidos. WASP-69b e a sua extensa cauda de gás extraído dão aos astrónomos uma rara oportunidade de estudá-lo mais de perto.
“Estudar as atmosferas que escapam de exoplanetas altamente irradiados é fundamental para a compreensão dos mecanismos físicos que moldam a demografia de planetas próximos”, escrevem os autores no seu artigo.
Pesquisadores anteriores encontraram a cauda, então Tyler e seus coautores sabiam onde procurar. Mas Tyler e os outros investigadores usaram um telescópio muito maior para as suas observações. Eles usaram o telescópio de 10 metros do Observatório Keck e seu espectrógrafo de alta resolução, NIRSPEC. Eles descobriram que o fluxo, que consiste principalmente de hidrogênio e hélio, é muito mais longo do que se pensava.
“Na última década, aprendemos que a maioria das estrelas hospeda um planeta que as orbita mais perto do que Mercúrio orbita o nosso Sol e que a erosão das suas atmosferas desempenha um papel fundamental na explicação dos tipos de planetas que vemos hoje”, disse co. -autor e professor de física e astronomia da UCLA Erik Petigura. “No entanto, para a maioria dos exoplanetas conhecidos, suspeitamos que o período de perda atmosférica terminou há muito tempo. O sistema WASP-69b é uma joia porque temos uma rara oportunidade de estudar a perda de massa atmosférica em tempo real e compreender a física crítica que molda milhares de outros planetas.”
Existem duas forças diferentes em ação aqui. Radiação da estrela e do vento estelar. Ambas as forças trabalham juntas para eliminar o WASP-69b e depois conduzi-lo embora. A cauda é um resultado direto de como essas duas forças trabalham juntas.
“Essas caudas semelhantes a cometas são realmente valiosas porque se formam quando a atmosfera do planeta em fuga colide com o vento estelar, o que faz com que o gás seja arrastado de volta”, disse Petigura. “Observar uma cauda tão extensa permite-nos estudar estas interações em grande detalhe.”
O hidrogénio neutro é realmente difícil de ver, por isso os investigadores mediram o hélio na cauda e utilizaram-no para estimar a perda total de massa do planeta. Uma das razões pelas quais pesquisas anteriores encontraram uma cauda menor é porque o telescópio usado é menor. Telescópios maiores coletam mais fótons de tudo o que estão observando. A figura abaixo compara a pesquisa atual, feita com um telescópio maior, com as observações anteriores. Ambos mostram curvas de luz de hélio.
Os pesquisadores dizem que a estrela está perdendo cerca de uma massa terrestre de material a cada 100 milhões de anos. Mas WASP-69b é um enorme gigante gasoso com cerca de 0,29 massa de Júpiter. Isso significa que levaria muito tempo para ser reduzido a nada.
Mas nunca será reduzido a nada, segundo os autores.
“Com cerca de 90 vezes a massa da Terra, o WASP-69b tem um reservatório de material tão grande que mesmo a perda desta enorme quantidade de massa não o afetará muito ao longo da sua vida. Não corre o risco de perder toda a sua atmosfera durante a vida da estrela”, disse Tyler.
Os exoplanetas também podem estabilizar depois de serem reduzidos a uma massa específica. Alguma pesquisa mostra que exoplanetas com atmosferas com o dobro do raio do seu núcleo são os mais estáveis e resistem à perda atmosférica. Se a atmosfera for maior do que isso, então o planeta será suscetível à erosão atmosférica e acabará por atingir o estado mais estável descrito acima. Para planetas com atmosferas menores do que esta, é provável uma perda atmosférica descontrolada.
Esta nova pesquisa é baseada em observações bastante breves. Os autores apontam que provavelmente há mais variabilidade no sistema que altera a taxa de perda de massa ao longo do tempo. Compreender a variabilidade é fundamental para compreender a perda de massa com mais detalhes.
“Observações repetidas são valiosas para sondar qualquer variabilidade nas propriedades do fluxo de saída, especialmente com instrumentos diferentes”, concluem.
