Planetário

Nesta ilustração, WD 1856 b, um possível planeta do tamanho de Júpiter, orbita sua débil estrela anã branca a cada dia e meio. Crédito: NASA/JPL-Caltech/NASA’s Goddard Space Flight Center

Uma equipe internacional de astrônomos usando o Satélite de Estudo de Exoplanetas em Trânsito (TESS pelas siglas em inglês) da NASA e o agora aposentado Spitze Space Telescope anunciaram o que pode ser a descoberta do primeiro planeta intacto orbitando uma anã branca, a densa sobra de uma estrela semelhante ao Sol, apenas 40% maior do que Terra.

O objeto do tamanho de Júpiter, chamado WD 1856 b, é cerca de sete vezes maior que a anã branca, chamada WD 1856 + 534. Ele circula essa poeira estelar a cada 34 horas, pouco mais de 60 vezes mais rápido do que Mercúrio orbita nosso Sol.

“WD 1856 b de alguma forma chegou muito perto de sua anã branca e ainda conseguiu permanecer inteiro”, disse Andrew Vanderburg, professor assistente de astronomia na Universidade de Wisconsin-Madison. “O processo de criação de uma anã branca destrói planetas próximos, e qualquer coisa que, subsequentemente, chegue muito perto também é geralmente destruída pela imensa gravidade da estrela. Ainda temos muitas dúvidas sobre como WD 1856 b chegou à sua localização atual sem sofrer esses destinos.”

Um artigo sobre este sistema, liderado por Vanderburg que inclui vários coautores da NASA, aparece na edição de 17 de setembro da revista científica Nature e está disponível online, aqui.

O TESS monitora grandes áreas do céu, chamadas de setores, por quase um mês de cada vez. Essa visão ampla permite que o satélite encontre exoplanetas ou mundos além do nosso sistema solar, observando as mudanças no brilho estelar causadas quando um planeta cruza na frente ou transita por sua estrela.

O satélite detectou o WD 1856 b a cerca de 80 anos-luz de distância, na constelação de Draco ao norte. Orbitando uma anã branca tranquila e fria que tem cerca de 11.000 milhas (18.000 quilômetros) de diâmetro, podendo ter até 10 bilhões de anos e é o membro distante de um sistema de três estrelas.

Quando uma estrela como o Sol fica sem combustível, ela se expande centenas ou milhares de vezes seu tamanho original, formando uma estrela gigante vermelha mais fria. Eventualmente, ele expulsa as camadas externas de gás, perdendo até 80% de sua massa. O núcleo quente restante se transforma em uma anã branca. Qualquer objeto próximo é geralmente engolido e incinerado no processo, que neste sistema teria incluído WD 1856 b em sua órbita atual. Vanderburg e seus colegas estimam que o possível planeta deve ter se formado pelo menos 50 vezes mais distante de sua localização atual.

“Sabemos há muito tempo que, após o nascimento das anãs brancas, pequenos objetos distantes, como asteroides e cometas, podem se espalhar para o interior da estrela. Eles geralmente são fragmentados pela forte gravidade da anã branca e se transformam em um disco de detritos”, explicou Siyi Xu, coautor e astrônomo assistente do Observatório Internacional Gemini em Hilo, Havaí. “Por isso me emocionei quando Andrew me contou sobre este sistema. Vimos sinais de que os planetas poderiam se espalhar para o interior, mas esta parece ser a primeira vez que vimos um planeta fazer a jornada intacto.”

A equipe sugere vários cenários possíveis que podem levar o WD 1856 b a um trânsito elíptico em torno da anã branca. Essa trajetória teria se tornado mais circular com o tempo, à medida que a gravidade da estrela se distanciou do objeto, criando enormes marés que amorteceram sua energia orbital.

“O caso mais provável envolve outros corpos planetários do tamanho de Júpiter próximos à órbita original de WD 1856 b”, disse a coautora do estudo Juliette Becker, pesquisadora de ciência planetária da 51 Pegasi b na Caltech (Instituto Tecnológico de Califórnia) em Pasadena. “A influência gravitacional de objetos tão grandes poderia facilmente facilitar a instabilidade necessária para empurrar um planeta para o interior. Mas, neste momento, temos mais teorias do que dados.”

Outros cenários possíveis envolvem a atração gravitacional gradual das outras duas estrelas no sistema, as anãs vermelhas G229-20 A e B, ao longo de bilhões de anos na passagem de uma estrela vermelha que perturba o sistema. A equipe de Vanderburg considera essas e outras explicações menos prováveis porque exigem condições excepcionais para obter os mesmos efeitos possíveis dos planetas gigantes próximos.

Objetos do tamanho de Júpiter podem ocupar uma grande variedade de massas, desde planetas apenas algumas vezes mais massivos que a Terra até estrelas de baixa massa milhares de vezes a massa da Terra. Outras são anãs marrons, que ficam na faixa entre o planeta e a estrela. Os cientistas geralmente recorrem às observações de velocidade radial para medir a massa de um objeto, o que fornece indícios sobre sua composição e natureza. Este método se baseia no estudo de como um objeto em órbita atrai sua estrela e altera a cor de sua luz. Mas, neste caso, a anã branca é tão velha que sua luz se tornou muito fraca e sem traços característicos para que os cientistas detectem mudanças perceptíveis.

Em vez disso, a equipe observou o sistema no infravermelho usando o Spitzer, meses antes de o telescópio ser desativado. Se WD 1856 b fosse uma anã marrom ou uma estrela de baixa massa, ela emitiria seu próprio brilho infravermelho. Ou seja, o Spitzer registraria um trânsito mais brilhante do que se o objeto fosse um planeta que, em vez de emitir luz, o bloquearia. Quando os pesquisadores compararam os dados do Spitzer com as observações de trânsito de luz visível feitas com o Gran Telescopio Canarias, nas Ilhas Canárias, na Espanha, eles não encontraram diferenças perceptíveis. Isso, combinado com a idade da estrela e outras informações sobre o sistema, os levou a concluir que WD 1856 b é, provavelmente, um planeta com não mais do que 14 vezes o tamanho de Júpiter. Pesquisas e observações futuras confirmarão esta conclusão.

Encontrar um mundo possível orbitando perto de uma anã branca levou a coautora Lisa Kaltenegger, Vanderburg e outros, a considerar as implicações do estudo da atmosfera de pequenos mundos rochosos em situações semelhantes. Por exemplo, suponha que um planeta do tamanho da Terra estivesse na faixa de distância orbital de WD 1856 e que pudesse ter água em sua superfície. Usando simulações, os pesquisadores consideram que o próximo telescópio espacial James Webb da NASA poderia detectar água e dióxido de carbono naquele mundo hipotético observando apenas cinco trânsitos.

Os resultados desses cálculos, liderados por Kaltenegger e Ryan MacDonald, ambos da Cornell University em Ithaca, Nova York, foram publicados na revista acadêmica The Astrophysical Journal Letters e estão disponíveis online, aqui.

“O que é ainda mais impressionante é que o telescópio Webb pode detectar combinações de gases que indicam atividade biológica em um mundo semelhante em apenas 25 trânsitos”, disse Kaltenegger, diretor do Instituto Carl Sagan de Cornell. “A existência de WD 1856 b sugere que os planetas podem sobreviver à jornada caótica das anãs brancas. Sob as condições adequadas, esses mundos poderiam manter condições favoráveis para a vida por mais tempo do que o previsto para a Terra. Agora podemos explorar novas possibilidades intrigantes de vida em mundos orbitando esses núcleos estelares mortos.”

Atualmente não há evidências que sugerem que existam outros mundos no sistema, mas é possível que existam planetas adicionais ainda a serem identificados. Eles podem ter órbitas que excedem o tempo de observação do TESS para aquele setor ou podem estarem inclinados de forma que não produzam trânsitos. Além disso, a anã branca é tão pequena que a probabilidade de observar os trânsitos dos planetas mais distantes no sistema é muito baixa.

TESS é uma missão de Exploração Astrofísica da NASA, dirigida e operada pelo MIT em Cambridge, Massachusetts e gerenciada pelo Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland. Parceiros adicionais incluem: Northrop Grumman, com sede em Falls Church, Virgínia, Ames Research Center da NASA em Silicon Valley, Califórnia, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics em Cambridge, Massachusetts, Lincoln Laboratory do MIT e Space Telescope Science Institute em Baltimore. Mais de uma dúzia de universidades, institutos de pesquisa e observatórios em todo o mundo estão participando da missão.

O Laboratório de Propulsão a Jato (JPL por sua siglas em inglês) da NASA no sul da Califórnia administrou a missão Spitzer para o Diretório de Missão Científica da agência em Washington. Os dados científicos do Spitzer continuam a ser analisados pela comunidade científica por meio do arquivo de dados do Spitzer, localizado no Infrared Science Archive do Infrared Processing and Analysis Center (IPAC) da Caltech. As operações científicas foram conduzidas no Spitzer Science Center em Caltech. As operações da espaçonave foram realizadas no Lockheed Martin Space em Littleton, Colorado. O Caltech gerencia o JPL para a NASA.

Para obter mais informações sobre o TESS, visite o seguinte link (em inglês): https://www.nasa.gov/tess

Para obter mais informações sobre o Spitzer, visite o seguinte link (em inglês): https://www.nasa.gov/spitzer

Fonte: https://ciencia.nasa.gov/primer-planeta-superviviente-abrazando-estrella-enana Publicado:16 de setembro de 2020

Tradução: Max Bilck

MATERIAL COMPLEMENTAR:

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TESS e Spitzer detectam um mundo gigante em potencial circulando uma pequena estrela.

Ilustração de uma comparação de tamanhos entre WD 1856 B e sua estrela hospedeira.

Detectando planetas pelo método do transito planetário:

Esta animação mostra um planeta cuja órbita está alinhada de tal forma que atravessa o disco de sua “estrela-mãe” vista da Terra: durante esses trânsitos, a estrela parece menos brilhante. Ao detectar essas diminuições periódicas de brilho ao longo do tempo, é possível detectar a presença do planeta orbitando a estrela.

vídeos e textos complementares (em inglês): https://svs.gsfc.nasa.gov/13708