Nos anais da caça a planetas, a última descoberta dos astrônomos é um tanto surpreendente: um exoplaneta muito grande orbitando firmemente uma estrela tão pequena que é difícil entender como ela poderia tê-lo gerado
O planeta, chamado LHS 3154 b e relatado ontem na Science, inclina a balança em 13.2 vezes a massa da Terra ou mais – colocando-o aproximadamente no mesmo nível das 17.2 massas terrestres de Netuno. No entanto, a sua estrela hospedeira tem apenas 11% da massa do Sol.
“Anteriormente, pensava-se que ‘Ah, não, não há como as estrelas de menor massa poderem realmente formar este tipo de planeta’”, afirma Guðmundur Stefánsson, astrofísico e pós-doutorando na Universidade de Princeton, em Nova Jersey, e primeiro autor do artigo. “Agora, pelo menos, há uma prova de conceito de que eles podem formá-los.” Stefánsson e seus colegas encontraram o planeta com o Telescópio Hobby-Eberly de 10m no Observatório McDonald, no Texas, enquanto pesquisavam estrelas de massa muito baixa.
A equipe tinha à sua disposição um novo espectrógrafo de infravermelho próximo chamado Localizador de Planetas de Zonas Habitáveis. No início de 2020, começaram a observar a estrela LHS 3154, classificada como anã M (o tipo de estrela espectral de menor massa). Eles logo viram indícios de uma mudança periódica em seu espectro a cada 3.7 dias – um sinal revelador de que a atração gravitacional de um planeta em uma órbita próxima estava causando a oscilação da estrela.
“Nós pensamos, ‘OK, isso é muito interessante’, e começamos a nos aprofundar ainda mais”, diz Stefánsson. Para confirmar que a aparente oscilação era real, a equipe recorreu a dois observatórios espaciais. Com medições de brilho de longo prazo da estrela feitas pelo Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), da NASA, eles confirmaram que o sinal não era um falso positivo devido a manchas estelares ou erupções.
O satélite Gaia, da Agência Espacial Europeia, e as suas medições precisas da posição da estrela ao longo do tempo permitiram à equipe verificar que a oscilação foi causada por um corpo do tamanho de um planeta e não por outra estrela. No cálculo final, LHS 3154 b pesa 0.35% da massa da sua estrela hospedeira. Isto pode não parecer muito, mas entre os planetas que orbitam as suas estrelas em menos de 10 dias, é mais do dobro da proporção de qualquer outro sistema conhecido (para uma comparação mais familiar, Júpiter tem menos de 0.1% da massa do Sol).
Como os planetas se formam ao lado das suas estrelas a partir do mesmo disco de material, os astrônomos há muito que assumem que as estrelas de baixa massa também tendem a formar planetas de baixa massa. E até agora, as observações pareciam confirmar isso. Outras anãs M conhecidas por abrigarem planetas têm uma série de pequenos mundos rochosos que se acredita surgirem quando pedaços sólidos se aglomeram para formar o núcleo de um planeta.
O exemplo mais famoso de tal sistema é o TRAPPIST-1, lar de sete planetas conhecidos do tamanho da Terra. Mas LHS 3154 b “(…) é uma fera muito diferente, onde é um grande planeta em vez de muitos planetas menores”, diz Stefánsson. Existem casos de planetas gigantes hospedados por estrelas de baixa massa, mas eles são muito maiores que o LHS 3154 b e orbitam a distâncias muito maiores. Provavelmente se formaram de forma diferente, quando um aglomerado de material entrou em colapso sob a sua própria gravidade – mais como uma versão em miniatura de como uma estrela se forma.
Stefánsson diz que ele e seus colegas consideraram brevemente se LHS 3154 b poderia ter se formado em um sistema estelar diferente, sido ejetado e depois capturado por sua estrela hospedeira atual. Mas isso quase certamente teria resultado em uma órbita altamente elíptica, e não na órbita circular que tem hoje. Isso deixou a equipe inicialmente sem saber como explicar o LHS 3154 b. “Estávamos realmente lutando – tipo, dissemos: ‘OK, como podemos realmente formar este tipo de planeta?’”, disse Stefánsson.
Acima, uma animação do sistema recém-descoberto, e a discrepância entre o tamanho do exoplaneta e sua estrela.
Fonte: abbyminnich
Para investigar, a equipe recorreu a simulações de formação planetária, especialmente do cenário de acreção do núcleo. Eles começaram ajustando os vários parâmetros do modelo para corresponder às observações de protoestrelas de baixa massa. Foi um fracasso: após 300 execuções, o modelo não conseguiu produzir quaisquer planetas com mais de 10 massas terrestres numa órbita próxima inferior a 10 dias. Em seguida, a equipe tentou brincar com os ingredientes iniciais do disco, variando a proporção de gás e poeira. “Isso não ajudou muito a mudar as coisas”, disse Stefánsson.
O que funcionou foi aumentar enormemente a quantidade de poeira no disco protoplanetário – por um fator de 10. Tornar o disco mais denso e compacto também ajudou, mas isso não produziu nenhum planeta como LHS 3154 b, a menos que a poeira fosse reduzida. “Isso também faz sentido intuitivamente”, diz Stefánsson. “O que estamos realmente fazendo é… aumentar o inventário disponível de material a partir do qual estes tipos de planetas podem realmente se formar, para começar.”
“Mas isto leva a outra questão: por que é que não vemos toda esta poeira nas nossas observações? O LHS 3154 não é o primeiro sistema a levantar o espectro de uma tendência de ‘massa faltante’ em discos protoplanetários, embora seja uma espécie de exemplo extremo”, diz Stefánsson. A equipe tem algumas ideias. “Talvez, à medida que a poeira se acumula, ela cresça até atingir tamanhos centimétricos, que os telescópios atuais não conseguem detectar.”
“Ou talvez os discos se reabasteçam, puxando poeira da nuvem muito maior de material que os rodeia. Uma terceira possibilidade é que os núcleos planetários se formem mais rapidamente do que esperamos, de modo que, quando os observamos, já tenham engolido a maior parte da poeira do disco. Poderia muito bem ser uma combinação das três explicações”, escreve Frédéric Masset, astrônomo da Universidad Nacional Autónoma de México, em Cuernavaca, em um ensaio que acompanha o artigo na Science. Em qualquer caso, quando olhamos para imagens de discos protoplanetários, parece que há mais poeira — e potencial de criação de planetas — do que aparenta.
