Até o momento, os astrônomos confirmaram a existência de 4.152 planetas extra-solares em 3.077 sistemas estelares. Enquanto a maioria dessas descobertas envolveu um único planeta, várias centenas de sistemas estelares foram considerados multi-planetários. Sistemas que contêm seis planetas ou mais, no entanto, parecem ser mais raros, com apenas uma dúzia de casos descobertos até agora.
Foi o que os astrônomos descobriram depois de observar a HD 158259, uma estrela semelhante ao Sol, localizada a 88 anos-luz da Terra, nos últimos sete anos, usando o espectrógrafo SOPHIE . Combinada com os novos dados do Transess Exoplanet Space Satellite (TESS), uma equipe internacional relatou a descoberta de um sistema de seis planetas em que todos estavam em ritmo quase perfeito entre si.
A equipe internacional responsável por essa descoberta foi liderada pelo Dr. Nathan Hara, pesquisador de pós-doutorado da Universidade de Genebra (UNIGE), membro do instituto Swiss PlanetS e membro da Agência Espacial Européia (ESA), caracterizando o ExOPlanets Satellite ( CHEOPS). O estudo que descreve suas descobertas apareceu recentemente na revista Astronomia e Astrofísica .
No sistema planetário HD 158259, todos os pares de planetas subsequentes estão próximos da ressonância 3: 2: o interior completa cerca de três órbitas, enquanto o externo completa duas. Crédito e ©: UNIGE / NASA
Usando o SOPHIE, os astrônomos realizam medições de velocidade de muitas estrelas no hemisfério norte para determinar se eles têm exoplanetas em órbita. Este método, conhecido como Método da Velocidade Radial (ou Espectroscopia Doppler), consiste em medir o espectro de uma estrela para ver se ela está se movendo no lugar - o que é uma indicação de que a força gravitacional de um ou mais planetas está trabalhando nela.
Curiosamente, foi o antecessor de SOPHIE (o espectrógrafo ELODIE ) que levou a uma das primeiras descobertas de exoplanetas em 1995 - o "hot Jupiter" 51 Peg b (Dimidium). Após examinar o HD 158259 por sete anos, a SOPHIE conseguiu obter medições de velocidade radial de alta precisão que revelavam a presença de um sistema de seis planetas.
Este sistema consiste em um grande planeta rochoso mais interno (uma “super-Terra”) e cinco pequenos gigantes de gás (“mini-Netuno”) que possuem espaçamento excepcionalmente regular entre eles. Como François Bouchy, professor de astronomia e ciência da UNIGE e coordenador do programa de observação, explicou em um comunicado de imprensa da UNIGE :
"A descoberta deste sistema excepcional foi possível graças à aquisição de um grande número de medições, bem como a uma melhoria dramática do instrumento e de nossas técnicas de processamento de sinais".
Impressão artística de 51 Pegasi b (Bellerophon), um Júpiter quente descoberto por SOPHIE que orbita uma estrela a cerca de 50 anos-luz da Terra. Crédito: ESO / M. Kornmesser / Nick Risinger (skysurvey.org)
Esses planetas variam de 2 (a “super-Terra” mais interna) a 6 vezes (os “mini-Netuno”) tão maciço quanto a Terra. O sistema também é muito compacto, com todos os seis planetas orbitando próximo à estrela e o mais externo sendo apenas 0,38 vezes mais distante que Mercúrio do Sol. Isso coloca os planetas bem dentro da zona habitável da estrela (HZ), o que significa que nenhum provavelmente terá água nas superfícies ou atmosferas densas o suficiente para sustentar a vida.
Enquanto isso, o TESS monitorava o HD 158259 quanto a sinais de trânsito (também conhecido como Método de Trânsito ) e observou uma diminuição no brilho da estrela à medida que o planeta mais interno passava na frente da estrela. Segundo Isabelle Boisse, pesquisadora do Laboratório de Astrofísica de Marselha e coautora do estudo, as leituras do TESS (combinadas com os dados de velocidade radial) permitiram restringir ainda mais as propriedades deste planeta ( HD 158259 b ).
"As medidas do TESS apoiam fortemente a detecção do planeta e permitem estimar seu raio, o que traz informações muito valiosas sobre a estrutura interna do planeta", disse ela. Mas, como observado anteriormente, a característica mais impressionante desse sistema é sua regularidade. Basicamente, os planetas no sistema têm uma ressonância orbital quase exata 3: 2
Isso significa que para cada três órbitas que o planeta mais interno faz, o segundo completará cerca de duas. No tempo que o segundo planeta leva para completar três órbitas, o terceiro completará cerca de duas. Essa proporção se aplica a todos os seis planetas do sistema e surpreendeu Hara e seus colegas.
Ao descrever as órbitas dos planetas, Hara comparou com uma orquestra tocando música, embora o arranjo não seja perfeito:
“Isso é comparável a vários músicos que tocam ritmos distintos, mas que vencem ao mesmo tempo no início de cada barra. Aqui, "sobre" é importante. Além da onipresença da proporção de período de 3: 2, isso constitui a originalidade do sistema. ”
As ressonâncias, mesmo as imperfeitas, são de interesse dos astrônomos por causa de como fornecem dicas para a formação e evolução de um sistema estelar. Nos círculos astronômicos, ainda há um debate considerável sobre como os sistemas estelares se reúnem e mudam ao longo do tempo. Um ponto particularmente controverso é se os planetas se aproximam de sua posição final no sistema ou se mudam de órbita após a formação.
Este último cenário (conhecido como migração planetária) vem ganhando força nos últimos anos, graças à descoberta de exoplanetas como "Hot-Jupiters", levando muitos astrônomos a questionar se ocorrem "agitações" planetárias. Essa teoria parece explicar a formação dos seis planetas no sistema HD 158259. Disse Stephane Udry, professor de astronomia e ciência na UNIGE:
“Vários sistemas compactos com vários planetas dentro ou próximos a ressonâncias são conhecidos, como TRAPPIST-1 ou Kepler-80. Acredita-se que esses sistemas se formem longe da estrela antes de migrar para ela. Nesse cenário, as ressonâncias desempenham um papel crucial. ”
O conceito deste artista mostra como podem ser os planetas do TRAPPIST-1, com base nos dados disponíveis sobre seus tamanhos, massas e distâncias orbitais. Créditos: NASA / JPL-Caltech
O fato de os planetas do HD 158259 estarem perto de uma ressonância de 3: 2, mas não exatamente dentro de um, sugere que eles estavam presos em um no passado. No entanto, eles teriam passado por uma migração síncrona e se afastariam da ressonância. Segundo Hara, isso não é tudo o que esse sistema pode nos dizer.
"Além disso, a partida atual das proporções de período de 3: 2 contém uma riqueza de informações", disse ele. “Com esses valores, por um lado, e os modelos de efeito das marés, por outro, poderíamos restringir a estrutura interna dos planetas em um estudo futuro. Em resumo, o estado atual do sistema nos dá uma janela sobre sua formação. ”
Quanto mais aprendemos sobre esse sistema multi-planetário e outros semelhantes, mais podemos aprender sobre como surgiram sistemas estelares como o nosso. A resolução dessas e de outras questões sobre a formação e evolução dos sistemas planetários nos colocará um passo mais perto de saber como a vida pode emergir (e talvez onde procurá-la!)
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