Do outro lado da Via Láctea, a cerca de 190 anos-luz da Terra, os astrónomos descobriram um par de planetas muito invulgar. Um gigante Júpiter quente, um planeta gigante normalmente encontrado sozinho, partilha o seu sistema com um mini-Netuno mais pequeno que orbita mais perto da sua estrela. A estrutura rara tem confundido os cientistas desde que foi descoberta pela primeira vez em 2020.
Agora, os investigadores do MIT observaram mais de perto a atmosfera interior do planeta e descobriram novas pistas que ajudam a explicar como este estranho sistema se formou.
JWST revela atmosfera espessa e rica em água
Num estudo publicado em Cartas de diários astrofísicosA equipe então usou o Telescópio Espacial James Webb (JWST) da NASA para analisar a atmosfera do mini-Netuno. Isto marca a primeira vez que os cientistas medem a composição atmosférica de um mini-Netuno localizado na órbita de um Júpiter quente.
As observações mostram que a atmosfera do planeta é extremamente densa e cheia de moléculas mais pesadas, incluindo vapor de água, dióxido de carbono, dióxido de enxofre e vestígios de metano. Este tipo de atmosfera seria menos provável se um planeta se formasse perto da sua estrela, que normalmente é um gás mais leve.
Em vez disso, as descobertas sugerem uma origem muito diferente.
Planetas podem ter se formado longe das estrelas
Os investigadores dizem que os mini-Netunos e os Júpiteres quentes podem ter-se formado mais longe das suas estrelas, em regiões mais frias do disco inicial de gás e poeira do sistema. Neste ambiente, é mais provável que se acumulem materiais gelados e compostos voláteis, dando ao planeta uma atmosfera mais espessa e pesada.
Com o tempo, os dois planetas provavelmente migrarão juntos para dentro, mais perto das suas estrelas, enquanto mantêm as suas atmosferas e alinhamentos orbitais incomuns.
Estes resultados fornecem a primeira evidência clara de que mini-Netunos podem se formar além da “linha de gelo” de uma estrela, a distância onde as temperaturas são baixas o suficiente para que a água congele e se transforme em gelo.
“Esta é a primeira vez que observamos a atmosfera de um planeta na órbita de um Júpiter quente”, disse Saugata Barat, pós-doutorado no Instituto Kavli de Astrofísica e Estudos Espaciais do MIT e autor principal do estudo. “Esta medição diz-nos que este mini-Netuno se formou fora da linha de gelo, o que confirma que este canal de formação existe.”
A equipe de pesquisa inclui cientistas de instituições de todo o mundo, incluindo MIT, Harvard e o Smithsonian Center for Astrophysics, a University of Southern Queensland, a University of Texas em Austin e a Lund University.
Um sistema planetário raro e intrigante
Os mini-Netunos são menores que Netuno e consistem principalmente de gás que envolve um núcleo rochoso. Na verdade, eles são o tipo de planeta mais comum na Via Láctea, embora não exista nenhum em nosso sistema solar.
O sistema incomum foi descoberto em 2020 por Chelsea X. Huang, então Torres Postdoctoral Fellow no MIT (agora membro do corpo docente da University of Southern Queensland). Mini-Netunos foram encontrados orbitando ao lado de Júpiteres quentes, algo que os astrônomos raramente veem.
Usando dados do Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) da NASA, a equipe estudou uma estrela chamada TOI-1130 e detectou dois planetas. Mini-Netuno orbita a cada quatro dias, enquanto Júpiter quente leva oito dias.
“Este é um sistema único”, disse Huang. “Os Júpiteres quentes são ‘solitários’, o que significa que não têm companheiros nas suas órbitas. A sua massa é tão grande e a sua gravidade é tão forte que qualquer coisa dentro das suas órbitas seria dispersa. Mas de alguma forma, neste Júpiter quente, um companheiro interior sobreviveu. Isto levanta a questão de como tal sistema poderia ter-se formado.”
Assistir o tempo é um desafio
A descoberta levou os investigadores a usar o JWST para estudar estes planetas com mais detalhes, concentrando-se no mundo interior conhecido como TOI-1130b.
Porém, observar este planeta não é simples. Ao contrário da maioria dos planetas, que seguem um cronograma orbital previsível, este par está no que os cientistas chamam de “ressonância de movimento médio”. A gravidade de cada planeta altera ligeiramente a órbita do outro, tornando os seus movimentos irregulares e menos previsíveis.
Para superar este problema, uma equipe liderada por Judith Koth, da Universidade de Lund, compilou observações anteriores e criou um modelo que determina com precisão quando um planeta passa na frente de uma estrela de uma forma que o JWST possa observar.
“Esta é uma previsão desafiadora e temos que acertar”, disse Barratt.
Saiba mais sobre química planetária
Quando chegar a hora certa, o JWST capturará dados detalhados em vários comprimentos de onda de luz.
“A beleza do JWST é que ele não olha apenas para uma cor, mas para diferentes cores ou comprimentos de onda”, explicou Barratt. “Os comprimentos de onda específicos que um planeta absorve podem dizer muito sobre a composição da sua atmosfera.”
Os dados revelaram fortes assinaturas de água, dióxido de carbono e dióxido de enxofre, bem como pequenas quantidades de metano. Estas moléculas mais pesadas contrastam com o hidrogénio e o hélio mais leves, normalmente esperados em planetas que se formam perto de estrelas.
A descoberta desafia suposições anteriores e apoia a ideia de que o TOI-1130b se formou mais longe antes de migrar para dentro.
Evidência de migração planetária
A atmosfera do planeta está provavelmente concentrada em regiões frias além da linha de gelo, onde a água congela nas partículas de poeira e forma partículas de gelo. À medida que o jovem planeta avançava para dentro, o gelo evaporou, deixando para trás a espessa atmosfera vista hoje.
A presença destas moléculas pesadas confirma que os dois planetas provavelmente se originaram nas regiões exteriores dos seus sistemas e migraram juntos para dentro, mantendo as suas atmosferas, disse Barratt.
“Este sistema representa uma das estruturas mais raras que os astrónomos já descobriram”, disse Barratt. “As observações do TOI-1130b fornecem a primeira pista de que tais mini-Neptunos, formados fora da linha água/gelo, existem na natureza.”
Este trabalho foi parcialmente apoiado pela NASA.
