Do outro lado da Via Láctea, a cerca de 190 anos-luz da Terra, os astrónomos descobriram um par planetário muito invulgar. O enorme e quente Júpiter, um tipo de planeta gigante normalmente encontrado sozinho, partilha o seu sistema com o menor mini-Netuno, que orbita ainda mais perto da sua estrela. Esta configuração 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 interna do planeta e encontraram novas pistas que ajudam a explicar como este incrível sistema se formou.
JWST mostra uma atmosfera pesada e rica em água
Num estudo publicado em Cartas de diários astrofísicosa equipe usou o Telescópio Espacial James Webb (JWST) da NASA para analisar a atmosfera do mini-Netuno. Esta é a primeira vez que os cientistas medem a composição da atmosfera do mini-Netuno, que está dentro da órbita do quente Júpiter.
As observações mostram que a atmosfera do planeta é surpreendentemente densa e repleta de moléculas mais pesadas, incluindo vapor de água, dióxido de carbono, dióxido de enxofre e vestígios de metano. Este tipo de atmosfera seria improvável se um planeta se formasse perto da sua estrela, que normalmente é dominada por gases mais leves.
Em vez disso, as descobertas sugerem uma origem totalmente diferente.
Os planetas provavelmente se formaram longe de sua estrela
De acordo com os investigadores, tanto o mini-Netuno como o quente Júpiter provavelmente se formaram muito mais longe da sua estrela, na região mais fria do disco inicial de gás e poeira do sistema. Num tal ambiente, o material gelado e os compostos voláteis podem acumular-se mais facilmente, permitindo que os planetas construam atmosferas mais espessas e pesadas.
Com o tempo, os dois planetas provavelmente migraram juntos para dentro, aproximando-se da sua estrela, mantendo as suas atmosferas e órbitas incomuns.
Os resultados fornecem a primeira evidência clara de que mini-Netunos podem se formar além da “linha de gelo” de uma estrela, a distância na qual 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 dentro da órbita de um Júpiter quente”, diz Saugata Barath, pós-doutorado no Instituto Cowley de Astrofísica e Estudos Espaciais do MIT e principal autor do estudo. “Esta medição mostra-nos que este mini-Netuno se formou além da linha de congelamento, confirmando 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 misterioso
Os mini-Netunos são menores que Netuno e consistem principalmente de gás ao redor de um núcleo rochoso. Na verdade, eles são o tipo de planeta mais comum encontrado na Via Láctea, embora não existam em nosso sistema solar.
Em 2020, Chelsea X. Huang, então pós-doutorado com Torres no Massachusetts Institute of Technology (agora professor na University of Southern Queensland), identificou esse sistema incomum. Um mini-Netuno foi encontrado orbitando um Júpiter quente, algo que os astrônomos raramente veem.
Usando dados do Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) da NASA, a equipe estudou a estrela, chamada TOI-1130, e descobriu os dois planetas. Mini-Netuno faz uma revolução a cada quatro dias, enquanto o quente Júpiter leva oito dias.
“Era um sistema único”, diz Huang. “Os Júpiteres quentes são ‘solitários’, o que significa que não têm planetas satélites nas suas órbitas. São tão massivos e a sua gravidade é tão forte que qualquer coisa dentro da sua órbita simplesmente se dispersa. Mas de alguma forma, com este Júpiter quente, a lua interior sobreviveu. E isto levanta questões sobre como tal sistema poderia ter-se formado.”
Determinar o tempo de observação foi uma tarefa difícil
A descoberta levou os investigadores a estudar os planetas mais detalhadamente com o JWST, concentrando-se no mundo interior conhecido como TOI-1130b.
Porém, observar o planeta não foi fácil. Ao contrário da maioria dos planetas, que seguem horários orbitais previsíveis, 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 o seu movimento menos regular e mais difícil de prever.
Para superar isto, uma equipa liderada por Judith Kort da Universidade de Lund compilou observações anteriores e criou um modelo para determinar exatamente quando os planetas transitarão em frente da sua estrela de uma forma que o JWST possa observar.
“Era uma previsão difícil e tínhamos que estar atentos”, diz Barratt.
Uma visão detalhada da química planetária
Assim que chegou o momento certo, o JWST capturou dados detalhados em vários comprimentos de onda de luz.
“A beleza do JWST é que ele observa não apenas uma cor, mas também diferentes cores ou comprimentos de onda”, explica Barratt. “E os comprimentos de onda específicos que um planeta absorve podem dizer muito sobre a composição da sua atmosfera.”
Os dados mostraram fortes assinaturas de água, dióxido de carbono e dióxido de enxofre, bem como quantidades menores de metano. Estas moléculas mais pesadas contrastam com o hidrogénio e o hélio mais leves, normalmente esperados em planetas que se formam perto das suas estrelas.
Esta descoberta desafia suposições anteriores e apoia a ideia de que o TOI-1130b se formou muito antes de migrar para dentro.
Evidência de migração planetária
O planeta provavelmente reuniu a sua atmosfera na região fria além da linha de gelo, onde a água congela em 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 que vemos hoje.
Barratt diz que a presença destas moléculas pesadas confirma que ambos os planetas provavelmente se originaram nas regiões exteriores do seu sistema e migraram juntos para dentro, mantendo as suas atmosferas.
“Este sistema representa uma das arquiteturas mais raras que os astrónomos alguma vez encontraram”, diz Barat. “As observações do TOI-1130b fornecem a primeira pista de que tais mini-Netunos, que se formam além da linha água/gelo, existem na natureza.”
Este trabalho foi apoiado em parte pela NASA.
