O PRIMEIRO "NEPTUNO ULTRA-QUENTE", LTT 9779b, É UM DOS PLANETAS MAIS IMPROVÁVEIS DA NATUREZA 25 de setembro de 2020
Impressão de artista do Neptuno Ultra-Quente.
Crédito: Ricardo Ramirez
Uma equipa internacional de astrónomos, incluindo um grupo da Universidade de Warwick, descobriu o primeiro planeta "Neptuno Ultra-Quente" em órbita da estrela próxima LTT 9779.
O exoplaneta orbita tão perto da sua estrela que o seu ano dura apenas 19 horas, o que significa que a radiação estelar aquece o planeta a mais de 1700 graus Celsius.
A estas temperaturas, os elementos pesados como o ferro podem ser ionizados na atmosfera e as moléculas desassociadas, fornecendo um laboratório único para estudar a química de planetas para lá do nosso Sistema Solar.
Embora o mundo tenha o dobro da massa de Neptuno, é também ligeiramente maior e tem uma densidade semelhante. Portanto, LTT 9779b deve ter um núcleo enorme com cerca de 28 massas terrestres e uma atmosfera que representa cerca de 9% da massa planetária total.
O sistema propriamente dito tem aproximadamente metade da idade do Sol, com 2 mil milhões de anos, e dada a intensa radiação, não seria de esperar que um planeta parecido com Neptuno mantivesse a sua atmosfera por tanto tempo, fornecendo um quebra-cabeças intrigante para resolver; como é que surgiu um sistema tão improvável.
LTT 9779 é uma estrela parecida com o Sol localizada a uma distância de 260 anos-luz, perto em termos astronómicos. É super-rica em metais, tendo na sua atmosfera o dobro do ferro do que o Sol. Este pode ser um indicador chave de que o planeta era originalmente um gigante gasoso muito maior, já que estes corpos se formam preferencialmente perto de estrelas com as maiores abundâncias de ferro.
As indicações iniciais da existência do planeta foram feitas usando o TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite), como parte da sua missão para descobrir pequenos planetas em trânsito orbitando estrelas brilhantes e nas proximidades por todo o céu. Estes trânsitos são encontrados quando um planeta passa diretamente em frente da sua estrela hospedeira, bloqueando parte da luz estelar, e a quantidade de luz bloqueada revela o tamanho do companheiro. Mundos como estes, uma vez totalmente confirmados, podem permitir que os astrónomos investiguem as suas atmosferas, proporcionando uma compreensão mais profunda dos processos de formação e evolução planetária.
O sinal de trânsito foi rapidamente confirmado no início de novembro de 2018 como proveniente de um corpo de massa planetária, usando observações obtidas com o instrumento HARPS (High Accuracy Radial-velocity Planet Searcher), acoplado ao telescópio de 3,6 metros no Observatório de la Silla do ESO no norte do Chile. O HARPS usa o efeito Doppler para medir as massas de planetas e características orbitais como o período. Quando são encontrados objetos em trânsito, as medições Doppler podem ser organizadas para confirmar a natureza planetária de uma maneira eficiente. No caso de LTT 9779b, a equipa conseguiu confirmar a existência do planeta após apenas uma semana de observações.
A Universidade de Warwick é uma instituição líder do consórcio NGTS (Next-Generation Transit Survey), cujos telescópios no Paranal, Chile, fizeram observações de acompanhamento para ajudar a confirmar a descoberta do planeta. O Dr. George King, do Departamento de Física, trabalhou na análise dos resultados.
Ele disse: "Ficámos muito satisfeitos quando os nossos telescópios NGTS confirmaram o sinal de trânsito deste novo planeta emocionante. A queda no brilho é de apenas dois décimos de um por cento, e muito poucos telescópios são capazes de fazer medições tão precisas."
O professor James Jenkins do Departamento de Astronomia da Universidade do Chile, que liderou a equipa, acrescentou: "A descoberta de LTT 9779b, tão cedo na missão do TESS, foi uma surpresa completa: uma aposta que valeu a pena. A maioria dos eventos de trânsito com períodos inferiores a um dia tendem a ser falsos positivos, normalmente estrelas binárias eclipsantes de fundo."
LTT 9779b é de facto raro, existindo numa região esparsamente povoada do espaço paramétrico planetário. "O planeta existe no que é conhecido como o 'Deserto de Neptuno', uma região desprovida de planetas quando olhamos para a população de massas e tamanhos planetários. Embora os gigantes gelados pareçam ser um subproduto bastante comum do processo de formação de planetas, este não é o caso muito perto das suas estrelas. Nós pensamos que estes planetas perdem a sua atmosfera ao longo do tempo cósmico, transformando-se no que chamamos de Planetas de Período Ultracurto," explicou Jenkins.
Os cálculos do Dr. King confirmaram que LTT 9779b deveria ter despojado a sua atmosfera através de um processo chamado fotoevaporação. Ele salientou: "os intensos raios-X e raios ultravioleta da jovem estrela-mãe terão aquecido a atmosfera superior do planeta e devem ter levado os gases atmosféricos para o espaço". Por outro lado, os cálculos do Dr. King mostraram que não havia aquecimento de raios-X suficiente para LTT 9779b ter começado como um gigante gasoso muito mais massivo. "A fotoevaporação deveria ter resultado numa rocha nua ou num gigante gasoso," explicou. "O que significa que deve haver algo novo e invulgar que temos de tentar explicar no que toca à história deste planeta."
O professor Jenkins observou: "Os modelos de estrutura planetária dizem-nos que o planeta é um mundo dominado por um núcleo gigante mas, crucialmente, deve haver duas a três massas terrestres de gás atmosférico. Mas se a estrela é tão velha, porque é que existe uma atmosfera sequer? Bem, se LTT 9779b começou a vida como um gigante gasoso, então um processo chamado Fluxo do Lóbulo de Roche poderia ter transferido quantidades significativas de gás atmosférico para a estrela."
O Fluxo do Lóbulo de Roche é um processo pelo qual um planeta chega tão perto da sua estrela que a gravidade mais forte da estrela pode capturar as camadas externas do planeta, fazendo com que sejam transferidas para a estrela e, assim, diminuindo significativamente a massa do planeta. Os modelos preveem resultados semelhantes aos do sistema LTT 9779, mas também requerem alguns ajustes.
"Também pode ser que LTT 9779b tenha chegado à sua órbita atual bastante tarde e, portanto, não tenha tido tempo para ficar sem atmosfera. As colisões com outros planetas no sistema podem tê-lo jogado na direção da estrela. Na verdade, por ser um mundo tão único e raro, podem ser plausíveis cenários mais exóticos," acrescentou Jenkins.
Uma vez que o planeta parece ter uma atmosfera significativa e dado que orbita uma estrela relativamente brilhante, estudos futuros da atmosfera planetária podem desvendar alguns dos mistérios relacionados com a formação deste género de exoplanetas, como evoluem e os detalhes da sua composição. Jenkins concluiu: "O planeta é muito quente, o que motiva a busca por elementos mais pesados do que o hidrogénio e hélio, juntamente com núcleos atómicos ionizados. É preocupante pensar que este 'planeta improvável' é provavelmente tão raro que não encontraremos outro laboratório igual para estudar em detalhe a natureza dos Neptunos Ultra-Quentes. Portanto, devemos extrair cada grama de conhecimento que pudermos deste diamante em bruto, observando-o com instrumentos espaciais e no solo ao longo dos próximos anos."
