Os planetas são corpos que orbitam uma estrela e que têm massa gravitacional suficiente para adquirirem uma forma aproximadamente esférica que, por sua vez, exercem força gravitacional sobre objetos mais pequenos à sua volta, como asteroides e luas. Durante a maior parte da história da humanidade, os únicos planetas que os nossos antepassados conheciam eram aqueles que conseguiam ver no céu noturno. Mas nos últimos 30 anos, foram desenvolvidos telescópios suficientemente sensíveis para inferir a presença de exoplanetas - planetas para lá do nosso Sistema Solar.

Os exoplanetas são, evidentemente, muito mais difíceis de observar diretamente do que as estrelas e do que as galáxias. Quase todas as descobertas exoplanetárias, sobretudo a partir de 2010, têm-se baseado em medições fotométricas (a quantidade de luz recebida) das estrelas hospedeiras, e não dos próprios planetas. A isto chama-se o método do trânsito. Agora, com a ajuda do Telescópio Espacial Spitzer, que fez a sua primeira deteção de exoplanetas em 2005; do Telescópio Espacial Kepler, concebido especificamente para procurar exoplanetas; e do Telescópio Espacial James Webb, lançado em 2021, o método de trânsito e outras técnicas confirmaram a existência de mais de 5000 exoplanetas que habitam milhares de sistemas estelares.

"Quando tínhamos apenas o nosso próprio Sistema Solar para analisar, podíamos simplesmente assumir que os planetas se formavam nos locais onde os encontramos hoje", diz Gabriele Pichierri, investigadora associada de pós-doutoramento em ciências planetárias no Caltech, trabalhando no grupo de Konstantin Batygin, professor de ciências planetárias. "No entanto, quando descobrimos o primeiro exoplaneta em 1995, tivemos de reconsiderar este pressuposto. Estamos a desenvolver melhores modelos sobre como os planetas se formam e como acabam por ficar nas orientações em que os encontramos".

A maioria dos exoplanetas forma-se a partir do disco de gás e poeira em torno de estrelas recém-formadas e espera-se que migrem para o interior, aproximando-se do limite interno desse disco. Isto cria sistemas planetários que estão muito mais próximos da estrela hospedeira do que no nosso Sistema Solar.

Todos os sete planetas descobertos em órbita da estrela anã vermelha TRAPPIST-1 poderiam facilmente caber dentro da órbita de Mercúrio, o planeta mais interior do nosso Sistema Solar. De facto, até teriam espaço de sobra. TRAPPIST-1 também tem apenas uma fração do tamanho do nosso Sol; não é muito maior do que Júpiter. Assim, as proporções do sistema TRAPPIST-1 parecem-se mais com Júpiter e as suas luas do que com as do nosso Sistema Solar. Crédito: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt, T. Pyle (IPAC)

Na ausência de outros factores, os planetas tenderão a afastar-se uns dos outros a distâncias características baseadas nas suas massas e nas forças gravitacionais entre os planetas e a sua estrela hospedeira. "Este é o processo normal de migração", explica Pichierri. "As posições dos planetas formam ressonâncias entre os seus períodos orbitais. Se pegarmos no período orbital de um planeta e o dividirmos pelo período orbital do planeta vizinho, obtemos um rácio de números inteiros simples, como 3:2". Assim, por exemplo, se um planeta demora dois dias a orbitar em torno da sua estrela, o planeta seguinte, mais afastado, demorará três dias. Se esse segundo planeta e um terceiro mais afastado também estiverem numa ressonância de 3:2, então o período orbital do terceiro planeta será de 4,5 dias.

O sistema Trappist-1, que alberga sete planetas e está situado a cerca de 40 anos-luz da Terra, é especial por várias razões. "Os planetas exteriores comportam-se corretamente, por assim dizer, com ressonâncias esperadas mais simples", diz Pichierri. "Mas os interiores têm ressonâncias que são um pouco mais excitantes". O rácio entre as órbitas dos planetas b e c é de 8:5, por exemplo, e o rácio entre os planetas c e d é de 5:3. "Esta pequena discrepância no resultado da 'montagem' de Trappist-1 é intrigante e representa uma excelente oportunidade para descobrir em pormenor que outros processos estiveram em jogo", diz.

"Além disso, pensa-se que a maior parte dos sistemas planetários começaram nestes estados ressonantes, mas encontraram instabilidades significativas durante o seu tempo de vida antes de os observarmos atualmente", explica Pichierri. "A maioria dos planetas torna-se instável ou colide uns com os outros, e tudo fica baralhado. O nosso próprio Sistema Solar, por exemplo, foi afetado por uma instabilidade desse tipo. Mas sabemos de alguns sistemas que se mantiveram estáveis, que são espécimes mais ou menos imaculados. Na verdade, exibem um registo de toda a sua história dinâmica que podemos tentar reconstruir. Trappist-1 é um deles".

O desafio foi então desenvolver um modelo que pudesse explicar as órbitas dos planetas Trappist-1 e de como chegaram à sua configuração atual.

O modelo resultante sugere que os quatro planetas interiores evoluíram inicialmente sozinhos na esperada cadeia de ressonância 3:2. Foi apenas quando a fronteira interior do disco se expandiu para fora que as suas órbitas relaxaram da cadeia 3:2 mais apertada para a configuração que observamos atualmente. O quarto planeta, que originalmente se situava no limite interior do disco, movendo-se mais para fora juntamente com ele, foi mais tarde empurrado para dentro quando três planetas exteriores adicionais se juntaram ao sistema planetário numa fase posterior.

"Ao olhar para Trappist-1, pudemos testar novas e excitantes hipóteses para a evolução dos sistemas planetários", diz Pichierri. "Trappist-1 é muito interessante porque é muito complexo; é uma longa cadeia planetária. E é um ótimo exemplo para testar teorias alternativas da formação de sistemas planetários".

// Caltech (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Nature Astronomy)
// Artigo científico (arXiv.org)

Quer saber mais?

Sistema TRAPPIST-1:
ipac/Caltech/NASA
Wikipedia
Open Exoplanet Catalogue
TRAPPIST-1 b (NASA)
TRAPPIST-1 b (Wikipedia)
TRAPPIST-1 b (Exoplanet.eu) 
TRAPPIST-1 c (NASA)
TRAPPIST-1 c (Wikipedia) 
TRAPPIST-1 c (Exoplanet.eu)
TRAPPIST-1 d (NASA)
TRAPPIST-1 d (Wikipedia)
TRAPPIST-1 d (Exoplanet.eu)
TRAPPIST-1 e (NASA)
TRAPPIST-1 e (Wikipedia)
TRAPPIST-1 e (Exoplanet.eu)
TRAPPIST-1 f (NASA)
TRAPPIST-1 f (Wikipedia)
TRAPPIST-1 f (Exoplanet.eu)
TRAPPIST-1 g (NASA)
TRAPPIST-1 g (Wikipedia)
TRAPPIST-1 g (Exoplanet.eu)
TRAPPIST-1 h (NASA)
TRAPPIST-1 h (Wikipedia)
TRAPPIST-1 h (Exoplanet.eu)

Exoplanetas:
Wikipedia
Lista de planetas (Wikipedia)
Lista de exoplanetas potencialmente habitáveis (Wikipedia)
Lista de exoplanetas mais próximos (Wikipedia)
Lista de extremos (Wikipedia)
Lista de exoplanetas candidatos a albergar água líquida (Wikipedia)
Open Exoplanet Catalogue
NASA
Exoplanet.eu

Ressonância orbital:
Wikipedia

Método do trânsito:
Wikipedia