Astrónomos da Universidade do Novo México publicaram um novo estudo que confirma a existência de três corpos celestes no sistema de exoplanetas TOI-201. Estes incluem uma super-Terra (TOI-201 d), um Júpiter morno (TOI-201 b) e uma anã castanha (TOI-201 c). Ismael Mireles, doutorando no Departamento de Física e Astronomia da UNM, orientado pela professora Diana Dragomir, liderou a investigação. O artigo científico foi publicado na revista Science Advances.

"O objetivo era caracterizar o sistema planetário TOI-201 para compreender não apenas quais os planetas que lá existem, mas também como interagem dinamicamente uns com os outros", afirmou Mireles. "Isto ajuda os cientistas a compreender como os sistemas planetários, tal como o nosso próprio Sistema Solar, se formam e evoluem ao longo do tempo".

A super-Terra (TOI-201 d) é um planeta rochoso com cerca de 1,4 vezes o tamanho da Terra e aproximadamente 6 vezes a sua massa, completando uma órbita a cada 5,85 dias. Está muito perto da sua estrela e provavelmente é demasiado quente para albergar água líquida.

O Júpiter morno (TOI-201 b) é um gigante gasoso com cerca de metade da massa de Júpiter, orbitando a cada 53 dias. Os "Júpiteres mornos" situam-se entre os "Júpiteres quentes" mais próximos (órbitas de poucos dias) e os gigantes gasosos frios e distantes, como Júpiter (~12 anos). São cientificamente interessantes porque os astrónomos não compreendem totalmente como chegaram às órbitas em que se encontram.

A anã castanha (TOI-201 c) é o corpo mais massivo do sistema, além da estrela, numa órbita ampla e altamente elíptica com um período de aproximadamente 8 anos. A sua influência gravitacional é responsável pela maior parte do comportamento dinâmico do sistema. TOI-201 c é também o objeto em trânsito com o período mais longo já descoberto.

"TOI-201 c é única devido ao seu período orbital extremamente longo (~7,9 anos) e à sua localização num sistema com dois planetas interiores", afirmou Mireles. "A maioria das anãs castanhas em trânsito conhecidas orbita muito mais perto das suas estrelas".

"Uma vez que a massa de TOI-201 c se situa perto do limite que separa os planetas massivos das anãs castanhas, um dos mistérios que este sistema suscita é se este corpo se formou como um planeta ou como uma estrela", acrescentou a professora Dragomir.

Para contextualizar, uma anã castanha tem uma massa 13 vezes superior à de Júpiter, mas continua a ser demasiado pequena para ser classificada como uma verdadeira estrela. Não consegue sustentar a fusão de hidrogénio no seu núcleo, tal como o Sol.

Arquitetura orbital do sistema TOI-201 em comparação com o nosso Sistema Solar. O diagrama mostra as órbitas dos três objetos conhecidos de TOI-201, representadas à escala, ao lado dos quatro planetas do Sistema Solar interior e de Júpiter. As órbitas do Júpiter morno, TOI-201 b, e da super-Terra, TOI-201 d, situam-se ambas dentro da órbita de Mercúrio, enquanto a órbita altamente excêntrica da anã castanha, TOI-201 c, a leva mais perto do Sol do que Marte e mais longe do que Júpiter. Crédito: Tedi Vick

"Este é um dos poucos sistemas em que as órbitas planetárias podem ser observadas a mudar ativamente em escalas de tempo humanas. Oferece uma rara janela em tempo real para as vidas dinâmicas dos sistemas planetários", explicou Mireles. De facto, daqui a 200 anos, apenas dois dos três objetos continuarão em trânsito.

Os investigadores utilizaram uma combinação de quatro técnicas de observação para confirmar o sistema. A primeira é a espetroscopia (velocidades radiais), que mede a oscilação da estrela causada pelos planetas em órbita e ajuda a determinar as suas massas.

"Utilizámos vários espetrógrafos no Chile: CORALIE, HARPS e PFS. Também utilizámos dados de arquivo do espectrógrafo FEROS no Chile e do MINERVA-Australis na Austrália", explicou Mireles.

A segunda técnica é a fotometria de trânsito, que envolve registar a ligeira queda de luz da estrela quando um planeta passa à sua frente. Foram utilizados trânsitos do telescópio espacial TESS da NASA e observações terrestres do telescópio ASTEP na Antártida - um projeto liderado pelo Observatoire de la Côte d’Azur, em Nice, em parceria com a Universidade de Birmingham e a ESA. Também foram incluídas observações de trânsitos da rede global de telescópios LCOGT, com instalações no Chile, na Austrália e na África do Sul, que desempenharam um papel fundamental na análise.

"A nossa contribuição foi possível graças à existência de um telescópio na Antártida. Embora a logística envolvida seja difícil, a localização única do telescópio e o acesso a condições astronómicas ideais são fundamentais para estudar sistemas exoplanetários com períodos orbitais longos, como TOI-201", afirmou o professor Amaury Triaud da Universidade de Birmingham.

A terceira técnica incluiu Variações de Tempo de Trânsito (VTTs), que medem pequenos desvios de quando ocorrem os trânsitos de um planeta, indicando a presença da atração gravitacional de outro planeta. Por fim, os investigadores utilizaram a astrometria, que recorre a dados das missões espaciais Hipparcos e Gaia para detetar pequenos desvios na posição da estrela no céu causados por uma companheira massiva invisível.

Mireles acrescenta que as observações de exoplanetas geralmente mostram apenas um instantâneo da evolução de um sistema. De facto, a maioria dos sistemas só muda em escalas de tempo de milhões de anos. O que torna TOI-201 especial é que os investigadores conseguem realmente observá-lo a mudar em tempo real.

"As órbitas dos planetas estão inclinadas umas em relação às outras e, por causa disso, estão lentamente a puxar-se mutuamente para novas orientações", disse Mireles.

"Isto foi uma surpresa, porque se os planetas nasceram no plano do disco protoplanetário que existia no início da vida da estrela, espera-se que tenham órbitas alinhadas, como os planetas do Sistema Solar. Portanto, a próxima questão a responder para TOI-201 é como é que estes três objetos acabaram por ter órbitas tão inclinadas", acrescentou Dragomir.

Daqui a 200 anos, a super-Terra deixará de transitar a estrela [da perspetiva do Sistema Solar]. Algumas centenas de anos mais tarde, o Júpiter morno deixará de transitar e, mais tarde ainda, a anã castanha deixará de transitar. No entanto, voltarão a transitar daqui a milhares de anos, uma vez que passam por ciclos de configurações de trânsito e de não trânsito.

O próximo trânsito de TOI-201 c está previsto para 26 de março de 2031, o que proporcionará uma oportunidade rara para observações de acompanhamento em todo o mundo, incluindo por parte de cientistas cidadãos.

"Foi verdadeiramente um esforço de vários anos e de uma grande equipa para estudar este sistema. Cada nova observação de trânsito do ASTEP e do LCOGT e cada nova medição de velocidade radial levantaram gradualmente o véu e ajudaram a revelar a arquitetura tridimensional do sistema TOI 201. E esta arquitetura única está no centro das interações dinâmicas do sistema, até agora nunca vistas", concluiu Mireles.

// Universidade do Novo México (comunicado de imprensa)
// IAC (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Science Advances)

Quer saber mais?

Sistema TOI-201:
ipac
TOI-201 b (NASA)
TOI-201 b (Exoplanet.eu)
TOI-201 c (NASA)

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

Observatório de La Silla:
ESO
Wikipedia
HARPS (ESO)
HARPS (Wikipedia)
CORALIE (ESO)
FEROS (ESO)

Telescópios Magellan:
Observatório Las Campanas
Wikipedia
PFS (Carnegie)

Observatório do Monte Kent:
Universidade do Sul de Queensland
Wikipedia
MINERVA-Australis (Universidade do Sul de Queensland)

TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite):
NASA
NASA/Goddard
Programa de Investigadores do TESS (HEASARC da NASA)
MAST (Arquivo Mikulski para Telescópios Espaciais)
Exoplanetas descobertos pelo TESS (NASA Exoplanet Archive)
Wikipedia

LCOGT (Las Cumbres Observatory Global Telescope):
Página principal
Wikipedia

Hipparcos:
ESA
Wikipedia

Gaia:
ESA
Página da ESA para a comunidade científica
Arquivo de dados do Gaia (ESA)
Wikipedia