O segredo por trás da formação de exoplanetas super-Terra e sub-Netuno foi revelado, graças a um estudo de quatro planetas jovens que estão evaporando.
Cerca de 350 anos-luz de distância, o sistema V1298 Tau apresenta um bebê sol-como estrelacom apenas 23 milhões de anos, orbitado por quatro planetas em órbitas compactas próximas da sua estrela, e todos eles vistos em trânsito. Descoberto em 2019 pelos astrônomos Erik Petigura, da Universidade da Califórnia, Los Angeles, e Trevor David, do Flatiron Institute, em Nova York, usando dados do Telescópio espacial KeplerNa missão K2, os quatro planetas são enormes, com raios entre cinco e 10 vezes maiores que os de Terra.
Super-Terras são planetas rochosos maiores e mais massivos que o nosso próprio planeta. Sub-Netunos são mundos parcialmente gasosos menores que Netuno. Juntos, os dois tipos de planetas são as classes de mundo mais comuns descobertas pelos caçadores de exoplanetas até agora. (Planetas menores que a Terra podem de fato ser mais comuns, mas são mais difíceis de detectar, por isso não encontramos tantos.) O que é curioso é que nosso sistema solar não contém nem uma super-Terra nem um subNetuno, e os astrônomos não sabem por que nosso sistema solar não tem um desses planetas comuns, ou como esses mundos se formam.
É por isso que as observações do V1298 Tau representam um grande avanço. Quando um planeta transita ou passa na frente de sua estrela hospedeira, ele bloqueia parte da luz da estrela. A quantidade de luz que bloqueia nos diz o raio do planeta. A frequência com que vemos o trânsito do planeta indica-nos então o seu período orbital. Os quatro planetas têm períodos orbitais de 8,2, 12,4, 24,1 e 48,7 dias terrestres, respectivamente. Este é um sistema muito compacto – todos os quatro planetas poderiam facilmente caber dentro da órbita do planeta mais interno do nosso sistema solar, Mercúrio.
Como os planetas estão todos bastante próximos, a sua gravidade atrai-se uns aos outros, por vezes puxando um planeta ao longo da sua órbita um pouco mais rápido, e por vezes fazendo-o andar um pouco mais devagar, dependendo da localização relativa dos respectivos planetas. Isso faz com que os planetas às vezes cheguem um pouco atrasados ou um pouco adiantados para seu trânsito programado. Estas variações no tempo de trânsito, ou TTVs, podem dizer aos investigadores a massa dos planetas: quanto maior for a variação no tempo de um trânsito, mais massiva será a massa do planeta que atrai o mundo em trânsito.
Com os raios e as massas dos planetas conhecidos, a equipe de Livingston pôde então calcular as densidades dos planetas e descobriu que eram extremamente leves.
“Os raios invulgarmente grandes dos planetas jovens levaram à hipótese de que eles têm densidades muito baixas, mas isto nunca tinha sido medido,” disse Trevor David num declaração. “Ao pesar estes planetas pela primeira vez, fornecemos a primeira prova observacional. Eles são de facto excepcionalmente inchados, o que nos dá uma referência crucial e há muito esperada para as teorias da evolução planetária.”
Na verdade, os planetas são alguns dos menos densos conhecidos. Todos eles se formaram com uma atmosfera extensa, como Netuno, mas por estarem tão próximos de sua estrela, a luz ultravioleta extrema e os raios X estão aquecendo suas atmosferas. Isto faz com que a atmosfera de cada mundo se expanda e fique inchada – tão inchada, na verdade, que os planetas têm apenas um controle frouxo sobre sua atmosfera. Consequentemente, a atmosfera em cada mundo está inevitavelmente sendo despojada no espaço pela vento estelar de radiação. Este processo é conhecido como fotoevaporação. A equipa de Livingston até procurou as características espectrais destes fluxos provenientes dos planetas, mas o seu sinal é dominado pelos fortes ventos estelares.
A fotoevaporação continuará por mais 100 milhões de anos, altura em que os planetas terão sido reduzidos. As medições sugerem que todos os quatro mundos têm um núcleo rochoso de tamanho semelhante. Os dois mundos interiores parecem perder completamente as suas atmosferas e tornar-se super-Terras rochosas. Os dois planetas exteriores têm atualmente o dobro da massa, uma vez que a maior distância da sua estrela lhes oferece um pouco de proteção, mas também eles estão no caminho certo para perderem totalmente as suas atmosferas ou para manterem algumas delas e evoluirem para mini-Neptunos.
A natureza compacta das suas órbitas sugere que é assim que os sistemas de ervilhas numa vagem, como os mundos de TRAPPISTA-1forma – planetas de tamanho e massa semelhantes, todos em órbitas circulares regularmente espaçadas.
“O que é tão emocionante é que estamos a ver uma antevisão do que se tornará um sistema planetário muito normal”, disse Livingston. “Os quatro planetas que estudamos provavelmente irão contrair-se em super-Terras e sub-Neptunos – os tipos de planetas mais comuns na nossa Terra. galáxiamas nunca tivemos uma imagem tão clara deles em seus anos de formação.”
As descobertas foram relatadas em 7 de janeiro na revista Natureza.
