Descoberta de dois sistemas planetários em estrelas parecidas com o Sol

Um estudo publicado hoje na revista Astronomy & Astrophysics revela a descoberta de dois novos sistemas planetários orbitando estrelas semelhantes ao nosso Sol, também conhecidas como análogas solares. O estudo foi liderado pelo Dr. Eder Martioli, pesquisador titular do Laboratório Nacional de Astrofísica (LNA/MCTI) e pesquisador associado do Institut d'astrophysique de Paris (IAP), e pelo Dr. Guillaume Hébrard, pesquisador do Institut d'astrophysique de Paris (IAP).  As observações responsáveis pela detecção desses dois sistemas, denominados TOI-1736 e TOI-2141, foram realizadas com o telescópio espacial TESS da NASA e com o espectrógrafo SOPHIE instalado no telescópio de 1.93 m do Observatoire de Haute-Provence (OHP) no sul da França, ambos ilustrados na Figura 1. Sistemas planetários como esses não apenas ampliam nosso conhecimento sobre a formação e evolução de planetas ao redor de estrelas semelhantes ao Sol, mas também possibilitam medições mais precisas das propriedades físicas dos planetas, aproveitando a semelhança entre a estrela hospedeira e o nosso Sol.

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Figura 1: O quadro menor à esquerda mostra uma ilustração do telescópio espacial TESS da NASA, responsável pela primeira identificação dos exoplanetas TOI-2141b e TOI-1736b. A imagem de fundo é uma foto do observatório OHP com a cúpula do telescópio de 1,93 m, onde está instalado o instrumento SOPHIE, responsável pela detecção e caracterização dos exoplanetas TOI-2141b, TOI-1736b e TOI-1736c. Crédito da imagem: Eder Martioli.

Os exoplanetas

A descoberta do primeiro exoplaneta, 51 Pegasi b, em 1995, realizada com o mesmo telescópio de 1,93 m no OHP e que resultou no Prêmio Nobel em Física para os astrônomos Michel Mayor e Didier Queloz, marcou o início de uma revolução em nossa compreensão sobre a existência de sistemas planetários no Universo. Hoje, mais de 5500 exoplanetas são conhecidos, e essa contagem cresce diariamente. A descoberta desses objetos oferece uma oportunidade para estudar a presença de planetas ao redor das estrelas e a variedade de características físicas que podem ser encontradas em diferentes sistemas. Uma das lições aprendidas desde a descoberta do primeiro exoplaneta é que o Sistema Solar não é único e não abarca todos os tipos de planetas possíveis. Por exemplo, o planeta 51 Pegasi b é do tamanho de Júpiter, mas orbita bem mais próximo de sua estrela do que qualquer outro planeta no Sistema Solar, por isso é chamado de Júpiter-quente. Outros tipos de planetas comuns em sistemas exoplanetários são as super-Terras e os mini-Netunos, ambos sem equivalentes no nosso Sistema Solar. Outra descoberta importante é que a diversidade de tipos estelares, seja grande ou pequena, quente ou fria, não impede a formação de planetas. No entanto, o tipo de estrela pode influenciar na frequência de certos tipos de planetas. O trabalho desenvolvido pela equipe do Dr. Eder Martioli teve como objetivo principal estudar duas estrelas muito semelhantes ao Sol, nas quais foram detectados planetas do tipo mini-Netuno e super-Júpiter, ambos sem similares no Sistema Solar. Isso permitiu uma compreensão mais aprofundada da presença de planetas com diferentes características e de como esses corpos evoluem em um ambiente semelhante ao do nosso Sol.

O sistema planetário TOI-2141

O primeiro sistema desta descoberta, TOI-2141, consiste em uma estrela situada a 250 anos-luz de distância, com um tamanho praticamente idêntico e uma idade ligeiramente mais avançada que a do nosso Sol. Sua composição química também revela uma escassez de elementos mais pesados em comparação com o Sol. A quantidade de elementos mais pesados é um importante fator para o processo de formação de planetas. 

O planeta TOI-2141b foi detectado através do método de trânsitos, no qual o planeta passa em frente à estrela, gerando pequenos eclipses periódicos que permitem sua detecção pelo monitoramento das variações no brilho da estrela. Esse planeta possui um diâmetro três vezes maior que o da Terra e uma massa cerca de 24 vezes maior que a da Terra, sendo classificado como um mini-Netuno. Completa uma órbita em torno da estrela a cada 18,26 dias, mantendo-se a uma distância de apenas 13% da distância entre a Terra e o Sol. Devido à sua proximidade à estrela, estima-se que o planeta possua uma temperatura de cerca de 450 graus Celsius. Sua densidade sugere a presença de um núcleo rochoso e uma atmosfera com uma grande quantidade de vapor de água, porém, apenas na forma gasosa devido às altas temperaturas. Não foram identificados outros planetas neste sistema, mas a possibilidade de encontrar outros planetas menores ainda não pode ser descartada devido às limitações dos métodos de observação.

O sistema planetário TOI-1736

O segundo sistema desta descoberta, TOI-1736, revelou-se um tanto exótico. A estrela principal está a uma distância de 290 anos-luz e é muito similar ao Sol, principalmente em termos de temperatura e idade, sendo apenas cerca de 15% maior que o Sol e com uma concentração ligeiramente maior de elementos químicos mais pesados.  Observou-se que o sistema TOI-1736 possui uma estrela companheira, menor e mais fria, caracterizando-se, portanto, como um sistema estelar binário. No entanto, a estrela mais fria está distante o suficiente para não interferir no sistema planetário, que orbita apenas em torno da estrela principal, semelhante ao Sol.  Foram detectados pelo menos dois planetas neste sistema, como ilustrado na Figura 2. 

Figura 2: Ilustração artística do sistema planetário TOI-1736, com representações fora de escala dos planetas TOI-1736c (à esquerda) e TOI-1736b (no centro). Crédito da imagem: Leandro de Almeida.

O primeiro, TOI-1736b, também é um mini-Netuno, com um diâmetro 2,5 vezes maior que o da Terra e uma massa 13 vezes superior à da Terra. Apresenta trânsitos e orbita a uma distância da estrela correspondente a apenas 7% da distância entre a Terra e o Sol, completando uma órbita a cada 7,1 dias. Devido a essa proximidade, o planeta recebe significativamente mais radiação da estrela, resultando em uma temperatura estimada de 800 graus Celsius.

O segundo planeta, TOI-1736c, não apresenta trânsitos, porém possui uma massa 2800 vezes maior que a da Terra, quase 9 vezes maior que Júpiter - o maior planeta do sistema solar. Com esse tamanho, o TOI-1736c é classificado como um super-Júpiter e por pouco não se tornou uma estrela. Ele completa uma órbita a cada 570 dias.  Localizado a apenas 30% a mais de distância do que a Terra está do Sol, este planeta encontra-se na chamada zona habitável da estrela TOI-1736. Essa zona é definida como a região ao redor da estrela com temperatura adequada para permitir a existência de água líquida na superfície do planeta. O TOI-1736c é provavelmente um gigante gasoso, similar a Júpiter, portanto, não se espera que tenha uma superfície sólida como a da Terra. No entanto, se por acaso o planeta TOI-1736c abrigar uma lua, esse corpo sólido poderia ter uma atmosfera, potencialmente permitindo a presença de água líquida e, quem sabe, ser um mundo habitável.

As observações de TOI-1736 revelaram indícios de um possível terceiro planeta em órbita mais distante, necessitando de monitoramento por um período prolongado para sua confirmação. Assim, a equipe continua observando o TOI-1736 com o espectrógrafo SOPHIE no OHP, na esperança de, em breve, obter mais informações sobre essa estrela tão semelhante ao Sol, mas com um sistema planetário tão diverso.

Grupo de pesquisa

Esta pesquisa foi conduzida por uma colaboração internacional liderada pelos pesquisadores Dr. Eder Martioli, do LNA & IAP, e Dr. Guillaume Hébrard, do IAP, juntamente com seus colaboradores diretos, Dr. Leandro de Almeida e Dr. Diego Lorenzo de Oliveira, ambos do LNA, e a Dra. Neda Heidari, do IAP. A equipe é composta por membros de diversas instituições na França vinculados aos projetos instrumentais do OHP e nos EUA vinculados à missão espacial TESS.  Além de membros que contribuíram com observações complementares dos observatórios Gemini, SOAR, LCOGT, FLWO e GAIA. Mais detalhes sobre este trabalho podem ser encontrados no artigo científico, cujo link segue abaixo. Outros links e referências para todas as facilidades utilizadas neste trabalho encontram-se ao final deste artigo.   

A pesquisa do Dr. Eder Martioli é apoiada pela Fundaçāo de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG) sob o número do projeto APQ-02493-22 e pelo Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), bolsa de produtividade em pesquisa número 309829/2022-4.

Contatos:

Eder Martioli
emartioli@lna.br 
Pesquisador titular do Laboratório Nacional de Astrofísica (LNA/MCTI) e pesquisador associado do Institut d'astrophysique de Paris (IAP).

Guillaume Hébrard
hebrard@iap.fr 
Pesquisador do Institut d'astrophysique de Paris (IAP) & Observatoire de Haute-Provence (OHP)

Links: 

Artigo científico: https://www.aanda.org/10.1051/0004-6361/202347744

Laboratório Nacional de Astrofísica (LNA) : https://www.gov.br/lna/pt-br/
Institut d'astrophysique de Paris (IAP) : https://www.iap.fr/ 
Missão espacial Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) da NASA: https://science.nasa.gov/mission/tess/ 
Observatoire de Haute-Provence (OHP) : https://www.obs-hp.fr/ 
Observatório Gemini : https://www.gemini.edu/
Observatório Southern Astrophysical Research (SOAR) : https://noirlab.edu/public/programs/ctio/soar-telescope/ 
Las Cumbres Observatory Global Telescope (LCOGT) :  https://lco.global/ 
Fred Lawrence Whipple Observatory (FLWO)  : https://www.cfa.harvard.edu/facilities-technology/cfa-facilities/fred-lawrence-whipple-observatory-mt-hopkins-az
Missão espacial Gaia da ESA: https://sci.esa.int/web/gaia