Novas descobertas no sistema planetário jovem AU Microscopii

O primeiro planeta a orbitar uma estrela diferente do Sol, ou seja, o primeiro exoplaneta, foi descoberto em 1995 pelos astrônomos suíços Michel Mayor e Didier Queloz no Observatoire de Haute-Provence, na França. O Prêmio Nobel de Física (http://www.iap.fr/actualites/avoir/2019/October/NobelPhysics2019-fr.html) que receberam em 2019 por esta descoberta ressalta o impacto que estas descobertas tiveram para a astrofísica. Centenas de astrônomos em todo o mundo estão agora trabalhando em exoplanetologia. Os mais de 4500 exoplanetas conhecidos até hoje revelam a grande abundância e diversidade de planetas que existem em nossa galáxia e fornecem um melhor entendimento dos modos de formação e evolução dos sistemas planetários.

O estudo de planetas em torno de diferentes tipos de estrelas permite estabelecer as possíveis relações entre as propriedades das estrelas e dos planetas ao redor delas. Enquanto a maioria dos planetas conhecidos até o momento estão em órbita de estrelas com idades semelhantes ao Sol, ou seja, com alguns bilhões de anos, alguns exoplanetas se apresentam em torno de estrelas muito mais jovens. O estudo destes planetas jovens permite explorar as propriedades dos sistemas planetários formados recentemente e, dessa forma, compreender melhor os processos físicos que regem a sua evolução.

Neste contexto, o sistema planetário AU Microscopii (AU Mic) é particularmente interessante. Ele possui uma estrela com a metade da massa do Sol e com apenas 22 milhões de anos, cercada por um disco formado de poeira e gás, vestígio do disco "protoplanetário" no qual os planeta se formaram. A juventude desta estrela é caracterizada em particular por sua alta velocidade de rotação e sua forte atividade magnética (erupções, alto campo magnético, etc.).

Ao observar esta estrela em 2018, o telescópio espacial TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite, https://www.nasa.gov/tess-transiting-exoplanet-survey-satellite) da NASA (https://www.nasa.gov) revelou que um planeta com cerca de quatro vezes o tamanho da Terra está em órbita desta estrela e passa em frente à ela uma vez a cada 8,5 dias, apresentando pequenos eclipses, também chamados de trânsitos planetários. Este planeta está a 0,065 unidades astronômicas de sua estrela (1 unidade astronômica corresponde à distância entre a Terra e o Sol). A descoberta de um planeta ao redor de uma estrela tão jovem despertou grande interesse entre os exoplanetologistas, e muitos estudos desse sistema foram realizados.

Como parte de uma colaboração internacional, uma equipe do Instituto de Astrofísica de Paris liderada pelo pesquisador Dr. Eder Martioli se comprometeu notavelmente em 2019 a observar este planeta com o espectropolarímetro SPIRou um instrumento instalado no observatório Canada-France-Hawaii Telescope (CFHT, http://cfht.hawaii.edu) que está em operação para coleta de dados científicos desde 2019. Essas observações possibilitaram medir o magnetismo da estrela, entender melhor os efeitos que a atividade magnética induz nas medidas espectroscópicas e deduzir a obliquidade do sistema. A obliquidade é o ângulo entre o plano orbital do planeta (o plano de sua órbita em torno da estrela) e o plano equatorial de sua estrela (o plano perpendicular ao eixo de rotação). Essas observações revelaram uma obliquidade nula, ou seja, o planeta gira no plano equatorial de sua estrela e na mesma direção da rotação da estrela sobre si mesma. Esta descoberta está de acordo com os modelos de formação planetária, considerando que os planetas se formam em um disco também alinhado com a rotação estelar. Vários exoplanetas que orbitam estrelas mais velhas têm suas órbitas não alinhadas com a rotação da estrela; Os resultados do SPIRou sugerem que esses não-alinhamentos não estão presentes no nascimento dos sistemas planetários, mas ocorrem posteriormente em sua evolução.

Um segundo estudo do sistema AU Mic foi realizado por esta mesma equipe no Instituto de Astrofísica de Paris, desta vez baseado em observações do TESS, usando seus dados de 2018 complementados por novas observações feitas pelo satélite em 2020. A análise detalhada desses dados confirmou que a estrela gira rapidamente em torno de si mesma (em menos de cinco dias) e que ela apresenta vários flares por dia em sua superfície, semelhantes às erupções solares às vezes vistas na superfície de nossa estrela, porém muito mais intensas. A modelagem e a correção desses efeitos permitiram refinar a medição dos parâmetros do planeta que já era conhecido neste sistema, e também possibilitaram a detecção e caracterização de um segundo planeta que também passa em frente da estrela apresentando trânsitos periódicos. Este segundo planeta do sistema AU Mic é um pouco mais distante e menor do que o primeiro: ele gira em torno da estrela em 18,9 dias e tem três vezes o tamanho da Terra. Ele está localizado a 0,11 unidade astronômica da estrela.

A configuração do sistema planetário em AU Mic é dinamicamente estável, ou seja, as interações gravitacionais entre seus dois planetas não levarão à ejeção de um deles, ou a colisões dos dois planetas. No entanto, essas interações são intensas e envolvem pequenas variações em suas órbitas ao longo do tempo: espera-se que os trânsitos ocorram algumas dezenas de segundos antes ou depois de uma órbita exatamente periódica. Medições futuras devem confirmar esta previsão. Em geral, AU Mic é um sistema chave que permitirá muitos estudos acerca de planetas jovens, suas atmosferas, interações planeta-planeta e planeta-disco. Os pesquisadores poderão, assim, compreender melhor as fases mais recentes de formação dos sistemas planetários durante sua evolução.

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Contatos :
Eder Martioli < martioli@iap.fr >
Guillaume Hébrard < hebrard@iap.fr >

Artigos :

Spin-orbit alignment and magnetic activity in the young planetary system AU Mic.
Martioli, Hébrard, Moutou, Donati, Artigau et al. (2020) A&A 641, L1

New constraints on the planetary system around the young active star AU Mic - Two transiting warm Neptunes near mean-motion resonance.
Martioli, Hébrard, Correia, Laskar, Lecavelier des Étangs (2021) A&A in press

Este trabalho foi realizado pelo Institut d'astrophysique de Paris (CNRS, Sorbonne University) no âmbito de colaborações internacionais em particular,  com a colaboração do Laboratório Nacional de Astrofísica. Eles são parcialmente financiados pela Região Île-de-France e pela Agência Nacional de Pesquisa.

Outro comunicado de imprensa sobre as observações de AU Mic com o SPIRou:
https://www.irap.omp.eu/2021/02/spirou-scrute-une-jeune-rebelle-le-systeme-planetaire-au-mic

Figura 1 :
Impressão artística da estrela jovem AU Mic e um de seus dois planetas. As listras vermelhas sugerem o campo magnético da estrela. Flares também são estilizados na superfície desta estrela ativa.
(créditos : NASA-JPL/Caltech)

Vista esquemática da medição da obliquidade do sistema AU Mic. O planeta gira na mesma direção da estrela e seu plano orbital está alinhado com o plano equatorial da estrela.(créditos : R Cardoso Reis, IA/UPorto)

Figura 2 :
Vista esquemática da medição da obliquidade do sistema AU Mic. O planeta gira na mesma direção da estrela e seu plano orbital está alinhado com o plano equatorial da estrela.
(créditos : R Cardoso Reis, IA/UPorto)

Detecção do segundo planeta no sistema AU Mic. A quantidade de luz medida pelo satélite TESS em função do tempo é mostrada em azul. As erupções da estrela são modeladas (em amarelo), bem como o trânsito do planeta na frente da estrela (em vermelho), ou seja, o momento em que o planeta passa na frente da estrela e esconde parte dela. Sua luz.(créditos : Martioli et al. (2021), IAP)

Figura 3 :
Detecção do segundo planeta no sistema AU Mic. A quantidade de luz medida pelo satélite TESS em função do tempo é mostrada em azul. As erupções da estrela são modeladas (em amarelo), bem como o trânsito do planeta na frente da estrela (em vermelho), ou seja, o momento em que o planeta passa na frente da estrela e esconde parte dela. Sua luz.

(créditos : Martioli et al. (2021), IAP)