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Planetas pequenos em órbita de estrelas de baixa massa detectados com o instrumento SPIRou/CFHT e o satélite TESS/NASA

Desde a descoberta em 1995 de um planeta orbitando uma estrela que não o Sol, a pesquisa em exoplanetologia tem revolucionado nosso conhecimento dos sistemas planetários. O instrumento SPIRou, instalado no Telescópio Canadá-França-Havaí, contribui para esses resultados, em particular, observando possíveis planetas identificados pelo observatório espacial TESS da NASA. Combinando dados de ambos os instrumentos, uma equipe internacional, liderada pelo Instituto de Astrofísica de Paris (IAP) em colaboração com o Laboratório Nacional de Astrofísica (LNA-MCTI), descobriu o exoplaneta TOI-1695 b, um pequeno planeta revelado pelo SPIRou em torno de uma estrela menos massiva e mais fria que o Sol, classificado como um planeta do tipo sub-Netuno. Esses resultados ajudam a entender melhor esse tipo de planeta que não existe no Sistema Solar.

Publicado em 13/02/2023 08h00 Atualizado em 13/02/2023 08h55

Durante séculos, apenas os planetas do Sistema Solar eram conhecidos e observados: quatro planetas gigantes distantes do Sol e quatro planetas telúricos (incluindo a Terra) mais próximos de nossa estrela. No pensamento moderno dos séculos 19 e 20, parecia muito provável que muitas, senão todas, outras estrelas também tivessem seus próprios sistemas planetários; sendo inacessíveis aos nossos meios de observação, estes permaneceram no entanto no domínio do imaginário ou da ficção científica. Portanto, não se sabia se esses possíveis sistemas planetários extrassolares realmente existiam e se eram semelhantes aos do Sistema Solar ou se tinham propriedades diferentes.

A situação mudou em 1995 com a primeira detecção de um planeta extrassolar, realizada no Observatório de Haute-Provence pelos astrônomos Michel Mayor e Didier Queloz, posteriormente premiados com o Prêmio Nobel de Física [http://www.iap.fr/actualites/ avoir/2019/Outubro/NobelPhysics2019-fr.html]. Novos instrumentos foram desenvolvidos desde então, permitindo a detecção e caracterização de milhares de exoplanetas, revolucionando o nosso conhecimento dos sistemas planetários e, em particular, da sua formação e evolução.

Entre eles, uma colaboração internacional liderada por institutos franceses, com a participação brasileira por meio do Laboratório Nacional de Astrofísica (LNA), deu uma contribuição importante com o desenvolvimento do instrumento SPIRou [http://spirou.irap.omp.eu] instalado no Telescópio Canadá-França-Havaí, situado na Ilha Grande do Havaí. O SPIRou é um espectropolarímetro (ver Figura 1) operando na faixa do infravermelho que permite a busca de planetas em torno de estrelas menos massivas, menores e menos quentes do que o Sol, as anãs vermelhas (sua temperatura está entre 2.500 e 4.000°C, enquanto o Sol está a 5.500°C). O SPIRou também permite estudar a atividade magnética dessas pequenas estrelas, que são as estrelas mais numerosas da nossa galáxia. As equipes científicas utilizam o SPIRou em particular para caracterizar os candidatos a planetas (objetos classificados como possíveis planetas) que foram identificados em torno de estrelas anãs vermelhas pelo Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), um observatório espacial da NASA, onde as observações com o instrumento SPIRou representam um papel importante para estabelecer a natureza planetária desses objetos.

É neste contexto que os pesquisadores apresentam a descoberta e caracterização do novo planeta TOI-1695 b. Quase duas vezes maior, mas seis vezes mais massivo que a Terra, esse novo planeta tem uma densidade, portanto, ligeiramente inferior à da Terra. TOI-1695 b é um planeta do tipo sub-Netuno, ou seja, um pouco menor que Netuno. Sua temperatura, no entanto, é algumas centenas de graus mais alta que a de Netuno, e sua atmosfera provavelmente contém grandes quantidades de hidrogênio, hélio e vapor d'água. Esse planeta completa uma órbita em torno de sua estrela anã vermelha em apenas três dias. Algumas semanas atrás, a mesma equipe já havia anunciado as descobertas da super-Terra TOI-1452 b (uma super-Terra é um planeta um pouco maior que a Terra) e do sub-Netuno TOI-1759 b. Assim como TOI-1695 b, esses dois planetas também orbitam uma estrela anã vermelha. O tamanho desses três planetas está entre 1,7 e 3,1 vezes o da Terra, e suas massas entre 5 e 7 vezes a da Terra. Eles são, portanto, planetas intermediários entre a Terra e Netuno, mas estão mais próximos de suas estrelas hospedeiras (de 6 a 18 milhões de km, em comparação com os 150 milhões de km da distância Terra-Sol). A recente descoberta de um grande número de super-Terras e sub-Netunos confirma que tais planetas, embora inexistentes no Sistema Solar, são muito abundantes em nossa galáxia. Os três novos planetas detectados e caracterizados com o SPIRou permitirão entender melhor essa nova população planetária.

Uma questão em particular que deve ser explicada com esses objetos é como, no processo de formação planetária, alguns desses planetas se tornaram gigantes gasosos enquanto outros se tornaram planetas rochosos, apesar de terem massas semelhantes. Responder a esta pergunta poderia ajudar a explicar a dicotomia dos planetas do Sistema Solar, entre planetas pequenos, telúricos e gigantes gasosos.

Artigos científicos:

- A sub-Neptune planet around TOI-1695 discovered and characterized with SPIRou and TESS , por Kiefer, Hébrard, Martioli, Artigau, Doyon, Donati, Cadieux, Carmona, Ciardi, Cristofari et al. 2022 (A&A, in press, arXiv:2211.06205) ;

- TOI-1452b: SPIRou and TESS Reveal a Super-Earth in a Temperate Orbit Transiting an M4 Dwarf , por Cadieux, Doyon, Plotnykov, Hébrard, Jahandar, Artigau, Valencia, Cook, Martioli, Vandal et al. 2022 (AJ 164, 96) ;

- TOI-1759b: A transiting sub-Neptune around a low mass star characterized with SPIRou and TESS , por Martioli, Hébrard, Fouqué, Artigau, Donati, Cadieux, Bellotti, Lecavelier des Étangs, Doyon, do Nascimento et al. 2022 (A&A 660, A86).

Links:

http://www.iap.fr/users/hebrard/spirou

https://spirou.omp.eu

https://www.aanda.org/component/forthcoming

https://www.insu.cnrs.fr/fr/cnrsinfo/des-petites-planetes-en-orbite-autour-detoiles-naines-rouges-ont-ete-detectees

Contatos:

Eder Martioli, Guillaume Hébrard, Flavien Kiefer

Imagens:

Figura 2: O instrumento SPIRou durante sua integração no Telescópio Canadá-França-Havaí (© Sébastien Chastanet, OMP/IRAP/CNRS).

Figura 3: Velocidade radial da estrela TOI-1695 medida com o instrumento SPIRou mostrando que a estrela se afasta e se aproxima de nós periodicamente. Essas variações possibilitam a detecção e caracterização do planeta TOI-1695 b (Kiefer et al. 2022). O método da velocidade radial é um método indireto para detectar e caracterizar planetas extra-solares. Baseia-se na interação gravitacional entre um planeta e sua estrela, onde, o planeta em órbita de sua estrela, que é muito mais massiva, perturba ligeiramente o movimento da estrela. Medindo-se com muita precisão o movimento da estrela e, mais particularmente, da sua velocidade radial, pode-se deduzir que ela abriga um planeta em órbita ao seu redor.