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Como um estranho casal de exoplanetas sobreviveu viajando juntos vindo do frio
Um exoplaneta remoto e quente de Júpiter renunciou à típica vida solitária que mundos deste tipo normalmente levam, em favor da companhia de outro planeta – e agora, os astrónomos pensam que sabem porquê.
Quente Júpitersão gigantes gasosos que orbitam muito perto de sua estrela. No entanto, eles não se formam tão próximos, mas são montados muito mais longe antes de migrarem para dentro. Quando fazem essa viagem, normalmente expulsam quaisquer outros planetas no seu caminho – mas o quente Júpiter TOI-1130c parece ter-se agarrado a um planeta mais pequeno como companheiro de viagem. Os dois parecem ter migrado em direção ao seu estrela junto.
“Este foi um sistema único”, disse Huang em um declaração. “Os Júpiteres quentes são ‘solitários’, o que significa que não têm planetas companheiros dentro das suas órbitas. São tão massivos e a sua gravidade é tão forte, que tudo o que está dentro da sua órbita simplesmente se espalha. Mas de alguma forma, com este Júpiter quente, um companheiro interior sobreviveu, e isso levanta questões sobre como tal sistema poderia formar-se.”
Agora, uma equipe internacional de astrônomos liderada por Saugata Barat, do MIT, e incluindo Huang, acredita ter encontrado a resposta ao trazer o Telescópio Espacial James Webb (JWST) para se referir ao companheiro quente de Júpiter, que é um mini-Netuno tipo mundo três vezes e meia o diâmetro do Terra e catalogado como TOI-1130b. Ao observar o sistema quando o mini-Netuno transitava pela sua estrela, eles foram capazes de procurar onde a atmosfera do planeta estava absorvendo a luz da estrela. Os comprimentos de onda da luz absorvida disseram-lhes que o planeta ostenta uma atmosfera “pesada” cheia de vapor de água, dióxido de carbono, dióxido de enxofre e sinais de metano. Neste contexto, “pesado” significa mais pesado que o hidrogénio e o hélio, elementos que se esperaria que dominassem a atmosfera se o mini-Netuno se tivesse formado perto da sua estrela.
Em vez disso, o mini-Netuno e o quente Júpiter devem ter se formado além da linha de neve – às vezes chamada de “linha de gelo” – que é a distância no disco protoplanetário que legou os planetas onde as temperaturas eram frias o suficiente para que a água se transformasse em gelo em vez de líquido ou vapor.
“Esta é a primeira vez que observamos a atmosfera de um planeta que está dentro da órbita de um Júpiter quente”, disse Barat. “Esta medição diz-nos que este mini-Netuno realmente se formou além da ‘linha de gelo’.”
O mini-Netuno sobreviveu em vez de ser afastado do caminho pelo saqueador Júpiter quente porque os dois se deram as mãos metaforicamente enquanto migravam juntos, antes de finalmente se estabelecerem em suas órbitas atuais, onde estão ancorados por uma ressonância gravitacional entre eles.
Em suas órbitas atuais, o TOI-1130b orbita sua estrela a cada quatro dias a uma distância de 4,2 milhões de milhas (6,8 milhões de quilômetros ou 0,0453 unidades astronômicasAU) e com uma temperatura de 1.025 graus Fahrenheit (550 graus Celsius). Enquanto isso, o TOI-1130c orbita a cada oito dias a uma distância de 6,8 milhões de milhas (10,9 milhões de km ou 0,0731 UA), o que é próximo o suficiente para atingir uma temperatura de 930 graus F (500 graus C). Em outras palavras, os planetas estão em ressonância 2:1, na qual o mini-Netuno orbita duas vezes para cada órbita do quente Júpiter.
No entanto, as ligações gravitacionais entre os dois planetas também representaram um desafio para a equipa de Barat observá-los com o JWST.
Como os dois mundos se atraem gravitacionalmente, puxando-se ou retendo-se em diferentes pontos das suas órbitas, isso leva a variações no tempo de trânsito, ou TTVs – discrepâncias em quando se espera que transitem a sua estrela. Com o tempo no JWST muito procurado, a equipe de Barat teria apenas uma chance de observar os planetas e, se calculasse mal e observasse na hora errada, iria perdê-los.
“Foi uma previsão desafiadora e tivemos que acertar”, disse Barat.
Para conseguir isso, Judith Korth, da Universidade de Lund, na Suécia, desenvolveu um modelo baseado em observações anteriores do sistema para prever quando cada planeta estaria em trânsito. O modelo funcionou muito bem, com as observações do JWST explicando não apenas o sistema TOI-1130, mas possivelmente todos os mini-Netunos encontrados perto de sua estrela.
“Este sistema representa uma das arquiteturas mais raras que os astrônomos já encontraram”, resumiu Barat. “As observações do TOI-1130b fornecem a primeira pista de que tais mini-Netunos que se formam além das linhas de água/gelo estão de fato presentes na natureza.”
Os resultados foram publicados em 5 de maio em As cartas do jornal astrofísico.
