Centro de Astrobiologia, NINS
Impressão de artista do sistema planetário V1298 Tau
Uma das maiores surpresas recentes da astronomia é a descoberta de que a maior parte das estrelas como o Sol albergam um planeta entre o tamanho da Terra e de Neptuno dentro da órbita de Mercúrio – tamanhos e órbitas ausentes do nosso Sistema Solar.
Estas “super-Terras” e “sub-Neptunos” são os planetas mais comuns da Galáxia, mas a sua formação tem estado envolta em mistério.
Agora, uma equipa internacional de astrónomos encontrou um elo crucial em falta. Ao “pesar” quatro planetas recém-nascidos no sistema V1298 Taucaptaram uma rara visão de mundos no processo de se transformarem nos tipos de planetas mais comuns da Galáxia.
“O que é tão excitante é que estamos a ver uma antevisão do que se tornará um sistema planetário muito normal”, diz John Livingstondo Centro de Astrobiologia em Tóquio, no Japão, autor principal do artigo que apresenta a descoberta, recentemente publicado na Natureza.
“Os quatro planetas que estudámos irão provavelmente transformar-se em ‘super-Terras’ de ‘sub-Netuno’ – os tipos mais comuns de planetas na nossa Galáxia, mas nunca tivemos uma imagem tão clara deles nos seus anos de formação”, arescenta.
“Todas as estrelas jovens são intrinsecamente ativas, o que até agora tinha impedido a medição exata das massas dos seus planetas em formação. Este estudo ultrapassa esse obstáculo através de uma técnica engenhosa baseada na gravidade mútua entre planetas“, diz o investigador Enric Pallédo IAC (Instituto de Astrofísica de Canarias), em Espanha.
“A confirmação de que estes mundos são extraordinariamente inflado dá-nos uma peça fundamental do puzzle para reconstruir a história evolutiva dos sistemas planetários mais comuns na Galáxia e ajudar-nos-á a compreender porque é que o nosso é uma exceção”, acrescenta.
O estudo centrou-se em V1298 Tau, uma estrela com apenas cerca de 20 milhões de anos – um piscar de olhos no tempo cósmico em comparação com o nosso Sol com 4,5 mil milhões de anos.
Em órbita desta jovem e ativa estrela estão quatro planetas gigantes, todos com tamanhos entre Neptuno e Júpiter, apanhados numa fase fugaz e turbulenta de rápida evolução.
Este sistema parece ser um antepassado direto dos sistemas compactos e multiplanetários que se encontram pela Galáxia. Tal como a Pedra de Roseta que ajudou os académicos a decifrar os hieróglifos egípcios, V1298 Tau ajuda-nos a descodificar como os planetas mais comuns da Galáxia surgiram.
Durante uma década, a equipa utilizou um arsenal de telescópios terrestres e espaciais para medir com precisão o momento em que cada planeta passava em frente da estrela, um evento conhecido como trânsito.
Ao cronometrar estes trânsitos, os astrónomos detetaram que as órbitas dos planetas não eram perfeitamente regulares. A sua configuração orbital e a gravidade fazem com que puxem uns pelos outros, acelerando ou abrandando ligeiramente a sua dança celeste.
Isso é pequenas alterações de tempochamadas Variações de Tempo de Trânsito (VTTs), permitiram à equipa medir, pela primeira vez, a massa dos planetas de forma robusta.
“Para os astrónomos, o nosso método ‘Doppler’ para pesar planetas envolve fazer medições cuidadosas da velocidade da estrela à medida que é puxada pelo seu cortejo de planetas”, disse Erik Petiguracoautor da UCLA (Universidade da Califórnia, Los Angeles). “Mas as estrelas jovens são tão extremamente inconstantes, ativas e temperamentais que o método Doppler não serve”.
“Ao usar as VTTs, usámos essencialmente a gravidade dos planetas uns contra os outros. O tempo exato em que eles puxam pelos seus vizinhos permitiu-nos calcular as suas massas e evitar os obstáculos com esta jovem estrela”, acrescenta.
Os resultados foram notáveis. Os planetas, apesar de terem 5 a 10 vezes o raio da Terra, têm massas de apenas 5 a 15 vezes a do nosso mundo. Isto torna-os incrivelmente pouco densos – mais parecidos com algodão doce do tamanho de um planeta do que com mundos rochosos.
“Os raios invulgarmente grandes dos planetas jovens levaram à hipótese de que têm densidades muito baixas, mas isso nunca tinha sido medido”, disse por seu turno Trevor Davidcoautor do Instituto Flatiron que liderou a descoberta inicial do sistema em 2019.
“Ao ‘pesar’ estes planetas pela primeira vez, fornecemos a primeira evidência observacional. São de facto excecionalmente ‘inchados’o que nos dá uma referência crucial e há muito esperada para as teorias da evolução dos planetas”, acrescenta.
O seu inchaço ajuda a resolver um um quebra-cabeça antigo na formação de planetas. Um planeta que simplesmente se forma e arrefece ao longo do tempo seria muito mais compacto.
A análise da equipa revela que estes planetas devem ter sofrido uma transformação dramática no início das suas vidasperdendo rapidamente grande parte das suas atmosferas iniciais e arrefecendo drasticamente quando o disco rico em gás à volta da sua jovem estrela desapareceu.
R. Hurt, K. Miller (Caltech/IPAC)
Impressão de artista do sistema planetário V1298 Tau
“Estes planetas já sofreram uma transformação dramática, perdendo rapidamente grande parte das suas atmosferas originais e arrefecendo mais depressa do que o esperado pelos modelos padrão”, explica James Owencoautor do Imperial College London que liderou a modelação teórica.
“Mas ainda estão a evoluir. Nos próximos milhares de milhões de anos, continuarão a perder a sua atmosfera e a encolher significativamente, transformando-se nos mundos compactos que vemos por toda a Galáxia”, acrescenta.
“Lembro-me do famoso fóssil ‘Lucy’um dos nossos antepassados hominídeos que viveu há 3 milhões de anos e foi um dos principais ‘elos perdidos’ entre macacos e humanos”, acrescentou Petigura. “V1298 Tau é um elo crítico entre as nebulosas formadoras de estrelas/planetas que vemos por todo o céu e os sistemas planetários maduros que agora descobrimos aos milhares”.
O sistema V1298 Tau serve agora como um laboratório crucial para compreender as origens dos planetas mais abundantes da Via Láctea, dando aos cientistas um vislumbre sem precedentes das vidas turbulentas e transformadoras de mundos jovens.
Compreender sistemas como V1298 Tau pode também ajudar a explicar porque é que o nosso próprio Sistema Solar não tem as super-Terras e sub-Neptunos que são tão abundantes noutras partes da Galáxia.
“Esta descoberta muda fundamentalmente a forma como refletimos acerca dos sistemas planetários”, acrescenta Livingston.
“V1298 Tau mostra-nos que as atuais super-Terras e sub-Neptunos começaram por ser mundos gigantes e inchados que se contraem com o tempo. Estamos essencialmente a observar a arquitetura planetária mais bem-sucedida do Universo em formação”, conclui.