A uma distância de 200 anos-luz da Terra, há uma estrela da sequência principal tipo K chamada TOI (Objeto Interessante TESS) 178. Quando observada por Adrian Leleu, um astrofísico do Centro de Espaço e Hábito da Universidade de Berna, parece que eles têm dois planetas orbitando em torno dele na mesma distância aproximadamente. Mas isso acabou não sendo verdade. Na verdade, seis exoplanetas giram em torno da jovem estrela.
E cinco desses seis estão presos em uma formação orbital inesperada.
Cinco dos planetas participam de uma rara dança rítmica em torno da estrela. Astrologicamente, eles estão em uma condição extraordinária Ressonância orbital, O que significa que suas órbitas ao redor de sua estrela exibem padrões repetidos. Essa propriedade o torna um assunto interessante para estudar e pode nos dizer muito sobre como os planetas se formam e evoluem.
“A partir de outras observações, percebemos que não havia dois planetas orbitando a estrela aproximadamente à mesma distância dela, mas que existem vários planetas em uma configuração muito especial.”
Adrian Leleu, Centro Espacial e Habitat, Universidade de Berna.
Adrian Leleu está liderando uma equipe de pesquisadores que estudou esse fenômeno incomum. Eles apresentaram suas descobertas em um artigo intitulado “Seis planetas em trânsito e uma série de Laplace Echo em TOI-178. O artigo foi publicado no Journal of Astronomy and Astrophysics.
Nas observações iniciais da equipe, descobriu-se que havia apenas dois planetas, com cinco deles se movendo de uma forma que engana os olhos. Mas outras observações mostraram que algo mais estava acontecendo no sistema. O autor principal Leleu disse: “A partir de outras observações, percebemos que não havia dois planetas orbitando a estrela aproximadamente à mesma distância dela, mas que existem vários planetas em uma configuração muito especial.”
A ressonância orbital do TOI-178 se assemelha a outra ressonância orbital familiar aqui em nosso sistema solar. Isso inclui as luas de Júpiter, Io, Europa e Ganimedes.
A ressonância orbital comum a Ganimedes, Europa e Io é bastante simples. Io faz quatro órbitas completas para cada órbita Ganimedes e duas órbitas europeias completas. Mas a relação planetária em torno de TOI-178 é mais complicada.
Os cinco exoplanetas de TOI-178 estão na série de ecos 18: 9: 6: 4: 3. O primeiro da série e o segundo da estrela completam 18 revoluções, o segundo da série e o terceiro da estrela completando 9 órbitas, e continuando a partir daí. O planeta mais próximo da estrela não faz parte da cadeia.
Para que um sistema orbite sua estrela de maneira ordenada e previsível, as condições devem ser relativamente calmas nesse sistema. Impactos gigantes ou migrações planetárias poderiam ter interrompido isso. “As órbitas neste sistema são muito bem organizadas, o que nos mostra que este sistema evoluiu muito bem desde o seu nascimento”, explicou o co-autor Jan Allbert, da Universidade de Berna.
Mas tem mais.
Em nosso sistema solar, os planetas internos são rochosos, e os planetas fora do cinturão de asteróides não. É invasivo. Este é um daqueles casos em que podemos ser tentados a pensar que nosso sistema solar é uma espécie de norma. Mas o sistema TOI-178 é muito diferente. Planetas gasosos e rochosos não são identificados como estão em nosso sistema.
“Parece ser um planeta tão denso quanto a Terra ao lado de um planeta muito fino com metade da densidade de Netuno, seguido por um planeta tão denso como Netuno. Não é a isso que estamos acostumados”, disse Nathan Hara, da Universidade de Genebra, Suíça, um dos pesquisadores envolvidos no estudo.
“Este contraste entre a harmonia rítmica do movimento orbital e densidades irregulares definitivamente desafia nossa compreensão da formação e evolução dos sistemas planetários”, diz Leleu.
A equipa utilizou algumas das ferramentas mais avançadas e pioneiras do Observatório Europeu neste trabalho. o expresso Ferramenta no VLT e NGTS E a Speculus Ferramentas no ESO Paranal Observatory. Eles também usaram a Agência Espacial Europeia Salgadinhos Satélite extra-solar. Todos esses instrumentos de uma forma ou de outra especializam-se no estudo de exoplanetas, que são quase impossíveis de detectar com um telescópio “normal”.
Os exoplanetas estão muito longe da Terra e a luz avassaladora de suas estrelas os torna quase invisíveis em um telescópio óptico comum.
As ferramentas usadas neste estudo descobrem e caracterizam exoplanetas de duas maneiras diferentes. Mas é tudo sobre a detecção de luz. O método de trânsito usado por NGTS (Next Generation Transit Survey), CHEOPS (Satellite Characterization of Exoplanets) e SPECULOOS (Search for habitable planets out of ULtra-cOOl stars) detecta a declinação na luz das estrelas à medida que um exoplaneta transita na frente de sua estrela. O método da velocidade radial usado pelo ESPRESSO detecta mudanças no espectro natural da luz das estrelas quando um exoplaneta puxa a estrela e muda muito pouco sua posição.
Usando várias ferramentas com diferentes métodos e recursos, a equipe foi capaz de descrever o sistema em detalhes. O planeta mais profundo do sistema, que é incompatível com outros planetas, está se movendo mais rápido. Ele completa sua órbita em apenas dois dias da Terra. O planeta mais lento está se movendo dez vezes mais devagar do que isso. Os planetas variam em tamanho de um a três tamanhos da Terra, e suas massas variam de 1,5 a 30 vezes a massa da Terra.
As ressonâncias orbitais dos planetas estão em perfeito equilíbrio. Os autores escrevem que “a formação orbital do TOI-178 é muito frágil para resistir a choques gigantes, ou mesmo encontros importantes … uma mudança repentina no período de um planeta com menos de 0,01 d planetas pode levar ao caos.” dados “… demonstram que modificar um único eixo de período pode quebrar a estrutura ressonante de toda a série.”
Essa descoberta significa mais trabalho para os astrônomos. A ressonância orbital incomum e a posição dos planetas significam que eles precisam repensar algumas de nossas teorias sobre a formação e evolução dos planetas e sistemas solares.
Os planetas Kepler 80 e Kepler 223 são menos densos
Quando a temperatura de equilíbrio cai. Ao contrário dos três sistemas Kepler, no sistema TOI-178, a densidade dos planetas não aumenta
Função de equilíbrio de temperatura. A equipe por trás deste estudo diz que se eles puderem entender porque o sistema TOI-178 é tão diferente, ele poderia se tornar uma espécie de Pedra de Roseta para decifrar o sistema solar e a evolução planetária. Crédito da foto: Leleu et al, 2021.
Como os autores escrevem em seu artigo: “Determinar a arquitetura de sistemas multiplanetários é um dos pilares para a compreensão da formação e evolução dos planetas. Os sistemas de ressonância são particularmente importantes porque a fragilidade de sua formação orbital garante que nenhuma dispersão ou grande colisão evento ocorreu desde o estágio de formação inicial, quando o disco planetário original não existia. Ainda existe.
A hipótese nebular, também chamada Modelo de disco da nebulosa solar (SNDM), é a teoria de trabalho da formação do nosso sistema solar e muito mais. De acordo com o modelo, uma nuvem molecular gigante sofre um colapso gravitacional e, quando uma quantidade suficiente de gás se acumula, ela finalmente começa a se fundir e a vida nas estrelas começa. A estrela irá capturar a maior parte do material da nuvem e, em nosso sistema solar, o Sol tem a parte do leão: cerca de 99,86%.
Prepare o material restante Disco planetário primário, Que gira em torno da estrela na forma de uma torta achatada. Quando os materiais se agrupam em um disco planetário primário giratório, eles eventualmente formam planetas. Existem alguns problemas com a hipótese da nebulosa e outras teorias tentaram explicá-los.
Mas este sistema desafia essa teoria. SNDM sugere que planetas terrestres rochosos se formam perto da estrela. Eles começam como um embrião planetário e, através de violentas fusões, criam planetas como Vênus, Mercúrio, Marte e Terra. Gigantes gasosos, de acordo com o SNDM, estão se formando fora da linha de gelo do sistema solar, onde os embriões do planeta se formam a partir de voláteis congelados.
Mas o sistema TOI-178 desafia esse entendimento. Se os planetas neste sistema seguirem o sistema SNDM, os planetas gasosos estarão mais distantes da estrela e os planetas rochosos estarão mais próximos. Já que não são, algo deve tê-los desativado. Mas se algo os interrompesse, suas órbitas não seriam projetadas com um ritmo tão maravilhoso. É um mistério.
“Compreender a turbulência aparente em um quadro em termos da densidade dos planetas de um lado e o plano superior da ordem vista na arquitetura orbital do outro lado desafiará os modelos de formação de sistemas planetários”, escreveram eles.
Sistemas como esses são difíceis de entender, mas, em última análise, levam os pesquisadores a pensar com mais seriedade e observar plenamente.
A equipe de cientistas escreveu em sua conclusão: “O sistema TOI-178, conforme revelado por observações recentes descritas neste documento, tem uma série de características muito importantes: Eco de Laplace, Variação na densidade de planeta para planeta e brilho estelar que permite uma série de observações de acompanhamento (fotometria, atmosfera e espectroscopia). Portanto, provavelmente se tornará uma das pedras de Rosetta para entender a formação e a evolução dos planetas, e mesmo se outros planetas forem descobertos, a Cadeia de Eco de Laplace continua enquanto orbita dentro da zona habitável. “
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