Descoberto planeta gigante na órbita de uma pequena estrela

É a primeira vez que um exoplaneta intacto do tamanho de Júpiter foi descoberto orbitando tão próximo de uma estrela anã branca

Concepção artística de destroços em torno de anãs brancas no aglomerado estelar As Híades: a sobrevivência de um planeta do porte de Júpiter à proximidade com uma estrela desse tipo surpreendeu os pesquisadores. Crédito: Nasa, ESA, STScI e G. Bacon (STScI)

Vários telescópios no espaço e na Terra e astrônomos amadores ajudaram um astrônomo da Universidade de Wisconsin-Madison (EUA) e colegas de uma equipe internacional a descobrir um planeta do tamanho de Júpiter na órbita, a uma velocidade vertiginosa, de uma estrela anã branca. Seu estudo foi publicado na revista “Nature”.

O sistema, a cerca de 80 anos-luz de distância, viola todas as convenções comuns sobre estrelas e planetas. A anã branca WD 1856+534 (ou, simplesmente, WD 1856) é remanescente de uma estrela parecida com o Sol, reduzida a aproximadamente o tamanho da Terra, mas que retém metade da massa do Sol. O enorme planeta completa uma volta em torno da sua minúscula estrela a cada 34 horas graças a uma órbita incrivelmente próxima. Em contraste, Mercúrio leva 90 dias comparativamente letárgicos para orbitar o Sol.

Embora tenha havido indícios de grandes planetas orbitando perto de anãs brancas no passado, as novas descobertas são a evidência mais clara de que esses pares bizarros existem. Essa confirmação destaca as diversas maneiras pelas quais os sistemas estelares podem evoluir e pode dar uma ideia do destino do nosso Sistema Solar. Esse sistema de anãs brancas poderia até fornecer um raro arranjo habitável para a vida surgir à luz de uma estrela moribunda.

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Surpresa agradável

“Nunca vimos evidências de um planeta chegando tão perto de uma anã branca e sobrevivendo. É uma surpresa agradável”, disse o pesquisador Andrew Vanderburg, que recentemente ingressou no departamento de astronomia da UW-Madison como professor assistente. Vanderburg concluiu o trabalho enquanto era um membro independente da Nasa Sagan Fellow na Universidade do Texas em Austin.

Vanderburg liderou uma grande colaboração internacional de astrônomos que analisaram os dados. Os telescópios contribuintes incluíram o telescópio de caça a exoplanetas da Nasa, TESS, e dois grandes telescópios terrestres nas Ilhas Canárias.

Vanderburg foi originariamente atraído para estudar as anãs brancas (os restos de estrelas do tamanho do Sol depois que esgotam seu combustível nuclear) e seus planetas por acidente. Durante a pós-graduação, ele estava revisando dados do antecessor do TESS, o telescópio espacial Kepler, e notou uma anã branca com uma nuvem de destroços ao redor.

“O que acabamos descobrindo foi que esse era um planeta menor ou asteroide que estava sendo destruído enquanto observávamos, o que foi muito legal”, diz Vanderburg. O planeta foi destruído pela gravidade da estrela depois que sua transição para uma anã branca fez com que a órbita do planeta caísse em direção à estrela.

Ajuda de amadores

Desde então, Vanderburg se pergunta se os planetas, especialmente os grandes, poderiam sobreviver à jornada em direção a uma estrela envelhecida.

Ao escanearem dados de milhares de sistemas de anãs brancas coletados pelo TESS, os pesquisadores identificaram uma estrela cujo brilho diminuía pela metade a cada dia e meio, um sinal de que algo grande estava passando na frente da estrela em um órbita ultrarrápida. Mas foi difícil interpretar os dados porque o brilho de uma estrela próxima estava interferindo nas medições do TESS. Para superar esse obstáculo, os astrônomos complementaram os dados do TESS com dados de telescópios terrestres de alta resolução, incluindo três operados por astrônomos amadores.

“Uma vez que o brilho estava sob controle, em uma noite, eles obtiveram dados muito melhores e muito mais limpos do que obtivemos com um mês de observações do espaço”, diz Vanderburg. Como as anãs brancas são muito menores que as estrelas normais, grandes planetas que passam na frente delas bloqueiam grande parte da luz da estrela. Isso torna a detecção por telescópios terrestres muito mais simples.

Os dados revelaram que um planeta aproximadamente do tamanho de Júpiter, talvez um pouco maior, orbita muito perto da WD 1856. A equipe de Vanderburg acredita que o gigante gasoso começou muito mais longe da estrela e se mudou para sua órbita atual depois que a WD 1856 evoluiu para uma anã branca.

A questão passou a ser: como esse planeta evitou ser dilacerado durante as mudanças? Modelos anteriores de interações anãs brancas-planetas não pareciam se adequar a esse sistema em especial.

Resposta possível

Os pesquisadores fizeram novas simulações que forneceram uma possível resposta para o mistério. Quando ficou sem combustível, a estrela se expandiu em uma gigante vermelha, engolfando todos os planetas próximos e desestabilizando o planeta do tamanho de Júpiter que orbitava mais longe. Isso fez com que o planeta assumisse uma órbita oval exagerada. Ele passava muito perto da anã branca agora encolhida, mas também ia muito longe no ponto mais distante da órbita.

Ao longo de eras, a interação gravitacional entre a anã branca e seu planeta lentamente dispersou a energia, em última análise guiando o planeta em uma órbita circular apertada que leva apenas um dia e meio para ser concluída. Esse processo leva bilhões de anos. Essa anã branca em particular é uma das mais antigas observadas pelo telescópio TESS, com quase 6 bilhões de anos. Ou seja, houve tempo suficiente para desacelerar seu grande planeta parceiro.

Embora as anãs brancas não conduzam mais a fusão nuclear, elas ainda liberam luz e calor à medida que esfriam. É possível que um planeta próximo o suficiente dessa estrela moribunda se encontrasse na zona habitável, a região perto de uma estrela onde pode existir água líquida, presumivelmente necessária para a vida surgir e sobreviver.

A estrutura única dos sistemas planetários de anãs brancas oferece uma oportunidade ideal para estudar as assinaturas químicas da atmosfera dos planetas em órbita. Essa é uma forma potencial de procurar sinais de vida a distância.

“Acho que a parte mais emocionante deste trabalho é o que isso significa para a habitabilidade em geral – pode haver regiões hospitaleiras nesses sistemas solares mortos – e também nossa capacidade de encontrar evidências dessa habitabilidade”, diz Vanderburg.

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