TESS descobre novos mundos num “rio” de estrelas jovens

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Esta ilustração mostra as principais características de TOI 451, um sistema com três planetas localizado a 400 anos-luz de distância na direcção da constelação de Erídano.
Crédito: Centro de Voo Espacial Goddard da NASA

Usando observações do TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) da NASA, uma equipa internacional de astrónomos descobriu um trio de mundos quentes maiores do que a Terra em órbita de uma versão muito mais jovem do nosso Sol, de nome TOI 451. O sistema reside na recém-descoberta corrente Peixes-Erídano, uma colecção de estrelas com menos de 3% da idade do nosso Sistema Solar que se estende por um-terço do céu.

Os planetas foram descobertos em imagens obtidas pelo TESS entre Outubro e Dezembro de 2018. Estudos de acompanhamento de TOI 451 e dos seus planetas incluíram observações feitas em 2019 e 2020 usando o Telescópio Espacial Spitzer da NASA, desde então reformado, bem como com muitas outras instalações terrestres. Dados infravermelhos de arquivo do satélite NEOWISE (Near-Earth Object Wide-Field Infrared Survey Explorer) da NASA – recolhidos entre 2009 e 2011 sob o seu nome anterior, WISE – sugerem que o sistema retém um disco frio de poeira e detritos rochosos. Outras observações mostram que TOI 451 provavelmente tem duas companheiras estelares distantes que se orbitam uma à outra muito além dos planetas.

“Este sistema ‘verifica muitas caixas’ para os astrónomos,” disse Elisabeth Newton, professora assistente de física e astronomia da Faculdade de Dartmouth em Hanover, no estado norte-americano de New Hampshire, que liderou a investigação. “Tem apenas 120 milhões de anos e fica a apenas 400 anos-luz, permitindo observações detalhadas deste jovem sistema planetário. E dado que existem três planetas com tamanhos entre duas e quatro vezes o da Terra, são alvos especialmente promissores para testar teorias sobre como as atmosferas planetárias evoluem.”

O artigo que relata as descobertas foi publicado dia 14 de Janeiro na revista The Astronomical Journal e está disponível online.

As correntes estelares formam-se quando a gravidade da nossa Galáxia, a Via Láctea, “rasga” os enxames de estrelas ou galáxias anãs. As estrelas individuais movem-se ao longo da órbita original do enxame, formando um grupo alongado que se dispersa gradualmente.

Em 2019, uma equipa liderada por Stefan Meingast da Universidade de Viena usou dados da missão Gaia da ESA para descobrir a corrente Peixes-Erídano, com o nome das constelações que contêm as maiores concentrações de estrelas. Estendendo-se por 14 constelações, a corrente tem cerca de 1300 anos-luz de comprimento. No entanto, a idade inicialmente determinada para a corrente era muito maior do que a determinada actualmente.

Mais tarde, ainda em 2019, investigadores liderados por Jason Curtis da Universidade de Columbia em Nova Iorque analisaram os dados do TESS para dúzias de membros deste fluxo. As estrelas mais jovens giram mais depressa do que as suas homólogas mais velhas e também tendem a ter manchas estelares mais proeminentes – regiões mais escuras e frias como as manchas solares. À medida que estas manchas giram para dentro e para fora do nosso ponto de vista, podem produzir pequenas variações no brilho de uma estrela que o TESS pode medir.

As medições do TESS revelaram evidências esmagadoras de manchas estelares e de rotação rápida entre as estrelas da corrente. Com base neste resultado, Curtis e seus colegas descobriram que o fluxo estelar tinha apenas 120 milhões de anos – semelhante ao famoso enxame das Plêiades e oito vezes mais jovem do que as estimativas anteriores. A massa, juventude e proximidade da corrente Peixes-Erídano fazem dela um laboratório fundamental para estudar a formação e a evolução estelar e planetária.

“Graças à cobertura de quase todo o céu do TESS, as medições que poderiam suportar uma busca por planetas em órbita de membros desta corrente já estavam disponíveis quando foi identificada,” disse Jessie Christiansen, co-autora do artigo e líder científica do Arquivo Exoplanetário da NASA, uma instalação que investiga mundos para lá do nosso Sistema Solar gerida pelo Caltech em Pasadena, Califórnia. “Os dados do TESS vão continuar a permitir-nos ultrapassar os limites do que sabemos sobre os exoplanetas e seus sistemas durante anos.”

A jovem estrela TOI 451, mais conhecida pelos astrónomos como CD-38 1467, fica a cerca de 400 anos-luz de distância, na direcção da constelação de Erídano. Tem 95% da massa do nosso Sol, mas é 12% mais pequena, ligeiramente mais fria e emite 35% menos energia. TOI 451 completa uma rotação em torno de si própria a cada 5,1 dias, mais de cinco vezes mais depressa do que o Sol.

O TESS identifica novos mundos procurando trânsitos, quedas ligeiras e regulares no brilho estelar que ocorrem quando um planeta passa em frente da sua estrela a partir da nossa perspectiva. São evidentes, nos dados do TESS, trânsitos de todos os três planetas. A equipa de Newton obteve medições do Spitzer que apoiaram as descobertas do TESS e ajudaram a descartar possíveis explicações alternativas. Observações adicionais de acompanhamento vieram do Observatório Las Cumbres – uma rede global de telescópios com sede em Goleta, Califórnia – e do PEST (Perth Exoplanet Survey Telescope), na Austrália.

Mesmo o planeta mais distante de TOI 451 orbita três vezes mais perto do que Mercúrio orbita o Sol, de modo que todos estes mundos são bastante quentes e inóspitos à vida como a conhecemos. As estimativas de temperatura variam de cerca de 1200º C para o planeta mais interior a cerca de 450º C para o mais exterior.

TOI 451 b completa uma órbita a cada 1,9 dias, tem aproximadamente 1,9 vezes o tamanho da Terra e tem uma massa estimada entre duas e 12 vezes a da Terra. O planeta seguinte, TOI 451 c, completa uma órbita a cada 9,2 dias, é cerca de três vezes maior do que a Terra e possui entre três e 16 vezes a massa da Terra. O maior e mais distante mundo, TOI 451 d, orbita a estrela a cada 16 dias, tem quatro vezes o tamanho do nosso planeta e tem entre quatro e 19 massas terrestres.

Os astrónomos esperam que planetas tão grandes quanto estes retenham grande parte da sua atmosfera, apesar do intenso calor da sua estrela. Diferentes teorias de como as atmosferas evoluem até que um sistema planetário atinge a idade de TOI 451 preveem uma ampla gama de propriedades. A observação da luz estelar a passar pelas atmosferas destes planetas fornece uma oportunidade de estudar esta fase de desenvolvimento e pode ajudar a restringir os modelos actuais.

“Ao medir a luz estelar que penetra através da atmosfera de um planeta em diferentes comprimentos de onda, podemos inferir a sua composição química e a presença de nuvens ou neblina a alta altitude,” disse Elisa Quintana, astrofísica do Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, no estado norte-americano de Maryland. “Os planetas de TOI 451 são alvos excelentes para tais estudos com o Hubble e com o futuro Telescópio Espacial James Webb.”

As observações do WISE mostram que o sistema é excepcionalmente brilhante no infravermelho, que é invisível aos olhos humanos, em comprimentos de onda de 12 e 24 micrómetros. Isto sugere a presença de um disco de detritos, onde corpos rochosos semelhantes a asteróides colidem e se transformam em poeira. Embora Newton e a sua equipa não consigam determinar a extensão do disco, imaginam-no como um anel difuso de rocha e poeira posicionado tão longe da sua estrela quanto Júpiter está do nosso Sol.

Os investigadores também investigaram uma estrela vizinha fraca que aparece a cerca de dois pixeis de distância de TOI 451 nas imagens obtidas pelo TESS. Com base nos dados do Gaia, a equipa determinou que esta estrela é uma companheira gravitacional localizada tão longe de TOI 451 que a sua luz leva 27 dias a lá chegar. De facto, os cientistas pensam que a companheira é provavelmente um sistema binário composto por duas anãs do tipo-M, cada uma com cerca de 45% da massa do Sol e emitindo apenas 2% da sua energia.

Astronomia On-line
16 de Fevereiro de 2021