Nota de Imprensa

Intrigante sistema de seis exoplanetas com movimentos rítmicos desafia teorias de formação planetária

25 de Janeiro de 2021

Com o auxílio de vários telescópios, incluindo o Very Large Telescope (VLT) do Observatório Europeu do Sul (ESO), os astrónomos descobriram um sistema com seis exoplanetas, cinco dos quais estão presos numa dança rítmica rara em torno da sua estrela central. Os investigadores acreditam que o sistema poderá dar-nos pistas importantes sobre como é que os planetas, incluindo os do Sistema Solar, se formam e evoluem.

A primeira vez que observou TOI-178, uma estrela a cerca de 200 anos-luz de distância da Terra na direção da constelação do Escultor, a equipa de investigadores pensou que tinha descoberto dois planetas em torno desta estrela a percorrer essencialmente a mesma órbita. No entanto, um olhar mais detalhado revelou algo inteiramente diferente. “Através de mais observações percebemos que não tínhamos dois planetas em órbita da estrela praticamente à mesma distância dela, mas antes planetas múltiplos numa configuração muito especial,” explica Adrien Leleu da Universidade de Genève e da Universidade de Berna, Suíça, que liderou um novo estudo deste sistema, publicado hoje na revista da especialidade Astronomy & Astrophysics.

O novo trabalho de investigação revelou que o sistema possui seis exoplanetas e que todos menos um estão trancados numa dança rítmica especial à medida que se movem nas suas órbitas. Por outras palavras, encontram-se em ressonância, o que significa que há padrões que se repetem à medida que os planetas se deslocam em redor da estrela, com alguns planetas a alinharem-se entre si ao fim de algumas órbitas. Observamos uma ressonância semelhante nas órbitas de três das luas de Júpiter: Io, Europa e Ganimedes. Io, o mais próximo de Júpiter dos três, completa quatro órbitas completas em torno de Júpiter para uma única órbita de Ganimedes, o mais afastado, e completa duas órbitas completas para cada órbita de Europa.

Os cinco exoplanetas mais exteriores do sistema TOI-178 seguem uma cadeia de ressonância muito mais complexa, uma das mais longas descobertas até à data num sistema de planetas. Enquanto as três luas de Júpiter têm uma ressonância 4:2:1, os cinco planetas mais exteriores do sistema TOI-178 seguem a cadeia 18:9:6:4:3, ou seja, enquanto o segundo planeta a contar da estrela (o primeiro na cadeia de ressonância) completa 18 órbitas, o terceiro planeta a contar da estrela (o segundo da cadeia) completa 9 órbitas e assim por diante. De facto, inicialmente os cientistas encontraram apenas cinco planetas no sistema, mas, ao seguirem o ritmo de ressonância, calcularam onde é que estaria um planeta adicional na sua órbita, na próxima altura em que os cientistas podiam observar o sistema.

Mais do que uma curiosidade orbital, esta dança de planetas ressonantes dá-nos pistas sobre o passado do sistema. “As órbitas neste sistema estão muito bem ordenadas, o que nos diz que o sistema evoluiu bastante suavemente desde o seu nascimento,” explica Yann Alibert, da Universidade de Berna, Suíça e um dos co-autores deste trabalho. Se o sistema tivesse sido significativamente perturbado no início da sua vida como, por exemplo, por um impacto gigante, esta frágil configuração de órbitas não teria sobrevivido.

Desordem no sistema rítmico

Apesar do arranjo das órbitas ser bem organizado e ordenado, as densidades dos planetas “são muito mais desordenadas”, diz Nathan Hara da Universidade de Genève, Suíça, que também esteve envolvido no estudo. “Parece haver um planeta tão denso como a Terra mesmo ao lado de um outro planeta muito “fofo”, com metade da densidade de Neptuno, seguido por um planeta com a densidade de Neptuno. Não é o que estamos habituados a ver.” No nosso Sistema Solar, por exemplo, os planetas estão arranjados de forma ordenada, com os planetas rochosos, mais densos, mais próximos da estrela central e os planetas gasosos “fofos”, de baixa densidade, mais afastados.

“Este contraste entre a harmonia rítmica dos movimentos orbitais e as densidades desordenadas desafia claramente a nossa compreensão da formação e evolução dos sistemas planetários,” diz Leleu. 

Combinando técnicas

De modo a investigar a invulgar arquitetura deste sistema, a equipa usou dados do satélite CHEOPS da Agência Espacial Europeia, assim como do instrumento ESPRESSO montado no VLT do ESO e do NGTS e SPECULOOS, ambos situados no Observatório do Paranal do ESO, no Chile. Uma vez que os exoplanetas são extremamente difíceis de observar de forma direta através de telescópios, os astrónomos usam outras técnicas para os detectar. Os principais métodos utilizados são imagens de trânsitos — observando a luz emitida pela estrela central que diminui de intensidade quando um planeta passa na sua frente, quando observada a partir da Terra — e velocidades radiais — observando o espectro de luz da estrela em busca de pequenos sinais de oscilação que ocorrem quando os exoplanetas de deslocam nas suas órbitas. A equipa usou ambos os métodos para observar o sistema: CHEOPS, NGTS e SPECULOOS para trânsitos e ESPRESSO para velocidades radiais.

Ao combinar as duas técnicas, os astrónomos conseguiram reunir informação crucial sobre o sistema e os seus planetas, que orbitam a estrela central muito mais perto e com maior velocidade do que a Terra orbita o Sol. O mais rápido (o planeta mais interior) completa uma órbita em apenas alguns dias, enquanto o mais lento demora cerca de dez vezes mais. Os seis planetas apresentam tamanhos que vão desde o tamanho da Terra até cerca de três vezes este valor, enquanto as suas massas estão entre 1,5 e 8 vezes a massa terrestre. Alguns dos planetas são rochosos, mas maiores que a Terra — os chamados Super-Terras. Outros são planetas gasosos, como os planetas exteriores do nosso Sistema Solar, mas são muito mais pequenos — os chamados Mini-Neptunos.

Apesar de nenhum destes seis exoplanetas se encontrar na zona de habitabilidade da estrela, os investigadores sugerem que, ao continuar a seguir a cadeia de ressonância, poderão encontrar planetas adicionais que poderão existir nesta zona ou muito perto dela. O Extremely Large Telescope (ELT) do ESO, que deverá começar a operar esta década, será capaz de observar diretamente exoplanetas rochosos na zona de habitabilidade da estrela e até caracterizar as suas atmosferas, dando-nos a oportunidade de conhecer sistemas como o TOI-178 com muito mais detalhe.

Revisão (correção, 4 de Fevereiro de 2021): Uma versão anterior deste comunicado de imprensa referia incorretamente que as massas dos planetas do sistema estavam compreendidas entre 1,5 e 30 vezes a massa da Terra. Na realidade, os planetas têm massas entre 1,5 e 8 vezes a massa terrestre.

Informações adicionais

Este trabalho foi descrito num artigo científico intitulado “Six transiting planets and a chain of Laplace resonances in TOI-178” publicado na revista da especialidade Astronomy & Astrophysics.

A equipa é composta por A. Leleu (Observatoire Astronomique de l’Université de Genève, Suíça [UNIGE], Universidade de Berna, Suíça [Bern]), Y. Alibert (Bern), N. C. Hara (UNIGE), M. J. Hooton (Bern), T. G. Wilson (Centre for Exoplanet Science, SUPA School of Physics and Astronomy, University of St Andrews, RU [St Andrews]), P. Robutel (IMCCE, UMR8028 CNRS, Observatoire de Paris, França [IMCCE]), J.-B Delisle (UNIGE), J. Laskar (IMCCE), S. Hoyer (Aix Marseille Univ, CNRS, CNES, LAM, França [AMU]), C. Lovis (UNIGE), E. M. Bryant (Department of Physics, University of Warwick, RU [Warwick], Centre for Exoplanets and Habitability, University of Warwick [CEH]), E. Ducrot (Unidade de Investigação em Astrobiologia, Université de Liège, Bélgica [Liège]), J. Cabrera (Instituto de Investigação Planetária, Centro Aeroespacial alemão (DLR), Berlim, Alemanha [Institute of Planetary Research, DLR]), J. Acton (School of Physics and Astronomy, University of Leicester, RU [Leicester]), V. Adibekyan (Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço, Universidade do Porto, Portugal [IA], Centro de Astrofísica da Universidade do Porto, Departamento de Física e Astronomia, Universidade do Porto [CAUP]), R. Allart (UNIGE), C. Allende Prieto (Instituto de Astrofísica de Canarias, Tenerife [IAC], Departamento de Astrofísica, Universidad de La Laguna, Tenerife [ULL]), R. Alonso (IAC, ULL), D. Alves (Camino El Observatorio 1515, Las Condes, Santiago, Chile), D. R Anderson (Warwick, CEH), D. Angerhausen (ETH Zürich, Instituto de Física das Partículas e Astrofísica), G. Anglada Escudé (Institut de Ciències de l’Espai [ICE, CSIC], Bellaterra, Espanha, Institut d’Estudis Espacials de Catalunya [IEEC], Barcelona, Espanha), J. Asquier (ESTEC, ESA, Noordwijk, Holanda [ESTEC]), D. Barrado (Depto. de Astrofísica, Centro de Astrobiologia [CSIC-INTA], Madrid, Espanha), S.C.C Barros (IA, Departamento de Física e Astronomia, Universidade do Porto, Portugal), W. Baumjohann (Instituto de Investigação Espacial, Academia das Ciências austríaca, Áustria), D. Bayliss (Warwick, CEH), M. Beck (UNIGE), T. Beck (Bern) A. Bekkelien (UNIGE), W. Benz (Bern, Centro do Espaço e Habitabilidade, Berna, Suíça [CSH]), N. Billot (UNIGE), A. Bonfanti (IWF), X. Bonfils (Université Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, Grenoble, França), F. Bouchy (UNIGE), V. Bourrier (UNIGE), G. Boué (IMCCE), A. Brandeker (Departamento de Astronomia, Universidade de Estocolmo, Suécia), C. Broeg (Bern), M. Buder (Instituto de Sistemas de Sensores Ópticos, Centro Aeroespacial alemão (DLR) [Institute of Optical Sensor Systems, DLR]), A. Burdanov (Liège, Department of Earth, Atmospheric and Planetary Science, Massachusetts Institute of Technology, EUA), M. R. Burleigh (Leicester), T. Bárczy (Admatis, Miskok, Hungria), A. C. Cameron (St Andrews), S. Chamberlain (Leicester), S. Charnoz (Université de Paris, Institut de Physique du Globe de Paris, CNRS, França), B. F. Cooke (Warwick, CEH), C. Corral Van Damme (ESTEC), A. C. M. Correia (CFisUC, Departamento de Física, Universidade de Coimbra, Portugal, IMCCE, UMR8028 CNRS, Observatoire de Paris, França), S. Cristiani (INAF - Osservatorio Astronomico di Trieste, Itália [INAF Trieste]), M. Damasso (INAF - Osservatorio Astrofisico di Torino, Itália [INAF Torino]), M. B. Davies (Observatório de Lund, Departamento de Astronomia e Física Teórica, Universidade de Lund, Suécia), M. Deluil (AMU), L. Delrez (AMU, Instituto Investigação de Ciências Espaciais, Tecnologias e Astrofísica [STAR], Université de Liège, Bélgica, UNIGE), O. D. S. Demangeon (IA), B.-O. Demory (CSH), P. Di Marcantonio (INAF Trieste), G. Di. Persio (INAF, Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali, Roma, Itália), X. Dumusque (UNIGE), D. Ehrenreich (UNIGE), A. Erikson (Instituto de Investigação Planetária, DLR), P. Figueira (Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço, Universidade do Porto, ESO Vitacura), A. Fortier (Bern, CSH), L. Fossato (Instituto de investigação Espacial, Academia de Ciências austríaca, Graz, Austria [IWF]), M. Fridlund (Observatório de Leiden, Universidade de Leiden, Holanda, Departamento do Espaço, Terra e Ambiente, Universidade de Tecnologia de Chalmers, Observatório Espacial Onsala, Suécia [Chalmers]), D. Futyan (UNIGE), D. Gandolfi (Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Torino, Itália), A. García Muñoz (Centro de Astronomia e Astrofísica, Universidade Técnica de Berlim, Alemanha), L. Garcia (Liège), S. Gill (Warwick, CEH), E. Gillen (Astronomy Unit, Queen Mary University of London, RU, Cavendish Laboratory, Cambridge, RU [Cavendish Laboratory]), M. Gillon (Liège), M. R. Goad (Leicester), J. I. González Hernández (IAC, ULL), M. Guedel (Universidade de Viena, Departamento de Astrofísica, Áustria), M. N. Günther (Department of Physics e Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, Massachusetts Institute of Technology, EUA), J. Haldemann (Bern), B. 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Este texto é a tradução da Nota de Imprensa do ESO eso2102, cortesia do ESON, uma rede de pessoas nos Países Membros do ESO, que servem como pontos de contacto local com os meios de comunicação social, em ligação com os desenvolvimentos do ESO. A representante do nodo português é Margarida Serote.