Uma estrela está a dissolver o seu planeta bebé

As estrelas e os planetas estão naturalmente associados uns aos outros. Embora alguns planetas se tenham tornado errantes e estejam à deriva pelo espaço, a grande maioria está em sistemas solares, onde estão gravitacionalmente ligados e orbitam as suas estrelas de formas previsíveis. Mas alguns planetas aproximam-se demasiado das suas estrelas, com consequências terríveis. Estes exoplanetas têm algo para nos ensinar sobre a população de exoplanetas.

As descobertas de exoplanetas (cerca de 6.000 e a aumentar) mostraram-nos que o nosso sistema solar não é representativo. Outros sistemas solares contêm planetas em nada parecidos com o nosso, em órbitas nunca vistas no nosso sistema solar. O TOI-1227b é um deles.

TOI-1227b é um planeta com aproximadamente o tamanho de Júpiter, com cerca de 20% da massa de Júpiter. Orbita uma estrela anã-M, ou anã vermelha, a cerca de 330 anos-luz de distância. Foi descoberto em 2022 em dados do Satélite de Investigação de Exoplanetas em Trânsito (TESS) da NASA. O TOI-1227b está a passar por uma crise existencial. Orbita extremamente próximo da sua estrela, a apenas cerca de 1/5 da distância de Mercúrio ao Sol. Novas pesquisas mostram que este planeta é jovem, com apenas cerca de 8 milhões de anos. É um bebé que usa fraldas quando comparado com a Terra. Infelizmente para este jovem planeta, em vez de ganhar peso, está a perder massa. A investigação intitula-se “A Idade e o Ambiente de Alta Energia do Exoplaneta Muito Jovem em Trânsito TOI 1227b” e será publicada no The Astrophysical Journal, mas está disponível no servidor de pré-impressão arXiv. O autor principal é Attila Varga, doutorando no Rochester Institute of Technology (RIT), em Nova Iorque. Com apenas 8 milhões de anos, o exoplaneta é o segundo planeta mais jovem alguma vez encontrado por astrónomos a transitar em frente à sua estrela.

“Realizámos novas imagens de raios X e observações espectroscópicas óticas do TOI 1227 com o objetivo de determinar a sua idade e a influência da sua radiação de alta energia no exoplaneta TOI 1227b”, escrevem os investigadores.

A estrela que orbita, TOI-1227, é muito mais pequena e mais fraca que o Sol. Como anã M, é muito menos massiva que o Sol e muito mais fraca em luz visível. No entanto, esta penumbra não descreve todo o espectro da radiação estelar. As anãs M são notórias pelas suas erupções extremas, que produzem raios X poderosos. Ao contrário do Sol, as anãs M são totalmente convectivas. A convecção ocorre em todo o interior da estrela, o que cria os poderosos campos magnéticos responsáveis pelas erupções. No caso do TOI-1227 b, o jovem gigante gasoso está mesmo no centro destas erupções destrutivas.

“É quase incompreensível imaginar o que está a acontecer a este planeta”, disse o autor principal Varga em comunicado de imprensa. “A atmosfera do planeta simplesmente não consegue suportar a elevada dose de raios X que recebe da sua estrela”.

“A nossa modelação sugere que o TOI 1227b está atualmente a sofrer uma rápida perda de massa atmosférica a taxas da ordem de aproximadamente 1012 g s−1”, escrevem os autores. Isto equivale à perda de cerca de 1 milhão de toneladas métricas da sua atmosfera a cada segundo. Varga e os seus coautores calcularam que, em apenas 1 bilião de anos, o planeta perderá toda a sua atmosfera.

Raios X poderosos de estrelas como a TOI 1227 destroem a atmosfera de exoplanetas com vários mecanismos diferentes, mas conectados. Quando os raios X atingem moléculas na atmosfera, ionizam-nas e aquecem-nas. Isto pode aquecer a atmosfera a milhares de graus Kelvin, o que a faz inchar. À medida que a atmosfera se estende para o espaço, a gravidade do planeta enfraquece-a. O aquecimento pode ser ainda mais extremo em alguns casos, e isto pode essencialmente evaporar algumas moléculas mais leves, como o hidrogénio molecular. A fotodissociação também desempenha um papel. Os raios X têm energia suficiente para decompor as moléculas de água em átomos de hidrogénio e oxigénio. Como o hidrogénio é tão leve, pode escapar facilmente para o espaço. Além disso, os raios X podem aumentar a temperatura do vento estelar da estrela, dando-lhe mais energia e tornando-o mais eficiente a destroçar a atmosfera.

“Uma parte crucial da compreensão dos planetas fora do nosso sistema solar é ter em conta a radiação de alta energia, como os raios X, que recebem”, disse o coautor Joel Kastner, também do RIT. “Acreditamos que este planeta está inchado, ou insuflado, em grande parte como resultado do ataque contínuo de raios X da estrela”.

Os investigadores acreditam que o planeta está a perder a massa equivalente a duas atmosferas terrestres a cada dois séculos. Embora muitas coisas que os astrónomos descobrem levem muito tempo a concretizar-se, isso está a acontecer muito mais rapidamente. A maioria das coisas em astronomia é medida em milhões ou milhares de milhões de anos, e não em séculos.

“O futuro deste planeta bebé não parece promissor”, disse o coautor Alexander Binks, da Universidade Eberhard Karls de Tübingen, na Alemanha. “A partir daqui, o TOI 1227 b pode encolher para cerca de um décimo do seu tamanho atual e perder mais de 10% do seu peso.”

Alguns destes números não são exatos, pois muito depende da compreensão da massa do planeta. Neste caso, esta massa está a revelar-se difícil de determinar com exatidão. Para chegar a estes números, a equipa realizou várias simulações e definiu os resultados mais prováveis. Existe uma pequena lacuna no raio planetário na população de exoplanetas, onde os planetas com raios entre 1,5 e 2 vezes o raio da Terra são muito escassos. A perda de massa causada pela fotoevaporação é a causa suspeita desta lacuna, e os astrónomos querem observar planetas como o TOI 1227b para saber mais sobre o processo.

“O sistema de trânsito de exoplanetas jovem e próximo TOI 1227 representa uma referência vital para a compreensão dos estágios iniciais da evolução de exoplanetas em torno de estrelas de baixa massa”, concluem os investigadores, referindo que “observações fotométricas e espectroscópicas de acompanhamento com o objetivo de estabelecer melhor a natureza do sistema TOI 1227 e fornecer restrições mais rigorosas sobre a massa e a perda de massa atmosférica” são necessárias.

Fornecido pela Universe Today Tradução jOSé caLEIro M.M.H.

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