O maior exoplaneta em relação à sua estrela hospedeira já observado, não se encaixa no modelo de formação mais amplamente aceito para mundos gigantes.
Se os astrônomos aprenderam uma lição com cerca de 6.000 exoplanetas confirmados, é esperar o inesperado. Mesmo assim, um planeta gigante orbitando uma estrela anã vermelha os surpreendeu recentemente. É o maior planeta em relação à sua estrela hospedeira já descoberto, e desafia a teoria principal da formação de planetas gigantes, de acordo com um novo estudo.
TOI-6894 b orbita uma estrela anã M, aproximadamente um quinto do tamanho e da massa do Sol—60% da massa da próxima estrela menor com um planeta gigante. TOI-6894 b tem o tamanho de Saturno e metade de sua massa. O planeta tem 40% do diâmetro da estrela hospedeira, tornando-se de longe a maior razão de tamanho planeta-estrela já vista.
“Porque a estrela tem uma massa tão baixa, com base no que atualmente entendemos sobre a formação de planetas e discos protoplanetários, não teríamos esperado que ela pudesse formar um planeta gigante gasoso”, disse Edward Bryant, um astrofísico da Universidade de Warwick no Reino Unido e primeiro autor do estudo, publicado na Nature Astronomy.
O planeta foi detectado pela primeira vez pelo Satélite de Pesquisa de Exoplanetas em Trânsito (TESS) no início de 2020 e confirmado com observações adicionais ao longo dos 3 anos seguintes. O TESS procura a diminuição no brilho de uma estrela que ocorre quando um planeta passa entre ela e a Terra, bloqueando parte de sua luz.
Bryant e seus colegas examinaram observações de 91.000 estrelas no catálogo TESS para determinar a frequência de planetas gigantes ao redor de anãs vermelhas de baixa massa, que são as estrelas menores e mais fracas da galáxia e as mais comuns. Eles relataram a descoberta de vários desses planetas em 2023.
A nova análise da equipe mostra que os trânsitos de TOI-6894 b são recordistas, reduzindo o brilho da estrela em 17% e sugerindo o quão grande é o planeta em relação à sua estrela. Os trânsitos também mostram que ele orbita a cada 3,37 dias.
As observações de acompanhamento com telescópios terrestres mediram mudanças na velocidade radial da estrela—“oscilações” de vai-e-vem em seu movimento causadas pela atração gravitacional do planeta que revelaram a massa do planeta.
Um Caso Especial?
A teoria principal da formação de planetas gigantes, chamada de acreção de núcleo, postula que tais mundos se formam no início da vida de uma estrela, quando ainda está cercada por um disco protoplanetário—um amplo disco de gás e poeira que compreende os materiais brutos para a construção de planetas. Materiais mais pesados se aglomeram para formar corpos cada vez maiores, eventualmente criando um núcleo que pode ser várias vezes a massa da Terra. Quando o núcleo cresce o suficiente, ele absorve o gás ao redor, construindo um planeta gigante em camadas semelhante a Saturno ou Júpiter.
“O total de material pesado no disco determina quão grande pode ser um núcleo que você pode fazer”, disse Joel Hartman, um astrônomo de pesquisa da Universidade de Princeton e membro da equipe do estudo. “É uma surpresa encontrar um planeta gigante ao redor de uma estrela tão pequena porque simplesmente não achávamos que haveria material suficiente lá.” Alguns estudos, acrescentou, sugeriram que estrelas com menos de um terço da massa do Sol não deveriam ser capazes de formar planetas gigantes.
“Teóricos que modelam a formação de planetas [com acreção de núcleo] não conseguem criar planetas como TOI-6894 b”, disse Emily Pass, uma astrofísica do Instituto de Tecnologia de Massachusetts que não participou do estudo. “Então a questão se torna: planetas como TOI-6894 b são casos especiais que se formaram de uma maneira diferente, ou todo o nosso modelo de formação de planetas gigantes precisa de uma revisão?” Pass explicou. “Entender a taxa de ocorrência de [tais] planetas ajudará a testar as várias possibilidades.”
Dando Dicas sobre o Mecanismo de Formação
Uma possibilidade é um mecanismo de acreção modificado, no qual o planeta em crescimento absorve simultaneamente materiais pesados e gás, formando um mundo mais misturado.
“Nenhuma dessas teorias pode realmente explicar este planeta.”
Outra possibilidade é o colapso direto. “Em vez de o núcleo ser construído do zero, o disco se fragmenta sob sua própria autogravidade e colapsa diretamente,” disse Bryant. “Se o disco se tornar instável da maneira certa, você pode formar planetas gigantes ao redor dessas estrelas de baixa massa. O problema é que algumas das simulações preveem que você só formaria planetas que são muito, muito mais massivos que Júpiter, o que seria muitas vezes mais massivo que este planeta. Portanto, nenhuma dessas teorias pode realmente explicar este planeta. Estamos realmente limitados pela nossa compreensão dos discos protoplanetários,” ele disse.
Dicas sobre o mecanismo de formação do planeta podem ser encontradas em sua atmosfera, que está programada para estudo no próximo ano pelo Telescópio Espacial James Webb (JWST). À medida que o planeta passa na frente da estrela, a luz estelar que brilha através da atmosfera revelará sua composição.
“Devemos ser capazes de distinguir se um planeta se formou a partir do colapso direto ou da acreção do núcleo observando a metallicidade da atmosfera”, que é a composição de elementos mais pesados que hidrogênio e hélio, disse Hartman. “No caso da instabilidade gravitacional, todos os materiais colapsaram juntos, então os elementos devem estar todos misturados. No modelo de acreção do núcleo, todos os elementos pesados devem estar no núcleo, com um envelope gasoso por cima.”
“Devido ao grande sinal de trânsito, TOI-6894 b deve ser “adequado” para estudos adicionais baseados em solo, disse Hartman, embora nenhum esteja atualmente planejado. “Vamos esperar e ver o que o JWST nos diz,” disse Bryant.
—Damond Benningfield, Escritor de Ciência”
