O observador de exoplanetas da ESA, Cheops, revela um sistema planetário único
A missão de exoplanetas da ESA, Cheops, revelou um sistema planetário único que consiste em seis exoplanetas, cinco dos quais estão presos numa rara dança rítmica enquanto orbitam a sua estrela central. Os tamanhos e massas dos planetas, no entanto, não seguem um padrão tão ordenado. Esta descoberta desafia as teorias atuais de formação de planetas.
A descoberta de um número crescente de sistemas planetários, nenhum como o nosso próprio Sistema Solar, continua a melhorar a nossa compreensão de como os planetas se formam e evoluem. Um exemplo notável é o sistema planetário denominado TOI-178, a cerca de 200 anos-luz de distância na constelação de Escultor.
Os astrónomos já esperavam que esta estrela hospedasse dois ou mais exoplanetas depois de observá-la com o Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) da NASA. Novas observações altamente precisas com Cheops, o satélite de caracterização de exoplanetas da ESA que foi lançado em 2019, mostram agora que o TOI-178 abriga pelo menos seis planetas e que este sistema solar externo tem uma configuração única. A equipa, liderada por Adrien Leleu da Universidade de Genebra e da Universidade de Berna na Suíça, publicou hoje os seus resultados na Astronomy & Astrophysics.
Uma das características especiais do sistema TOI-178 que os cientistas foram capazes de descobrir com Cheops é que os planetas - exceto o mais próximo da estrela - seguem uma dança rítmica conforme se movem nas suas órbitas. Este fenómeno é chamado de ressonância orbital e significa que há padrões que se repetem conforme os planetas giram em torno da estrela, com alguns planetas a alinharem-se a cada poucas órbitas.
Uma ressonância semelhante é observada nas órbitas de três das luas de Júpiter: Io, Europa e Ganimedes. Para cada órbita de Europa, Ganimedes completa duas órbitas e Io completa quatro (este é um padrão 4:2:1).
No sistema TOI-178, o movimento ressonante é muito mais complexo, pois envolve cinco planetas, seguindo um padrão 18:9:6:4:3. Enquanto o segundo planeta da estrela (o primeiro no padrão) completa 18 órbitas, o terceiro planeta da estrela (segundo no padrão) completa nove órbitas e assim por diante.
Inicialmente, os cientistas encontraram apenas quatro dos planetas em ressonância, mas, seguindo o padrão, os cientistas calcularam que deve haver outro planeta no sistema (o quarto seguindo o padrão, o quinto planeta da estrela).
“Previmos a sua trajetória com muita precisão, assumindo que estava em ressonância com os outros planetas,” explica Adrien. Uma observação adicional com Cheops confirmou que o planeta desaparecido realmente existia na órbita prevista.
Depois de descobrirem os raros arranjos orbitais, os cientistas ficaram curiosos para ver se as densidades dos planetas (tamanho e massa) também seguem um padrão ordenado. Para investigar isso, Adrien e a sua equipa combinaram dados de Cheops com observações feitas com telescópios terrestres no Observatório Paranal do Observatório Europeu do Sul (ESO) no Chile.
Mas embora os planetas no sistema TOI-178 orbitem a sua estrela de uma maneira muito ordenada, as suas densidades não seguem nenhum padrão particular. Um dos exoplanetas, um planeta terrestre denso como a Terra, está ao lado de um planeta de tamanho semelhante, mas muito leve - como um mini-Júpiter, e ao lado deste está um muito semelhante a Neptuno.
“Não era isso que esperávamos e é a primeira vez que observamos tal configuração num sistema planetário”, diz Adrien. “Nos poucos sistemas que sabemos onde os planetas orbitam neste ritmo ressonante, as densidades dos planetas diminuem gradualmente à medida que nos afastamos da estrela, e é também o que esperamos da teoria.”
Eventos catastróficos, como impactos gigantescos, normalmente poderiam explicar grandes variações nas densidades do planeta, mas o sistema TOI-178 não estaria tão perfeitamente em harmonia se fosse esse o caso.
“As órbitas neste sistema estão muito bem ordenadas, o que nos indica que este sistema evoluiu muito suavemente desde o seu nascimento,” explica o coautor Yann Alibert, da Universidade de Berna.
A revelação da arquitetura complexa do sistema TOI-178, que desafia as teorias atuais da formação de planetas, foi possível graças a quase 12 dias de observações com Cheops (11 dias de observações contínuas, mais duas observações mais curtas).
“Resolver este quebra-cabeça emocionante exigiu algum esforço de planeamento, em particular para agendar a observação contínua de 11 dias necessária para capturar as assinaturas dos diferentes planetas,” disse a cientista do projeto Cheops da ESA Kate Isaak. “Este estudo destaca muito bem o potencial de acompanhamento de Cheops - não apenas para caracterizar melhor os planetas conhecidos, mas para encontrar e confirmar novos.”
Adrien e a sua equipa querem continuar a usar o Cheops para estudar o sistema TOI mais detalhadamente.
“Podemos encontrar mais planetas que podem estar na zona habitável - onde a água líquida pode estar presente na superfície de um planeta - que começa fora das órbitas dos planetas que descobrimos até agora,” diz Adrien. “Também queremos descobrir o que aconteceu ao planeta mais interno que não está em ressonância com os outros. Suspeitamos que saiu da ressonância devido às forças da maré.”
Os astrónomos usarão Cheops para observar centenas de exoplanetas conhecidos que orbitam estrelas brilhantes.
“Cheops não só aprofundará a nossa compreensão da formação dos exoplanetas, mas também do nosso próprio planeta e do Sistema Solar”, acrescenta Kate.
Notas para editores
‘Six transiting planets and a chain of Laplace resonances inTOI-178’ por A. Leleu et al. encontra-se publicado na Astronomy & Astrophysics. DOI: 10.1051/0004-6361/202039767
Cheops é uma missão da ESA desenvolvida em parceria com a Suíça, com um consórcio específico liderado pela Universidade de Berna e com contribuições importantes da Áustria, Bélgica, França, Alemanha, Hungria, Itália, Portugal, Espanha, Suécia e Reino Unido.
A ESA é o arquiteto da missão Cheops, responsável pela aquisição e teste do satélite, pelo lançamento e pela fase de operações iniciais e pelo comissionamento em órbita, bem como pelo Programa de Observadores Convidados, por meio do qual cientistas de todo o mundo podem se inscrever para observar com Cheops. O consórcio de 11 Estados-Membros da ESA, liderado pela Suíça, forneceu elementos essenciais para a missão. O principal contratante para o projeto e construção da aeronave é a Airbus Defence and Space em Madrid, Espanha.
O consórcio da missão Cheops administra o Centro de Operações da Missão localizado no INTA, em Torrejón de Ardoz, perto de Madrid, Espanha, e o Centro de Operações Científicas, localizado na Universidade de Genebra, Suíça.
Para mais informações, visite: https://www.esa.int/Cheops
Para mais informações
Adrien Leleu
Center for Space and Habitability and NCCR PlanetS, University of Geneva and University of Bern
Email: adrien.leleu@unige.ch
Kate Isaak
ESA Cheops project scientist
Email: kate.isaak@esa.int
ESA Media Relations
Email: media@esa.int