Podemos encontrar análogos de Júpiter em sistemas com Super-Terras?

TítuloAN EXCESS OF JUPITER ANALOGS IN SUPER-EARTH SYSTEMS

Autores: M. L. Bryan, H. A. Knutson, B. Fulton, E.J. Lee, K. Batygin, H. Ngo, T. Meshkat

Instituição do primeiro autor: Cahill Center for Astronomy and Astrophysics, California Institute of Technology

Status: Submetido para o Astrophysical Journal

Vários estudos ao longo dos anos mostraram que planetas gigantes gasosos influenciaram significantemente a formação e evolução do nosso sistema solar. Júpiter em particular deve ter desempenhado um papel considerável na formação da parte interna do sistema solar. Os astronômos acreditam que durante a formação do sistema solar, Júpiter bloqueiou o material vindo do disco interno, alterando a velocidade desse material. Isto fez com que a formação planetária acontecesse a algumas unidades astronômicas (UA) do Sol, deixando o sistema solar sem planetas até 0.39 UA. Devido a essa participação única dos gigantes gasosos na formação do nosso sistema solar, os cientistas estão agora interessados em saber se processos similares ocorrem em outros sistemas planetários na nossa galáxia.

Os autores do artigo de hoje estão especialmente interessados em saber como gigantes gasosos com longo período orbital, ou seja ,planetas análogos a Júpiter, interferem na formação de planetas próximo à estrela hospedeira. Em particular, os autores analisam sistemas planetários que contenham análogos de Júpiter e planetas do tipo Super Terras – planetas com a massa maior que a da Terra – mas que possuem uma massa significantemente menor que a de Urano ou Netuno (ver Figura 1). Para encontrar tais sistemas, os autores utilizam observações de velocidade radial.

É difícil estimar o efeito que análogos de Júpiter terão na evolução da região interna do sistema planetário. Os métodos de trânsito e de velocidade radial (VR) requerem observações de uma ou mais órbitas desses planetas, e as missões atuais não duram o tempo suficiente para obsvervar uma órbita completa de um análogo de Júpiter nos sistemas exoplanetários.

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Fig1. Representação artística da Gliese 832c, uma Super-Terra, em comparação com a Terra. Crédito: PHL/Universidade de Porto Rico em Arecibo

Os autores coletaram dados públicos de VR para 65 sistemas, onde cada um deles tem ao menos 1 Super-Terra confirmada, pois esses são os sistemas nos quais os cientistas esperam encontrar análogos de Júpiter. Nesse artigo, os autores definem Super-Terra como um planeta com o raio de 1-4 raios terrestres e uma massa de 1-10 massas terrestres. Um análogo de Júpiter tem uma massa de 0.5-2 massas de Júpiter, e um semi-eixo maior de 1-20 UA.

Nessa amostra de 65 sistemas, os autores podem reconhecer análogos de Júpiter analisando tendências de longa duração nos dados de VR. Entretanto, essas tendências podem ser devido a presença de estrelas companheiras. Portanto, é necessário obter dados de imageamento por óptica adaptativa para buscar pela presença de estrelas companheiras. Em seguida, determina-se se estas tendências exibem uma correlação com as linhas de emissão da estrela para verificar se podem ser devido também a atividade estelar. Por fim, os autores levam em consideração a incerteza introduzida na precisão da localização dos análogos de Júpiter.

Depois de realizar esta análise, os autores encontraram nove sistemas com tendências significantes que indica a presença de planetas análogos de Júpiter. Eles mostram que para sistemas que contém uma super-Terra nas regiões internas, a ocorrência de um planeta tipo Júpiter é de 39±7%. Esse valor é muito maior do que o esperado para encontrá-lo sozinho (ver Figura 2). Os autores também encontraram uma ocorrência de 44±17% para sistemas com uma estrela hospedeira do tipo M (estrelas frias e com o menor tamanho).

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Fig 2. Taxa de ocorrência de um análogo de Júpiter encontrado nesse artigo, comparado com as taxas estimadas em Wittenmyer et al. (2016) e Rowan et al. (2016). Esse estudo encontra uma taxa muito maior para gigantes gasosos com longo período orbital em sistemas hospedando planetas do tipo Super-Terra.

Isso indica que um sistema que tem uma estrela hospedeira de tipo espectral diferente não altera a taxa de ocorrência de planetas análogos a Júpiter em sistemas que hospedam super-Terra. A aparente correlação entre a ocorrência de Super-Terras em regiões internas e análogos de Júpiter nas regiões externas do sistema sugere que gigantes gasosos com longo período orbital não suprimem a formação de Super-Terras. Ou seja, isto pode indicar que os gigantes gasosos podem facilitar a formação de Super-Terras.

Este é um resultado intrigante, pois implica que sistemas com gigantes gasosos de longo período orbital identificados por VR provavelmente contém uma Super-Terra também, o que indica que esses sistemas são os melhores alvo para continuar a busca por esses planetas de tamanho médio e que não existem no nosso sistema solar. Entretanto, ainda temos muito a aprender sobre a formação dos sistemas exoplanetários. Observar e entender correlações como a encontrada neste estudo ajudam os pesquisadores a entender o que esperar da riqueza dos sistemas exoplanetários que hoje conhecemos.

Do original em inglês The Jupiter Analog Companions to Super-Earths, de Catherine Clark.

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