O prêmio Nobel para a descoberta de 51 Pegasi b

Título: A Jupiter-mass companion to a solar-type star

Autores: Michel Mayor e Didier Queloz

Instituição do primeiro autor: Geneva Observatory, Suíça

Status: publicado na Nature

O prêmio Nobel de Física de 2019 foi concedido a três astrofísicos: James Peebles pelo seu trabalho em cosmologia (veja no astroponto anterior!), e Michel Mayor e Didier Queloz pela descoberta do primeiro planeta extrassolar orbitando uma estrela similar ao Sol. Hoje vamos viajar no tempo de volta a 1995, quando o artigo anunciando esse planeta extrassolar iniciou uma revolução no campo de exoplanetas.

O que Mayor e Queloz encontraram, e como eles o fizeram? Embora existam muitas formas de encontrar-se um exoplaneta, esta descoberta utilizou o método de velocidades radiais (Figura 1). A estrela e o planeta estão ambos orbitando ao redor do centro de massa do sistema. Como a estrela tem uma massa muito maior, o centro de massa é muito próximo do seu centro – mas não exatamente nele. Sendo assim, a estrela ainda mostra um pequeno movimento enquanto orbita o centro de massa. Observando esse movimento, podemos inferir se há algum planeta ao redor da estrela e estimar o quão massivo é o planeta, assim como o quão distante ele está da estrela. Mayor e Queloz olharam para muitas estrelas no céu buscando por planetas. Eles estavam buscando em particular por superjúpiters, que são maiores que o maior planeta no nosso Sistema Solar. A massa considerável desses planetas os torna mais fáceis de serem encontrados, pois eles irão deslocar o centro de massa do sistema para mais longe do centro da estrela, fazendo com que o movimento da estrela seja mais fácil de observar.

Figura 1: animação ilustrando o método de velocidade racial, que foi utilizado na descoberta de 51 Pegasi b. Pode-se notar o movimento da estrela e do planeta ao redor do centro de massa do sistema (à esquerda), e o sinal que iremos detectar devido a esse movimento (à direita). Créditos: Alysa Obertas (@AstroAlysa)

Ao analisarem os dados coletados (Figura 2), os autores encontraram evidências de um objeto peculiar orbitando a estrela 51 Pegasi: algo cerca de duas vezes maior que Júpiter, mas sete vezes mais próximo da estrela do que Mercúrio está do Sol. Esse objeto é hoje conhecido como 51 Pegasi b. O mais intrigante sobre esse objeto é o quão próximo ele está de sua estrela: como poderia um gigante de gás formar-se ali? Esse tipo de planeta precisa de temperaturas frias para que o material coalesça e forme um planeta. Esse novo objeto não fazia nenhum sentido considerando os modelos de formação planetária da época!

Figura 2: curva de velocidade radial de 51 Pegasi, mostrando variação devido à existência do planeta 51 Pegasi b. Os pontos pretos são os dados com a barra de incerteza, e a linha contínua é o modelo de melhor ajuste. Figura 4 no artigo.

Mayor e Queloz propuseram algumas possíveis explicações para a formação de 51 Pegasi b, sugerindo que o planeta de alguma forma moveu-se para próximo da estrela. Ou talvez era originalmente uma anã marrom (um objeto com massa menor que uma estrela, mas maior que um planeta, às vezes chamado de “estrela falida”) que perdeu sua atmosfera devido à alta temperatura de 51 Pegasi. Teorias e simulações mais recentes sugerem que a primeira explicação é a correta: 51 Pegasi b provavelmente formou-se longe de sua estrela, mas migrou para próximo dela devido à interação com o material que restou em órbita após sua formação.

51 Pegasi b foi, na verdade, o primeiro de muitos “Júpiters quentes” a ser descoberto, servindo de protótipo para essa classe. Encontramos muitos desses objetos porque eles causam os sinais mais óbvios (eles são massivos e estão próximos da estrela, de modo que têm um efeito gravitacional considerável), não porque eles são particularmente comuns. Considerando os dados atuais, o tipo mais comum de exoplaneta tem um tamanho entre a Terra e Netuno (são conhecidos como “superterras” ou “mininetunos“).

Essa detecção foi particularmente convincente porque os autores cuidadosamente excluíram outros processos que poderiam causar variação na velocidade radial da estrela: manchas, variabilidade ou pulsações. Com isso, os autores puderam afirmar com segurança que haviam descoberto o primeiro exoplaneta ao redor de uma estrela tipo-Sol, colocando-se no caminho para um Nobel.

Embora outros exoplanetas tenham sido descobertos no início dos anos 90 ao redor de pulsares (remanescentes estelares que resultam da morte de estrelas massivas), a observação de Mayor e Queloz foi a que realmente causou entusiasmo no campo de exoplanetas e abriu a temporada de caça aos planetas extrassolares.

Nos 25 anos desde essa descoberta, descobrimos milhares de exoplanetas (a contagem está em mais de 4000!). Também desenvolvemos outros métodos para encontrar planetas, assim como métodos para aprender sobre o seu tamanho, atmosfera, composição, órbitas. Além disso, obtivemos imagens da formação de sistemas planetários, encontramos planetas que não existem no Sistema Solar (como “superterras” e “Júpiters quentes”) e até mesmo descobrimos um planeta ao redor da estrela mais próxima do Sistema Solar, Proxima Centauri. Muitos desses planetas foram descobertos pelo satélite Kepler, que foi desenvolvido com o objetivo de descobrir o quão exoplanetas são comuns. O legado está agora com o satélite TESS, que está buscando por planetas em estrelas próximas para que possamos estudar em mais detalhes suas características.

O futuro continua promissor para o campo de exoplanetas!


Adaptado de The Nobel-Winning Discovery of 51 Pegasi b, escrito por Briley Lewis.

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