O primeiro planeta semelhante à Terra da missão TESS encontrado em um trio planetário

Título: The First Habitable Zone Earth-sized Planet from TESS. I: Validation of the TOI-700 System

Autores: Emily A. Gilbert, Thomas Barclay, Joshua E. Schlieder, et al.

Instituição do primeiro autor: Department of Astronomy and Astrophysics, University of Chicago, Chicago, Illinois, USA

Status: Submetido ao AAS Journals, acesso livre no arXiv

Desde a descoberta do primeiro planeta fora do nosso sistema solar em 1992, o campo de exoplanetas vem crescendo com descobertas interessantes. As descobertas variam desde um planeta diamante orbitando uma estrela de nêutrons a um planeta gigante rosa orbitando uma estrela na constelação de Virgem. Mas não param por aí, telescópios de todo o mundo correm para encontrar a última jóia. Em particular, os planetas semelhantes à Terra são os mais visados. Uma equipe liderada por um estudante de pós-graduação da Universidade de Chicago relatou o primeiro planeta do tamanho da Terra na zona habitável encontrada pela missão TESS, e seus arredores foram uma surpresa para os astrônomos.

Procurando planetas nos lugares certos

Algumas das maiores perguntas que nós humanos gostamos de perguntar são: “Existe vida lá no universo?” E “Existem outros sistemas solares por aí com planetas exatamente como os nossos?” Para responder a essas perguntas, os astrônomos construíram telescópios maiores e mais avançados para tentar encontrar planetas fora de nossa própria vizinhança, especificamente aqueles semelhantes ao nosso próprio mundo. A missão Kepler foi lançada em 2009 especificamente para procurar esses tipos de planetas: planetas do tamanho da Terra em órbitas semelhantes à da Terra em torno de estrelas semelhantes ao Sol, a fim de estudar o quão comuns eles são no universo. A missão fez muitas descobertas surpreendentes, como um exoplaneta com a densidade da Terra, um planeta em um sistema estelar binário e o primeiro planeta do tamanho da Terra na zona habitável de sua estrela que orbita em torno de uma estrela anã M com metade do tamanho do sol. A missão estendida da Kepler, a K2, concentra-se em estrelas de baixa massa que levaram à descoberta de centenas de pequenos planetas, alguns até na zona habitável de suas estrelas. Juntos, Kepler e a missão K2 encontraram mais de 3.000 novos exoplanetas.

Os exoplanetas são muito pequenos e muito distantes, por isso é muito difícil encontrá-los. Os astrônomos usam quatro métodos: o método de trânsito (que examina o quanto uma estrela escurece quando um planeta fica à sua frente ou a eclipsa), o método de oscilação (que examina como um planeta e uma estrela se movem em torno de um centro comum de massa), imagem direta (que significa tirar uma foto do planeta, diretamente, mas muito difícil e limitador) e microlente (que acontece quando a luz de uma estrela distante se curva em torno de um sistema de uma estrela ou um planeta). O TESS, satélite de pesquisa de trânsito de exoplanetas, foi lançado em 2018 e foi projetado para procurar pequenos planetas em torno dos sistemas vizinhos mais próximos do Sol, usando o método de trânsito. No artigo de hoje, discutimos os primeiros resultados de planetas do tamanho da Terra encontrados na zona habitável de uma estrela anã M, planetas contidos em um estranho trio planetário.

A estrela hospedeira

Compreender as propriedades da estrela hospedeira é fundamental para determinar a habitabilidade dos planetas ao seu redor. As estrelas anãs M são menores e mais fracas que o Sol, mas são muito mais comuns no Universo. A estrela em que a equipe encontrou os planetas se chama TOI-700. Para determinar suas propriedades fundamentais, como massa e temperatura, a equipe usou três métodos diferentes para validar seus resultados. Depois de usar relações conhecidas, verificar suas distribuições de energia espectral em relação aos espectros conhecidos e usar espectroscopia, eles concluíram que a estrela tem uma temperatura efetiva de 3480 K (que é cerca de ⅔ da temperatura do Sol) e uma massa e raio que é cerca da metade do nosso sol. Eles não encontraram sinais de explosões na estrela nas observações ao longo de cinco anos, o que aponta para uma baixa quantidade de atividade magnética, tornando o sistema mais provável de ser habitável.

Goldilock Zone e os Três Planetas

Ao analisar o quanto as estrelas escureceram à medida que os planetas giravam em torno dele, a equipe determinou que havia três planetas ao redor dele com raios de 1,01 ± 0,09, 2,63 ± 0,4 e 1,19 ± 0,11 raios da Terra do interior para o exterior (respectivamente chamados TOI- 700 b, TOI-700 ce TOI-700 d). A Figura 1 mostra o quanto os planetas diminuem a luz da estrela. O TOI-700 b e d são provavelmente do tamanho da Terra, enquanto o TOI-700 c é um planeta do tipo sub-netuniano. O TOI-700 d recebe cerca de 90% da energia que a Terra recebe do Sol, que o coloca na zona habitável da estrela. Depois de encontrar esses planetas, a equipe realizou testes com muitos pacotes de software diferentes, a fim de verificar suas descobertas. Cada um dos três planetas passou nesses testes com uma probabilidade de falso alarme (a probabilidade de o sinal ser devido a algo como ruído do instrumento) de menos de 1%. Determinou-se que as massas dos planetas eram ~ 1,07 massas da Terra, ~ 7,48 massas da Terra e ~ 1,72 massas da Terra para os planetas b, c e d respectivamente.

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Fig. 1 Curvas de luz observadas pelo satélite TESS. A linha rosa representa o quanto a luz da estrela deve diminuir devido a passagem do planeta em frente do disco estelar.

Então, como se faz um sanduíche de Netuno?

O fato de o maior planeta estar no meio desse sistema é um pouco intrigante. Normalmente, os planetas em um determinado sistema têm tamanhos semelhantes e, no caso do nosso sistema solar, os planetas internos são pequenos e rochosos, enquanto os planetas externos são maiores e gasosos. Neste sistema, o planeta gasoso de baixa densidade está imprensado entre os planetas rochosos de maior densidade com massas semelhantes. A Figura 2 mostra o planeta em comparação com outros sistemas. A equipe postula que essa configuração pode ser resultado dos dois planetas internos terem formado mais rápido e acretado significantes envelopes gasosos, enquanto o planeta exterior teria se formado mais lentamente e acumulado menos gás, e em seguida, os planetas mais internos perderam seu envelope de alguma forma. Também é possível que o planeta do meio tenha se formado além do planeta mais externo, mas tenha migrado para dentro de alguma forma, mas como isso pode acontecer ainda não se sabe. Este sistema estranho pode ser difícil de explicar, mas fornece um laboratório rico para explorar os mecanismos de formação de complexos sistemas multi-planetários.

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Fig.2 Os planetas TOI-700 em comparação com outros sistemas conhecidos. O eixo inferior mostra o fluxo (ou energia recebida pelos planetas) em comparação com a Terra e o eixo superior mostra a distância.

Trinta anos atrás nem sabíamos que planetas poderiam existir em outras estrelas. Agora, conhecemos milhares de planetas, e possivelmente alguns deles sejam habitáveis. Novas descobertas de exoplanetas como esta estão agitando o campo da formação planetária e nos levando a repensar nossas idéias sobre que tipos de estrelas podem hospedar planetas e como os planetas se formam. Com o passar do tempo, novos telescópios, como o James Webb Space Telescope, estarão em ação e expandirão o número de exoplanetas. Quem sabe que tipo de planetas extra-solares estranhos encontraremos a seguir!

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