A descoberta de um exoplaneta muito fino de ‘algodão doce’ choca os cientistas – ‘Não podemos explicar como este planeta se formou’

Os astrônomos descobriram um planeta enorme e de baixa densidade chamado WASP-193b, que é 50% maior que o nosso planeta. Júpiter Mas tem uma densidade semelhante à do algodão doce. Esta descoberta desafia as actuais teorias de formação planetária, uma vez que os cientistas não conseguem explicar como tal planeta se formaria.

Astrônomos descobriram uma enorme e fofa bola alienígena de um planeta orbitando uma estrela distante em nossa galáxia via Láctea galáxia. A descoberta foi relatada em 14 de maio na revista Astronomia da natureza Por pesquisadores de Instituto de Tecnologia de MassachusettsA descoberta, feita na Universidade de Liège, na Bélgica, e noutros locais, é uma chave promissora para o mistério de como se formam estes planetas gigantes ultraleves.

O novo planeta, chamado WASP-193b, parece ser um anão do tamanho de Júpiter, mas a sua densidade é uma fração da sua densidade. Os cientistas descobriram que o gigante gasoso é 50% maior que Júpiter e cerca de um décimo mais denso, o que é muito baixo, semelhante à densidade do algodão doce.

WASP-193b é o segundo planeta mais leve já descoberto, depois do menor, Netuno-Como o mundo, Kepler 51d. O tamanho muito maior do novo planeta, combinado com a sua densidade extremamente leve, torna o WASP-193b algo atípico entre os mais de 5.400 planetas descobertos até agora.

“Encontrar estes objetos gigantes com densidades tão pequenas é realmente muito raro”, diz Khaled Al-Barqawi, autor principal do estudo e investigador de pós-doutoramento no MIT. “Existe uma classe de planetas chamados Júpiteres inchados, e há 15 anos que eles são um mistério sobre o que são. Este é um caso extremo dessa classe.

“Não sabemos onde colocar este planeta em todas as teorias de formação que temos agora, porque é uma anomalia em todas elas”, acrescenta o co-autor Francisco Pozuelos, investigador sénior do Instituto de Astrofísica da Andaluzia. Na Espanha. “Não podemos explicar como é que este planeta se formou com base em modelos evolutivos clássicos. Observar atentamente a sua atmosfera permitir-nos-á obter um caminho evolutivo para este planeta.”

Os co-autores do estudo do MIT incluem Julian de Wit, professor assistente no Departamento de Ciências da Terra, Atmosféricas e Planetárias do MIT, e Artem Burdanov, pesquisador de pós-doutorado no MIT, juntamente com colaboradores de várias instituições em toda a Europa.

Impressão artística do sistema WASP-193b. Crédito: Universidade de Liège

“Desenvolvimento interessante”

O novo planeta foi inicialmente avistado pelo Projeto Wide Angle Search for Planets, ou WASP, uma colaboração internacional entre instituições académicas que, em conjunto, operam dois observatórios robóticos, um no hemisfério norte e outro no sul. Cada observatório utiliza uma série de câmeras grande angulares para medir o brilho de milhares de estrelas individuais em todo o céu.

Em pesquisas realizadas entre 2006 e 2008, e novamente de 2011 a 2012, o Observatório WASP-Sul detectou trânsitos periódicos, ou quedas de luz, de WASP-193, uma estrela próxima e brilhante, semelhante ao Sol, localizada a 1.232 anos de distância da Terra. . Os astrónomos determinaram que as quedas periódicas no brilho da estrela eram consistentes com um planeta que orbita a estrela e bloqueia a sua luz a cada 6,25 dias. Os cientistas mediram a quantidade total de luz que o planeta bloqueou em cada trânsito, dando-lhes uma estimativa do tamanho do planeta gigante, aproximadamente do tamanho de um super-Júpiter.

Em seguida, os astrónomos procuraram determinar a massa do planeta, uma medida que revelaria então a sua densidade e talvez também pistas sobre a sua composição. Para obter uma estimativa da massa, os astrónomos normalmente usam a velocidade radial, uma técnica pela qual os cientistas analisam o espectro da estrela, ou diferentes comprimentos de onda da luz, à medida que o planeta orbita a estrela. O espectro de uma estrela pode mudar de maneiras específicas dependendo do que atrai a estrela, como o planeta que ela orbita. Quanto mais massivo for um planeta e quanto mais próximo estiver da sua estrela, mais o seu espectro se altera — uma distorção que pode dar aos cientistas uma ideia da massa do planeta.

Para WASP-193 b, os astrónomos obtiveram espectros adicionais de alta resolução da estrela obtidos por vários telescópios terrestres e tentaram usar a velocidade radial para calcular a massa do planeta. Mas continuou a aparecer vazio, precisamente porque, como se viu, o planeta era demasiado leve para ser detectado na sua estrela.

“Normalmente, os planetas grandes são muito fáceis de detectar, porque geralmente são massivos e exercem um grande impacto na sua estrela”, explica De Wit. “Mas o que era difícil neste planeta era que, embora fosse enorme, a sua massa e densidade eram tão baixas que era muito difícil de detectar usando apenas a técnica da velocidade radial. Foi um desenvolvimento interessante.”

“[WASP-193b] “É tão brando que foram necessários quatro anos para coletar dados e mostrar que havia um sinal de massa, mas na verdade é muito pequeno”, diz Barqawi.

“Inicialmente estávamos obtendo densidades muito baixas e foi muito difícil de acreditar no início”, acrescenta Buzuelos. “Repetimos várias vezes o processo de análise de todos os dados para ter certeza de que esta era a verdadeira densidade do planeta porque era muito raro.”

Um mundo inflado

No final das contas, a equipe confirmou que o planeta era realmente muito leve. Eles calcularam que sua massa era cerca de 0,14 da massa de Júpiter. Sua densidade, derivada de sua massa, era de cerca de 0,059 gramas por centímetro cúbico. Em contraste, o peso de Júpiter é de cerca de 1,33 gramas por centímetro cúbico; A Terra é 5,51 gramas por centímetro cúbico maior. Talvez a substância com densidade mais próxima do novo planeta fofo seja o algodão doce, que tem uma densidade de cerca de 0,05 gramas por centímetro cúbico.

“O planeta é tão leve que é difícil pensar em matéria sólida comparável”, diz Barqawi. “A razão pela qual é próximo do algodão doce é porque ambos são feitos principalmente de gases leves, em vez de sólidos. O planeta é basicamente muito fino.”

Os investigadores suspeitam que o novo planeta é composto maioritariamente por hidrogénio e hélio, como a maioria dos outros gigantes gasosos da galáxia. Para WASP-193b, estes gases provavelmente formam uma atmosfera extremamente inchada que se estende por dezenas de milhares de quilómetros para além da atmosfera de Júpiter. Como um planeta poderia inchar tanto e ainda manter uma densidade de luz tão extrema é uma questão que nenhuma teoria existente de formação planetária pode ainda responder.

Para obter uma imagem melhor do novo mundo fino, a equipa planeia usar uma técnica D-Wit previamente desenvolvida para primeiro derivar certas propriedades da atmosfera do planeta, tais como a sua temperatura, composição e pressão em diferentes profundidades. Estas propriedades podem então ser usadas para calcular com precisão a massa do planeta. Por enquanto, a equipe vê o WASP-193b como um candidato ideal para estudos de acompanhamento por observatórios como o WASP-193b Telescópio Espacial James Webb.

“Quanto maior for a atmosfera de um planeta, mais luz poderá passar através dela”, diz de Wit. “Portanto, este planeta é claramente um dos melhores alvos que temos para estudar os efeitos atmosféricos. Servirá como uma Pedra de Roseta para tentar resolver o mistério dos Júpiteres protuberantes.”

Referência: “Uma atmosfera extensa e de baixa densidade em torno do planeta WASP-193 b do tamanho de Júpiter” por Khaled Al-Barqawi, Francisco J. Bozuelos, Coyle Hillier, Barry Smalley, Louise D. Nielsen, Prajwal Niraula, Michael Gillon, Julian de Wit, Simon Müller, Caroline Dorn, Ravit Held, Emmanuel Jehin, Brice Olivier Demaure, Valérie van Grootel, Abderrahmane Sepkew, Mourad Ghashoui, David. Anderson, Zuhair Ben Khaldoun, François Bouchy, Artem Bordanov, Leticia Delris, Elsa Ducrot, Leonel Garcia, Abdelhadi Al Jabri, Monica Lindell, Pierre F. L. Maxted, Catriona A. Murray, Peter Bellman Pedersen, Didier Kilo, Daniel Sebastian, Oliver Turner, Stefan Audrey, Mathilde Timmermans, Amaury HMG Triode e Richard G. West, 14 de maio de 2024, Astronomia da natureza.
DOI: 10.1038/s41550-024-02259-y

Esta pesquisa foi financiada, em parte, pela Associação Universitária e pelo Conselho de Instalações Científicas e Tecnológicas do Reino Unido para WASP; Conselho Europeu de Investigação; União Valónia-Bruxelas; e a Fundação Heising-Simons, Colin e Leslie Masson, e Peter A. Gilman, que apoiam o Artemis e outros telescópios SPECULOOS.