Um sistema celestial binário recém-descoberto pode avançar nossa compreensão da evolução de planetas e estrelas sob condições extremas
A busca por exoplanetas – planetas que orbitam estrelas localizadas além das fronteiras do nosso sistema solar – é um tema quente na astrofísica. Dos vários tipos de exoplanetas, um é quente no sentido literal: Júpiteres quentes, uma classe de exoplanetas que são fisicamente semelhantes ao planeta gigante gasoso Júpiter da nossa vizinhança. Ao contrário do “nosso” Júpiter, os Júpiteres quentes orbitam muito perto das suas estrelas, completam uma órbita completa em apenas alguns dias ou mesmo horas e – como o seu nome sugere – têm temperaturas superficiais extremamente altas. Eles exercem grande fascínio para a comunidade astrofísica. No entanto, são difíceis de estudar porque o brilho da estrela próxima torna-os difíceis de detectar.
Agora, num estudo publicado na Nature Astronomy, os cientistas relatam a descoberta de um sistema constituído por dois corpos celestes, localizados a cerca de 1.400 anos-luz de distância, que, juntos, oferecem uma excelente oportunidade para estudar atmosferas quentes de Júpiter, bem como para avançar nossa compreensão da evolução planetária e estelar. A descoberta deste sistema binário – o mais extremo do seu tipo conhecido até agora em termos de temperatura – foi feita através da análise de dados espectroscópicos recolhidos pelo Very Large Telescope do Observatório Europeu do Sul, no Chile.
“Identificamos um objeto quente semelhante a Júpiter em órbita estelar que é o mais quente já encontrado, cerca de 2.000 graus mais quente que a superfície do Sol”, diz o principal autor do estudo, Dr. com a equipe do Dr. Sagi Ben-Ami no Departamento de Física de Partículas e Astrofísica do Instituto Weizmann de Ciência. Ela acrescenta que, ao contrário dos planetas quentes de Júpiter, obscurecidos pelo brilho, é possível ver e estudar este objeto porque é muito grande em comparação com a estrela hospedeira que orbita, que é 10.000 vezes mais ténue do que uma estrela normal. “Isso o torna um laboratório perfeito para estudos futuros das condições extremas de Júpiteres quentes”, diz ela.
“Identificamos um objeto quente semelhante a Júpiter em órbita estelar que é o mais quente já encontrado, cerca de 2.000 graus mais quente que a superfície do Sol.”
Uma extensão da investigação que conduziu em 2017 com o Prof. Dan Maoz, seu orientador de doutoramento na Universidade de Tel Aviv, a nova descoberta de Hallakoun pode tornar possível obter uma compreensão mais clara dos Júpiteres quentes, bem como da evolução das estrelas em sistemas binários.
Enorme anã marrom com orientação “semelhante à da Lua”
O sistema binário que Hallakoun e colegas descobriram envolve dois objetos celestes que são chamados de “anões”, mas que são de natureza muito diferente. Uma delas é uma “anã branca”, o remanescente de uma estrela semelhante ao Sol depois de ter esgotado o seu combustível nuclear. A outra parte do par, que não é um planeta ou uma estrela, é uma “anã castanha” – um membro de uma classe de objetos que têm uma massa entre a de um gigante gasoso como Júpiter e a de uma pequena estrela.
As anãs marrons são às vezes chamadas de estrelas fracassadas porque não têm massa suficiente para alimentar reações de fusão de hidrogênio. No entanto, ao contrário dos planetas gigantes gasosos, as anãs marrons são suficientemente massivas para sobreviver à “atração” dos seus parceiros estelares.
“A gravidade das estrelas pode fazer com que objetos que se aproximam demasiado se se quebrem, mas esta anã castanha é densa, com 80 vezes a massa de Júpiter comprimida no tamanho de Júpiter”, diz Hallakoun. “Isso permite que ele sobreviva intacto e forme um sistema binário estável.”
Quando um planeta orbita muito perto da sua estrela, as forças diferenciais da gravidade que actuam no lado próximo e distante do planeta podem fazer com que os períodos orbital e rotacional do planeta se tornem sincronizados. Este fenómeno, denominado “bloqueio de maré”, bloqueia permanentemente um lado do planeta numa posição voltada para a estrela, à semelhança da forma como a Lua da Terra está sempre voltada para a Terra, enquanto o seu chamado “lado escuro” permanece fora de vista. O bloqueio das marés leva a diferenças extremas de temperatura entre o hemisfério do “lado diurno” bombardeado pela radiação estelar direta e o outro hemisfério, voltado para fora, do “lado noturno”, que recebe uma quantidade muito menor de radiação.
A radiação intensa das suas estrelas provoca temperaturas superficiais extremamente altas de Júpiter, e os cálculos que Hallakoun e os seus colegas fizeram sobre o sistema emparelhado de anãs brancas e anãs castanhas mostram o quão quentes as coisas podem ficar. Analisando o brilho da luz emitida pelo sistema, eles conseguiram determinar a temperatura da superfície da anã marrom em órbita em ambos os hemisférios. O lado diurno, descobriram eles, tem uma temperatura entre 7.250 e 9.800 Kelvin (cerca de 7.000 e 9.500 Celsius), que é tão quente quanto uma estrela do tipo A – estrelas semelhantes ao Sol que podem ter o dobro da massa do Sol – e mais quente. do que qualquer planeta gigante conhecido. A temperatura do lado noturno, por outro lado, está entre 1.300 e 3.000 Kelvin (cerca de 1.000 e 2.700 Celsius), resultando em uma diferença extrema de temperatura de cerca de 6.000 graus entre os dois hemisférios.
Um raro vislumbre de uma região inexplorada
Hallakoun diz que o sistema que ela e os seus colegas descobriram oferece uma oportunidade para estudar o efeito da radiação ultravioleta extrema nas atmosferas planetárias. Essa radiação desempenha um papel importante numa variedade de ambientes astrofísicos, desde regiões de formação estelar, passando por discos de gás primordiais a partir dos quais os planetas são formados em torno das estrelas, até às atmosferas dos próprios planetas. Esta radiação intensa, que pode levar à evaporação de gases e à quebra de moléculas, pode ter um impacto significativo na evolução estelar e planetária. Mas isso não é tudo.
“Apenas um milhão de anos desde a formação da anã branca neste sistema – uma quantidade minúscula de tempo na escala astronómica – tivemos um raro vislumbre dos primórdios deste tipo de sistema binário compacto”, diz Hallakoun. Ela acrescenta que, embora a evolução de estrelas individuais seja bastante conhecida, a evolução de sistemas binários em interação ainda é pouco compreendida.
“Os Júpiteres quentes são a antítese dos planetas habitáveis – são lugares dramaticamente inóspitos para a vida”, diz Hallakoun. “Futuras observações espectroscópicas de alta resolução deste sistema quente semelhante a Júpiter – idealmente feitas com o novo Telescópio Espacial James Webb da NASA – podem revelar como as condições quentes e altamente irradiadas impactam a estrutura atmosférica, algo que poderia nos ajudar a entender exoplanetas em outras partes do universo.”
A superfície do Sol tem uma temperatura de 5.500 Celsius. O Júpiter quente mais quente conhecido, KELT-9b, tem uma temperatura diurna de cerca de 4.300 graus Celsius e uma diferença de temperatura entre o dia e a noite de cerca de 1.500 graus.
Os participantes do estudo também incluíram o Prof. Dan Maoz, da Universidade de Tel Aviv; Dra. Alina G. Istrate e Prof. Gijs Nelemans da Radboud University, Holanda; Prof. Carles Badenes da Universidade de Pittsburgh; Dr. Elmé Breedt, da Universidade de Cambridge; Prof. Boris T. Gänsicke e o falecido Prof. Thomas R. Marsh da Universidade de Warwick; Prof. Saurabh W. Jha da Universidade Rutgers; Prof. Bruno Leibundgut e Dr. Ferdinando Patat do Observatório Europeu do Sul; Dr. Filippo Mannucci do Instituto Nacional Italiano de Astrofísica (INAF); e Prof. Alberto Rebassa-Mansergas da Universidade Politécnica da Catalunha.
A pesquisa do Dr. Sagi Ben-Ami é apoiada pelo Prêmio Peter e Patricia Gruber; a Fundação Azrieli; o Instituto André Deloro de Pesquisas Avançadas em Espaço e Óptica; e o Willner Family Leadership Institute do Weizmann Institute of Science.
Ben-Ami é o titular da Cátedra de Desenvolvimento de Carreira de Aryeh e Ido Dissentshik.
Publicado em 09/09/2023 10h36
Artigo original: