Os planetas que orbitam estrelas binárias estão em uma situação difícil: eles precisam lidar com a atração gravitacional de duas estrelas separadas. A formação planetária em torno de uma única estrela como o nosso sol é relativamente direta em comparação com o que os planetas circumbinários passam. Até recentemente, os astrônomos não tinham certeza de que eles existiam.
Os astrônomos raramente encontram estrelas binárias com planetas orbitando-as. Pode ser porque são raros ou porque são difíceis de detectar; provavelmente ambos. Agora, uma equipe de pesquisadores encontrou uma estrela binária com mais de um planeta. Esta é apenas a segunda instância de um sistema estelar binário multiplanetário. O que isso nos diz sobre esses tipos de sistemas solares?
O sistema é chamado TOI-1338 e é uma estrela binária a cerca de 1.300 anos-luz de distância na constelação de Pictoris. TOI-1338 a é uma estrela da sequência principal de 1,12 massas solares e TOI-1338 b é uma anã M (anã vermelha) de 0,3 massas solares. O sistema estelar tem cerca de 4,4 bilhões de anos.
Um estagiário de verão no Goddard Space Flight Center da NASA descobriu o primeiro planeta ao redor do binário em 2017. TOI-1338 b é um planeta circumbinário com cerca de 33 massas terrestres e está entre Saturno e Netuno em tamanho. Está em uma órbita de 95 dias em torno das estrelas binárias.
Planetas circulares são difíceis de encontrar nos dados porque as estrelas podem eclipsar umas às outras, dificultando o discernimento dos trânsitos planetários. Seus trânsitos também podem ser irregulares e podem transitar na frente de apenas uma das estrelas binárias. Os trânsitos do TOI-1338 b ocorrem de forma irregular, entre 93 e 95 dias, tornando-o não periódico. E como ambas as estrelas estão se movendo, a profundidade do trânsito varia.
Devido à inclinação do TOI-1338 b, de nossa perspectiva, ele irá parar de transitar em frente de sua estrela em novembro de 2023. Então, por volta de 2031, veremos os trânsitos novamente.
Agora, os astrônomos encontraram um segundo planeta orbitando TOI-1338. É chamado TOI-1338/BEBOP-1c, e eles o encontraram usando o método de velocidade radial em vez do método de trânsito. O nome BEBOP vem de um projeto de observação. “Para aumentar o número de planetas circumbinários conhecidos e fornecer massas precisas para sistemas descobertos com o método de trânsito, iniciamos uma pesquisa de observação de velocidade radial dedicada à detecção de planetas circumbinários chamada Binaries Escolted By Orbiting Planets (BEBOP)”, explicam os autores em o papel deles.
Os pesquisadores relataram suas descobertas em um artigo intitulado “O primeiro planeta circuncumbinário descoberto com velocidades radiais”. Ele foi aceito para publicação na Nature Astronomy e está disponível no servidor de pré-impressão arXiv. O principal autor é Matthew R. Standing, Ph.D. aluno da School of Physics and Astronomy, University of Birmingham, Reino Unido.
O novo planeta é um gigante gasoso com cerca de 65 massas terrestres. Está em uma órbita mais ampla que o TOI-1338 b e tem um período orbital de cerca de 215 dias. Os astrônomos o descobriram usando dados de velocidade radial coletados com os espectrógrafos HARPS e ESPRESSO. Esta descoberta marca a primeira vez que os astrônomos encontraram um planeta circumbinário usando velocidade radial, e o sistema é apenas o segundo sistema circumbinário de múltiplos planetas encontrado.
Os astrônomos estão muito interessados em planetas circumbinários. Eles são comuns na ficção científica, mas não foram confirmados até que a missão Kepler encontrou o primeiro. Chama-se Kepler-16b e é excêntrico à sua maneira. Está dentro do raio que os astrônomos pensavam ser o limite interno para planetas em sistemas estelares binários. Kepler-16b não tem planetas irmãos.
Agora sabemos de 12 planetas circumbinários, e dois deles estão em sistemas multiplanetários. O primeiro sistema circumbinário multiplanetário encontrado pelos astrônomos é chamado Kepler-47 e hospeda três explanetas conhecidos. O programa de observação BEBOP é projetado para descobrir mais planetas circumbinários e discernir mais sobre eles. Seu principal objetivo é encontrar mais deles, e conseguirá isso superando alguns dos vieses observacionais de Kepler.
Os sistemas estelares binários são muito mais complicados do que os sistemas estelares únicos como o nosso. As estrelas binárias interrompem a formação do planeta de maneiras que os sistemas estelares mais previsíveis não conseguem. As estrelas duplas criam condições adversas no ambiente protoplanetário. Os astrônomos costumavam pensar que os planetas nesses sistemas seriam submetidos a colisões catastróficas ou seriam lançados para fora de seus sistemas por perturbações gravitacionais. Mas todas essas descobertas recentes mostram que isso não é necessariamente verdade. Ao encontrar mais planetas circumbinários e caracterizar suas semelhanças e diferenças com os planetas de estrela única, os astrônomos aprenderão muito sobre como os planetas se formam e migram.
Uma das dificuldades em estudar planetas circumbinários é determinar suas massas. O BEBOP foi projetado não apenas para encontrar planetas, mas também para medir suas massas com mais precisão. Isso é crítico porque conhecer suas massas ajuda a determinar quais são inchados, com atmosferas estendidas adequadas para espectroscopia atmosférica. O BEBOP não apenas encontrou o segundo planeta, mas também mediu a massa do planeta interior do TOI-1338 com mais precisão.
Encontrar outro sistema circumbinário multiplanetário e determinar suas massas é uma descoberta importante. Embora esses sistemas alterem algumas partes dos modelos de formação dos planetas, eles acabarão por tornar nossos modelos mais precisos.
Os pesquisadores dizem que, em algum momento, TOI-1338/BEBOP-1c certamente transitará pela estrela primária, mas não podem dizer quando. Isso apesar do desalinhamento entre o planeta e a estrela. “Pode parecer contra-intuitivo a princípio que um desalinhamento planetário-binário torne a transitabilidade mais provável”, escrevem eles. Isso ocorre porque a inclinação do céu do planeta oscila em torno da inclinação do céu do binário, de acordo com os autores e, eventualmente, a inclinação do planeta se aproximará de 90 graus. Isso significa que “… a grande maioria dos planetas circumbinários orbitando binários eclipsantes eventualmente transitará.”
A equipe também examinou a questão de outros planetas ao redor da estrela binária. Nenhum foi detectado ainda, mas ainda podem ser. Embora não possam dizer com certeza se existem planetas adicionais, eles calcularam e traçaram graficamente as limitações de quaisquer detecções potenciais.
Um dos problemas com o estudo de planetas circumbinários em torno de estrelas binárias é que a maioria dos que conhecemos são muito fracos. Isso significa que para a maioria deles, incluindo o novo planeta TOI-1338/BEBOP-1c, não há oportunidade de empregar a espectroscopia para sondar suas atmosferas. Mas seu irmão descoberto anteriormente, TOI-1338b, pode ser iluminado o suficiente. “Portanto”, escrevem os pesquisadores, “apesar dos desafios que pode apresentar, o TOI-1338/BEBOP-1b é nossa única possibilidade de lançar luz sobre a composição atmosférica de planetas circumbinários”.
“Dos agora 15 exoplanetas circumbinários conhecidos, TOI-1338/BEBOP-1b é o único para o qual a espectroscopia de transmissão do Telescópio Espacial James Webb pode ser realizada atualmente. O sistema TOI-1338/BEBOP-1 oferece uma nova esperança”, escrevem os autores em seu artigo.
Publicado em 07/02/2023 05h07
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