À medida que os planetas se formam no turbilhão de gás e poeira ao redor de estrelas jovens, parece haver um ponto ideal onde a maioria dos grandes gigantes gasosos, como Júpiter, se reúnem, centrados na órbita onde Júpiter está hoje em nosso próprio sistema solar.
A localização deste ponto ideal é entre 3 e 10 vezes a distância que a Terra fica do nosso sol (3-10 unidades astronômicas, ou AU). Júpiter é 5,2 UA do nosso sol.
Essa é apenas uma das conclusões de uma análise sem precedentes de 300 estrelas capturadas pelo Gemini Planet Imager, ou GPI, um detector infravermelho sensível montado no telescópio Gemini South de 8 metros no Chile.
O GPI Exoplanet Survey, ou GPIES, é um dos dois grandes projetos que buscam exoplanetas diretamente, bloqueando a luz das estrelas e fotografando os próprios planetas, em vez de procurar por oscilações na estrela – o método de velocidade radial – ou para planetas cruzando na frente da estrela – a técnica de trânsito. A câmera GPI é sensível ao calor emitido por planetas recém-formados e anãs marrons, que são mais massivas que planetas gigantes gasosos, mas ainda pequenas demais para incendiar a fusão e se tornarem estrelas.
A análise das primeiras 300 das mais de 500 estrelas pesquisadas pelo GPIES, publicado em 12 de junho no The Astronomical Journal, “é um marco”, disse Eugene Chiang, professor de astronomia da UC Berkeley e membro do grupo de teoria da colaboração. “Agora temos excelentes estatísticas sobre a frequência com que os planetas ocorrem, sua distribuição em massa e até que ponto estão longe de suas estrelas. É a análise mais abrangente que já vi neste campo”.
O estudo complementa pesquisas anteriores de exoplanetas, através da contagem de planetas entre 10 e 100 UA, um intervalo no qual é improvável que o levantamento do trânsito do Telescópio Espacial Kepler e as observações de velocidade radial detectem planetas. Foi liderada por Eric Nielsen, pesquisador do Instituto Kavli de Astrofísica de Partículas e Cosmologia da Universidade de Stanford, e envolveu mais de 100 pesquisadores de 40 instituições em todo o mundo, incluindo a Universidade da Califórnia, em Berkeley.
Um novo planeta, uma nova anã marrom
Desde que a pesquisa do GPIES começou há cinco anos, a equipe imaginou seis planetas e três anãs marrons orbitando essas 300 estrelas. A equipe estima que cerca de 9% das estrelas massivas têm gigantes gasosos entre 5 e 13 massas de Júpiter além de 10 UA, e menos de 1% tem anãs marrons entre 10 e 100 UA.
O novo conjunto de dados fornece informações importantes sobre como e onde os objetos massivos se formam nos sistemas planetários.
“À medida que você sai da estrela central, planetas gigantes se tornam mais freqüentes. Por volta de 3 a 10 UA, a taxa de ocorrência aumenta”, disse Chiang. “Sabemos que o pico ocorre porque os levantamentos Kepler e de velocidade radial encontram um aumento na taxa, indo de Júpiteres quentes muito próximos da estrela para Júpiter a alguns UA da estrela. A GPI preencheu a outra extremidade, indo de 10 a 100. AU, e descobrindo que a taxa de ocorrência cai, os planetas gigantes são mais freqüentemente encontrados em 10 do que 100. Se você combinar tudo, há um ponto ideal para a ocorrência de um planeta gigante em torno de 3 a 10 UA. “
“Com futuros observatórios, particularmente o Telescópio de Trinta Metros e ambiciosas missões espaciais, começaremos a imaginar os planetas que residem no local ideal para estrelas semelhantes ao sol”, disse o membro da equipe Paul Kalas, professor adjunto de astronomia da UC Berkeley.
Uma equipe de astrônomos passou cinco anos no telescópio Gemini Sul fotografando 531 jovens estrelas em busca de planetas semelhantes a Júpiter. Uma câmera avançada, o Gemini Planet Imager, bloqueia a luz de cada estrela para obter imagens do brilho infravermelho mais fraco de um planeta. Cada círculo é uma observação de uma estrela no céu do sul: círculos azuis são estrelas com um exoplaneta observado; círculos vermelhos indicam estrelas com cinturões de cometas empoeirados; círculos cinzentos são estrelas sem planetas detectados. Vários círculos indicam estrelas, como 51 Eri, que foram observadas várias vezes para rastrear o movimento orbital do planeta ao longo do tempo. (y) Crédito: Equipe GPIES, com animação de Paul Kalas, UC Berkeley.
O levantamento de exoplanetas descobriu apenas um planeta antes desconhecido – 51 Eridani b, quase três vezes a massa de Júpiter – e uma anteriormente anã marrom desconhecida – HR 2562 B, pesando cerca de 26 massas de Júpiter. Nenhum dos planetas gigantes fotografados estava ao redor de estrelas parecidas com o sol. Em vez disso, planetas gigantes a gás foram descobertos apenas em torno de estrelas mais massivas, pelo menos 50% maiores que o nosso sol, ou 1,5 de massa solar.
“Dado o que nós e outras pesquisas vimos até agora, nosso sistema solar não se parece com outros sistemas solares”, disse Bruce Macintosh, o investigador principal da GPI e professor de física em Stanford. “Não temos tantos planetas acondicionados tão perto do sol quanto suas estrelas e agora temos evidências de que uma outra maneira de sermos raros é ter esses planetas de Júpiter e acima.”
“O fato de planetas gigantes serem mais comuns em estrelas mais massivas que estrelas parecidas com o sol é um quebra-cabeça interessante”, disse Chiang.
Como muitas estrelas visíveis no céu noturno são estrelas jovens e gigantescas chamadas estrelas, isso significa que “as estrelas que você pode ver no céu noturno com seus olhos são mais propensas a ter planetas com massa de Júpiter ao seu redor do que as estrelas mais fracas que você precisa um telescópio para ver “, disse Kalas. “Isso é meio legal.”
A análise também mostra que planetas gigantes gasosos e anãs marrons, embora aparentemente em um continuum de massa crescente, podem ser duas populações distintas formadas de diferentes maneiras. Os gigantes gasosos, até cerca de 13 vezes a massa de Júpiter, parecem ter se formado por acreção de gás e poeira em objetos menores – de baixo para cima. Anãs marrons, entre 13 e 80 massas de Júpiter, se formaram como estrelas, pelo colapso gravitacional – de cima para baixo – dentro da mesma nuvem de gás e poeira que deu origem às estrelas.
“Acho que esta é a evidência mais clara de que esses dois grupos de objetos, planetas e anãs marrons, se formam de forma diferente”, disse Chiang. “Eles realmente são maçãs e laranjas”.
Imagem direta é o futuro
O Gemini Planet Imager pode projetar nitidamente planetas em torno de estrelas distantes, graças à extrema óptica adaptativa, que detecta rapidamente a turbulência na atmosfera e reduz o desfoque ao ajustar a forma de um espelho flexível. O instrumento detecta o calor de corpos ainda brilhando de sua própria energia interna, como exoplanetas que são grandes, entre 2 e 13 vezes a massa de Júpiter, e jovens, com menos de 100 milhões de anos, comparados aos 4,6 bilhões de anos do nosso sol anos. Mesmo que bloqueie a maior parte da luz da estrela central, o brilho ainda limita a GPI a ver apenas planetas e anãs marrons longe das estrelas que orbitam, entre cerca de 10 e 100 UA.
A equipe planeja analisar os dados sobre as estrelas remanescentes da pesquisa, na esperança de obter mais informações sobre os tipos e tamanhos mais comuns de planetas e anãs marrons.
Chiang observou que o sucesso do GPIES mostra que a imagem direta se tornará cada vez mais importante no estudo de exoplanetas, especialmente para entender sua formação.
“Imagem direta é a melhor maneira de chegar aos planetas jovens”, disse ele. “Quando os planetas jovens estão se formando, suas estrelas jovens são muito ativas, nervosas demais, para que a velocidade radial ou os métodos de trânsito funcionem facilmente. Mas, com imagens diretas, ver é acreditar.”
Publicado em 13/06/2019
Artigo original: https://phys.org/news/2019-06-jupiter-like-exoplanets-sweet-planetary.html
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