Pela primeira vez, os astrônomos avistaram um exoplaneta cuja órbita está decaindo em torno de uma estrela envelhecida. O mundo condenado parece destinado a espiralar cada vez mais perto de sua estrela em expansão até que colidam, destruindo o primeiro exoplaneta descoberto pelo telescópio espacial Kepler.
A descoberta oferece novos insights sobre o lento processo de decaimento orbital planetário, fornecendo a primeira visão de um sistema solar tão avançado em seu ciclo de vida. A morte por estrela é um destino que aguarda muitos mundos – incluindo a Terra, em cerca de 5 bilhões de anos. O exoplaneta Kepler-1568b tem menos de 3 milhões de anos restantes, dizem os cientistas.
“Temos teóricos que preveem o destino das estrelas e de seus planetas há décadas, mas nunca antes tivemos observações para testá-los”, disse Ashley Chontos, bolsista de pós-doutorado Henry Norris Russell em astrofísica em Princeton. “Também podemos pensar nisso em termos de nosso próprio sistema solar. Quanto tempo a Terra sobreviverá depois que o Sol fundir todo o seu hidrogênio em hélio? Temos algumas ideias, mas no final das contas é difícil dizer com certeza. Esses sistemas de planeta único são realmente importantes para ajudar a ancorar essas diferentes teorias”.
Chontos é o segundo autor de um novo estudo no Astrophysical Journal Letters descrevendo as observações dos pesquisadores do exoplaneta condenado.
O primeiro autor é Shreyas Vissapragada, 51 Pegasi b Fellow da Universidade de Harvard e da Smithsonian Institution. “Já detectamos evidências de exoplanetas em espiral em direção às suas estrelas, mas nunca vimos um planeta assim em torno de uma estrela evoluída”, disse ele.
Para estrelas semelhantes ao sol, “evoluído” refere-se àquelas que fundiram todo o seu hidrogênio em hélio e passaram para o próximo estágio de sua vida. Neste caso, a estrela começou a se expandir para uma subgigante. “A teoria prevê que as estrelas evoluídas são muito eficazes em sugar energia das órbitas de seus planetas, e agora podemos testar essas teorias com observações”, disse Vissapragada.
O malfadado exoplaneta é designado Kepler-1658b. Como o próprio nome indica, os astrônomos o descobriram com o telescópio espacial Kepler, uma missão pioneira de caça ao planeta lançada em 2009. Este mundo foi o primeiro novo candidato a exoplaneta que Kepler já observou, momento em que foi apelidado de KOI 4.01 – o 4º objeto de Interesse identificados pela Kepler. (KOIs 1, 2 e 3 foram identificados antes do lançamento do Kepler.)
No início, o KOI 4.01 foi descartado como um falso positivo. Uma década se passaria antes que Chontos, observando as ondas sísmicas que se moviam através de sua estrela, percebesse que a razão pela qual os dados não se encaixavam no modelo era que os cientistas pensavam que estavam modelando um objeto do tamanho de Netuno em torno de uma estrela do tamanho do Sol. Chontos e seus colegas mostraram que este planeta e sua estrela são muito maiores do que o inicialmente previsto, momento em que o objeto entrou oficialmente no catálogo de Kepler como a entrada de 1658.
Kepler-1658b é o chamado Júpiter quente, apelido dado a exoplanetas com a mesma massa e tamanho de Júpiter, mas em órbitas extremamente próximas de suas estrelas hospedeiras. Para Kepler-1658b, essa distância é apenas um oitavo do espaço entre nosso sol e seu planeta em órbita mais próximo, Mercúrio. E ao contrário da órbita de 88 dias de Mercúrio, Kepler-1658b gira em torno de sua estrela em apenas 3,8 dias.
Para Júpiteres quentes e outros planetas muito próximos de suas estrelas, o decaimento orbital e a colisão parecem inevitáveis. Mas medir como os exoplanetas circulam pelos ralos de suas estrelas hospedeiras provou ser um desafio porque o processo é terrivelmente gradual. No caso de Kepler-1658b, o novo estudo relata que seu período orbital está diminuindo em cerca de 131 milissegundos (milésimos de segundo) por ano.
Detectar esse declínio exigiu muitos anos de observação cuidadosa. O relógio começou com Kepler e depois foi captado pelo Telescópio Hale do Observatório Palomar no sul da Califórnia e, finalmente, pelo Telescópio de Pesquisa de Exoplanetas em Transição, ou TESS, lançado em 2018. Todos os três instrumentos capturaram trânsitos, o termo para quando um exoplaneta cruza a face de sua estrela e causa um leve escurecimento do brilho da estrela. Nos últimos 13 anos, o intervalo entre os trânsitos de Kepler-1658b diminuiu ligeiramente, mas constantemente.
Porque? O mesmo fenômeno responsável pela subida e descida diária dos oceanos da Terra: as marés.
As marés são geradas quando os corpos em órbita se puxam, seja a Terra e a lua ou Kepler-1658b e sua estrela. Ambos os corpos exercem atração gravitacional um sobre o outro, mas o corpo maior sempre vence, o que significa que o corpo menor se flexiona mais.
O puxão distorce a forma de cada corpo e, à medida que o planeta e a estrela respondem a essas mudanças, a energia é liberada. Dependendo das distâncias entre eles, seus tamanhos e suas taxas de rotação, essas interações de maré podem resultar em corpos se afastando – o caso da Terra e da Lua que gira lentamente para fora – ou para dentro, como o Kepler-1658b em direção à sua estrela.
Ainda há muitos pesquisadores que não entendem sobre essas dinâmicas, particularmente em cenários estrela-planeta, então os astrofísicos estão ansiosos para aprender mais sobre o sistema Kepler-1658.
Chontos, que veio para Princeton há apenas alguns meses, disse que está ansiosa para discutir suas descobertas com os teóricos e outros astrofísicos daqui.
“Sou um aluno não tradicional de primeira geração”, disse Chontos. “Não me inscrevi em Princeton para graduação ou pós-graduação, porque tinha uma visão em minha cabeça de como as pessoas seriam – e não poderia estar mais errado, da melhor maneira possível. Eles estão fazendo tudo certo. Há uma razão pela qual nosso departamento tem algo como 60 pós-doutorandos. E nas horas de café e colóquios, tenho a oportunidade de conversar com as pessoas que escreveram os artigos teóricos que me inspiram.'”
A estrela de Kepler-1658b evoluiu até o ponto em seu ciclo de vida estelar em que começou a se expandir, assim como se espera que o nosso sol o faça, e entrou no que os astrônomos chamam de fase subgigante. Os teóricos previram que a estrutura interna das estrelas evoluídas deve levar mais facilmente à dissipação da energia das marés retirada das órbitas dos planetas hospedados em comparação com estrelas ricas em hidrogênio como o nosso Sol. Isso aceleraria o processo de decaimento orbital, facilitando o estudo em escalas de tempo humanas.
“Embora fisicamente, o sistema deste exoplaneta seja muito diferente do nosso sistema solar – nossa casa – ainda pode nos dizer muito sobre a eficiência desses processos de dissipação de maré e quanto tempo esses planetas podem sobreviver”, disse Chontos.
Kepler-1658b tem cerca de 2 bilhões de anos e está no último 1% de sua vida, disse ela. Ela e seus colegas preveem que o planeta colidirá com sua estrela em cerca de 3 milhões de anos.
Publicado em 24/12/2022 07h36
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