Localizado a 163 anos-luz da Terra, um exoplaneta gigante gasoso como Júpiter denominado WASP-69b está oferecendo aos astrofísicos uma janela para os processos dinâmicos que moldam a formação de planetas em nossa galáxia. A estrela que ele orbita está esquentando e removendo a atmosfera do planeta, e os gases que escaparam estão sendo esculpidos pela estrela como uma grande cauda semelhante a um cometa, com pelo menos 560 mil quilômetros de comprimento.
Sou astrofísico. Minha equipe de pesquisa publicou um artigo no Astrophysical Journal descrevendo como e por que a cauda do WASP-69b se formou, e o que isso pode ajudar a esclarecer sobre os outros tipos de planetas que os astrônomos tendem a detectar fora do nosso Sistema Solar.
Um Universo repleto de exoplanetas
Quando você olha para o céu noturno, as estrelas que você vê são sóis, com mundos distantes, conhecidos como exoplanetas, orbitando-os. Nos últimos 30 anos, os astrônomos detectaram mais de 5.600 exoplanetas em nossa galáxia, a Via Láctea.
Não é fácil detectar um planeta a anos-luz de distância. Os planetas não são nada em comparação com as estrelas que orbitam, tanto em tamanho quanto em brilho. Mas, apesar dessas limitações, os caçadores de exoplanetas descobriram uma variedade surpreendente deles - desde pequenos mundos rochosos pouco maiores que a Lua até gigantes gasosos tão colossais que foram apelidados de “super-Júpiteres”.
Entretanto, os exoplanetas mais comuns que os astrônomos detectam são maiores que a Terra, menores que Netuno e orbitam suas estrelas mais de perto do que Mercúrio orbita nosso Sol.
Esses planetas mais comuns tendem a se enquadrar em um de dois grupos distintos: super-Terras e sub-Netunos. As super-Terras têm um diâmetro até 50% maior do que o raio da Terra, enquanto os sub-Netunos normalmente têm diâmetros de duas a quatro vezes maior do que o da Terra.
Entre essas duas faixas de tamanho, há uma lacuna, conhecida como “Radius Gap” (“lacuna de raio”)“, na qual os pesquisadores raramente encontram planetas. E os planetas do tamanho de Netuno que completam órbitas em torno de suas estrelas em menos de quatro dias são extremamente raros. Os pesquisadores chamam essa lacuna de "Deserto Quente de Netuno”.
Alguns processos astrofísicos subjacentes devem estar impedindo a formação - ou a sobrevivência - desses planetas.
Formação de planetas
Quando uma estrela se forma, um grande disco de poeira e gás fica ao seu redor. Nesse disco, os planetas podem se formar. À medida que os planetas jovens ganham massa, eles podem acumular atmosferas significativas. Porém, à medida que a estrela amadurece, ela começa a emitir grandes quantidades de energia na forma de radiação ultravioleta e raios X. Essa radiação estelar pode “cozinhar” e remover as atmosferas que os planetas acumularam em um processo chamado fotoevaporação.
Entretanto, alguns planetas resistem a esse processo. Os planetas mais maciços têm gravidade mais forte, o que os ajuda a manter suas atmosferas originais. Além disso, os planetas que estão mais distantes de suas estrelas não são atingidos por tanta radiação, de modo que suas atmosferas sofrem menos erosão.
Portanto, talvez uma parte significativa das super-Terras seja, na verdade, os núcleos rochosos de planetas que tiveram suas atmosferas completamente removidas, enquanto os sub-Netunos eram maciços o suficiente para manter suas atmosferas inchadas.
Quanto ao Deserto de Netuno Quente, a maioria dos planetas do tamanho de Netuno simplesmente não tem massa suficiente para resistir completamente ao poder de remoção de sua estrela se orbitar muito próximo dela. Em outras palavras, um sub-Netuno orbitando sua estrela em quatro dias ou menos perderá rapidamente toda a sua atmosfera. Quando observada por nós, muitas vezes a atmosfera já foi perdida e o que resta é um núcleo rochoso - uma super-Terra.
Para colocar essa teoria à prova, equipes de pesquisa como a minha têm coletado evidências observacionais.
WASP-69b: um laboratório único
Entra em cena então no WASP-69b, um laboratório exclusivo para estudar a fotoevaporação. O nome “WASP-69b” vem da maneira como o exoplaneta foi descoberto. Ele orbita a 69ª estrela com um planeta, b, encontrada no levantamento astronômico Wide Angle Search for Planets.
Apesar de ser 10% maior do que Júpiter em raio, o WASP-69b está, na verdade, mais próximo da massa de um Saturno muito mais leve - ele não é muito denso e tem apenas cerca de 30% da massa de Júpiter. De fato, esse planeta tem aproximadamente a mesma densidade de um pedaço de cortiça.
Essa baixa densidade resulta de sua órbita ultrafechada de 3,8 dias em torno de sua estrela. Por estar tão próximo, o planeta recebe uma imensa quantidade de radiação, o que faz com que ele se aqueça. À medida que o gás se aquece, ele se expande. Quando o gás se expande o suficiente, ele começa a escapar definitivamente da gravidade do planeta.
Quando observamos esse planeta, meus colegas e eu detectamos o gás hélio escapando rapidamente do WASP-69b - cerca de 200 mil toneladas por segundo. Isso equivale à massa da Terra perdida a cada bilhão de anos.
Durante a vida da estrela, esse planeta acabará perdendo uma massa atmosférica total equivalente a quase 15 vezes a massa da Terra. Isso parece muito, mas o WASP-69b tem aproximadamente 90 vezes a massa da Terra, portanto, mesmo nessa taxa extrema, ele perderá apenas uma pequena fração da quantidade total de gás que o compõe.
Cauda semelhante a um cometa
Talvez o mais impressionante seja a descoberta da cauda de hélio do WASP-69b, que minha equipe detectou atrás do planeta por pelo menos cerca de 560 mil quilômetros. Os fortes ventos estelares - um fluxo constante de partículas carregadas emitidas pelas estrelas - esculpem caudas como essa. Esses fluxos de partículas atingem a atmosfera que está escapando e a moldam em uma cauda semelhante à de um cometa atrás do planeta.
Nosso estudo é, na verdade, o primeiro a sugerir que a cauda do WASP-69b era tão extensa. Observações anteriores desse sistema sugeriram que o planeta tinha apenas uma cauda modesta ou mesmo nenhuma cauda.
Essa diferença provavelmente se deve a dois fatores principais. Por um lado, cada grupo de pesquisa usou instrumentos diferentes para fazer suas observações, o que poderia resultar em níveis de detecção diferentes. Ou pode haver uma variabilidade real no sistema.
Uma estrela como o nosso Sol tem um ciclo de atividade magnética, chamado de “ciclo solar”. O ciclo do Sol dura 11 anos. Durante os anos de atividade máxima, o Sol tem mais erupções, manchas solares e alterações no vento solar.
Para complicar ainda mais as coisas, cada ciclo é único - não há dois ciclos solares iguais. Os cientistas que estudam o Sol ainda estão tentando entender e prever melhor a atividade de nossa estrela. Outras estrelas têm seus próprios ciclos magnéticos, mas os cientistas ainda não têm dados suficientes para entendê-los.
Portanto, a variabilidade observada no WASP-69b pode ser decorrente do fato de que, a cada vez que ele é observado, a estrela hospedeira está se comportando de forma diferente. Os astrônomos terão de continuar a observar mais esse planeta no futuro para ter uma ideia melhor do que está acontecendo exatamente.
Nosso olhar direto sobre a perda de massa do WASP-69b diz aos pesquisadores de exoplanetas, como eu, mais sobre como funciona a evolução planetária. Ele nos fornece evidências em tempo real do escape atmosférico e apoia a teoria de que Netunos quentes e planetas na lacuna de raio são difíceis de encontrar porque simplesmente não têm massa suficiente para reter suas atmosferas. E quando a perdem, tudo o que resta para observar é um núcleo rochoso de super-Terra.
O estudo do WASP-69b destaca o delicado equilíbrio entre a composição de um planeta e seu ambiente estelar, moldando a paisagem planetária diversificada que observamos hoje. À medida que os astrônomos continuam a sondar esses mundos distantes, cada descoberta nos aproxima da compreensão da complexa tapeçaria que compõe nosso Universo.