Poderá uma tempestade de marés aquecer o exoplaneta TOI-6713.01?

Poderão as forças de maré fazer com que a superfície de um exoplaneta irradie calor?

É esta a questão que um estudo recente, aceite pela The Astronomical Journal, procura esclarecer. Uma equipa internacional de investigadores recorreu a dados obtidos por instrumentos terrestres para confirmar a existência de um segundo exoplaneta no sistema exoplanetário HD 104067. Além disso, utilizou a missão Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), da NASA, para identificar mais um candidato a exoplaneta.

O que torna este candidato a exoplaneta, que orbita mais perto da estrela do que os outros dois, particularmente invulgar é a possibilidade de as forças de maré exercidas pelos dois exoplanetas exteriores estarem a fazer a sua superfície irradiar. A temperatura à superfície poderá atingir 2.300 graus Celsius (4.200 graus Fahrenheit), num cenário que os investigadores classificam como uma “tempestade de marés perfeita”.

A Universe Today falou sobre esta investigação fascinante com o Dr. Stephen Kane, professor de Astrofísica Planetária na UC Riverside e autor principal do estudo. A conversa abordou a motivação do trabalho, os resultados mais relevantes, a importância da “tempestade de marés”, futuras investigações e as implicações deste sistema para o estudo de outros sistemas exoplanetários.

A origem do estudo sobre HD 104067

Qual foi, então, a motivação para este estudo?

“ A estrela (HD 104067) era conhecida por albergar um planeta gigante numa órbita de 55 dias, e tenho um longo historial de obsessão com sistemas conhecidos”, afirma o Dr. Kane à Universe Today.

“Quando a TESS detetou um possível planeta do tamanho da Terra em trânsito numa órbita de 2,2 dias (TOI-6713.01), decidi analisar o sistema mais aprofundadamente. Reunimos todos os dados de RV e descobrimos que existe OUTRO planeta (com massa de Urano) numa órbita de 13 dias. Portanto, tudo começou com os dados da TESS, mas o sistema tornou-se cada vez mais interessante à medida que o estudávamos.”

O historial de investigação do Dr. Kane sobre exoplanetas abrange uma grande diversidade de arquiteturas de sistemas solares, sobretudo as que incluem exoplanetas com órbitas muito excêntricas, mas também trabalhos de acompanhamento realizados depois de serem confirmados exoplanetas num sistema.

Mais recentemente, foi segundo autor de um estudo sobre uma arquitetura revista do sistema HD 134606, que também revelou dois novos Super-Terras nesse sistema.

Para este estudo mais recente, o Dr. Kane e os seus colegas recorreram a dados dos instrumentos terrestres High Accuracy Radial velocity Planet Searcher (HARPS) e High Resolution Echelle Spectrometer (HIRES), bem como da já referida missão TESS. O objetivo foi determinar as características e os parâmetros tanto da estrela-mãe, HD 105067, como dos exoplanetas que a orbitam.

Mas, para além da descoberta de exoplanetas adicionais no sistema, referida pelo Dr. Kane, quais foram os resultados mais importantes desta investigação?

O Dr. Kane diz à Universe Today: “O resultado mais surpreendente do nosso trabalho foi que a dinâmica do sistema leva o período de 2,2 dias a sofrer efeitos de maré enormes, semelhantes aos sentidos por Io. Neste caso, porém, TOI-6713.01 recebe 10 milhões de vezes mais energia de maré do que Io, o que resulta numa temperatura à superfície de 2600K [2.300 graus Celsius (4.200 graus Fahrenheit)]. Isto significa que o planeta brilha literalmente em comprimentos de onda óticos.”

A tempestade de marés de TOI-6713.01

Io, lua de Júpiter, é o corpo planetário mais vulcanicamente ativo do Sistema Solar. Esta atividade resulta do aquecimento por marés provocado pela enorme gravidade de Júpiter durante a órbita ligeiramente excêntrica, ou alongada, de Io, que dura 1,77 dias. Por isso, em determinados momentos Io aproxima-se de Júpiter e, noutros, afasta-se, comprimindo-se e expandindo-se, respetivamente.

Ao longo de milhões de anos, esta fricção contínua no interior de Io aqueceu o seu núcleo. O resultado são as centenas de вулcões que cobrem a sua superfície, bem como a ausência de crateras de impacto visíveis.

Como refere o Dr. Kane, este novo candidato a exoplaneta “recebe 10 milhões de vezes mais energia de maré do que Io”, o que poderá levantar mais questões sobre a sua própria atividade vulcânica ou outros processos geológicos. Qual é, então, a importância da componente de “tempestade de marés” de TOI-6713.01?

O Dr. Kane explica à Universe Today: “A razão pela qual TOI-6713.01 sofre forças de maré tão intensas é a excentricidade dos dois planetas gigantes exteriores, que também força TOI-6713.01 a seguir uma órbita excêntrica. Por isso, descrevi o planeta como estando preso numa tempestade de marés perfeita.”

O sistema HD 104067, no qual os dois exoplanetas gigantes exteriores empurram o planeta mais interno, TOI-6713.01, para uma “tempestade de marés perfeita”, apresenta algumas semelhanças com as três primeiras luas galileanas de Júpiter - Io, Europa e Ganimedes - no que diz respeito aos efeitos gravitacionais que exercem entre si durante as suas órbitas.

Existem, contudo, diferenças. A enorme gravidade de Júpiter é a força principal que alimenta a atividade vulcânica de Io, enquanto as três luas se encontram numa chamada ressonância orbital, o que significa que as suas órbitas mantêm proporções entre si. Por exemplo, por cada quatro órbitas de Io, Europa completa duas e Ganimedes uma, formando uma ressonância orbital de 4:2:1. Assim, cada lua exerce influências gravitacionais regulares sobre as restantes.

De que forma se compara, portanto, a tempestade de marés de TOI-6713.01 - causada pelas excentricidades dos dois gigantes exteriores - com a relação entre Io, Europa e Ganimedes?

O Dr. Kane diz à Universe Today: “A ressonância de Laplace das luas galileanas cria uma configuração particularmente poderosa, na qual os alinhamentos regulares das três luas interiores forçam repetidamente Io para uma órbita excêntrica. O sistema HD 104067 não está em ressonância, mas ainda assim consegue produzir uma configuração poderosa devido à grande massa dos planetas b e c, sendo, por isso, mais um efeito de “força bruta” que obriga o planeta interior em trânsito a uma órbita excêntrica.”

Confirmação do candidato a exoplaneta

Como foi referido, TOI-6713.01 foi descoberto através do método da velocidade radial, também conhecido como espetroscopia Doppler. Isto significa que os astrónomos mediram mudanças minúsculas no movimento da estrela-mãe, ligeiramente puxada pelo planeta durante a órbita deste último.

Essas pequenas variações fazem a estrela-mãe oscilar à medida que ambos os corpos se atraem mutuamente. Os astrónomos usam um espetrógrafo para detetar alterações nessas oscilações quando a estrela se move “mais perto” e “mais longe” de nós, permitindo encontrar exoplanetas.

Este método revelou-se muito eficaz na deteção de exoplanetas: representa quase 20 por cento do total de exoplanetas confirmados até à data. Foi também por este método que se descobriu o primeiro exoplaneta em órbita de uma estrela semelhante ao nosso Sol.

Apesar da eficácia da velocidade radial, o estudo salienta que TOI-6713.01 “ainda não foi confirmado”. Que observações adicionais serão necessárias para comprovar a sua existência?

O Dr. Kane afirma à Universe Today: “Como o planeta é tão pequeno, é difícil detetá-lo nos dados de velocidade radial. No entanto, os trânsitos parecem limpos e excluímos contaminação estelar. Trânsitos adicionais ajudarão, mas neste momento estamos bastante confiantes na existência do planeta.”

Este estudo surge numa altura em que o número total de sistemas exoplanetários se aproxima de 4.200, os exoplanetas confirmados ultrapassam 5.600 e mais de 10.100 candidatos a exoplanetas aguardam, esperançosamente, confirmação. Verificou-se que estas arquiteturas de sistemas diferem bastante da do nosso Sistema Solar, composto por planetas terrestres, ou rochosos, próximos do Sol e gigantes gasosos em órbitas muito mais distantes.

Entre os exemplos encontram-se os Júpiteres quentes, que orbitam perigosamente perto das suas estrelas-mãe - alguns em apenas poucos dias - e outros sistemas com sete exoplanetas do tamanho da Terra, alguns dos quais orbitam na zona habitável.

O que o sistema HD 104067 revela sobre exoplanetas

O que poderá esta arquitetura singular de sistema solar ensinar-nos sobre os sistemas exoplanetários em geral, e que outros sistemas exoplanetários se lhe assemelham?

O Dr. Kane diz à Universe Today: “Este sistema é um excelente exemplo dos ambientes extremos em que os planetas se podem encontrar. Houve vários casos de planetas terrestres próximos da sua estrela e aquecidos pela energia estelar, mas muito poucos casos em que a energia de maré está a derreter o planeta a partir do interior.”

A potencial descoberta de um exoplaneta em órbita numa “tempestade de marés perfeita” demonstra ainda mais a enorme variedade de características apresentadas pelos exoplanetas e pelos sistemas exoplanetários. Ao mesmo tempo, contrasta tanto com o nosso Sistema Solar como com o que os astrónomos aprenderam até agora sobre estes mundos.

Caso seja confirmado, TOI-6713.01 continuará a moldar a nossa compreensão da formação e evolução dos exoplanetas e dos sistemas exoplanetários, não apenas na nossa Galáxia Via Láctea, mas também por todo o cosmos.

“O Universo é um lugar incrível!”, afirma o Dr. Kane à Universe Today. “O divertido neste projeto em particular é que tudo começou com ‘Hmm … isto pode ser interessante’ e acabou por se transformar em algo muito mais fascinante do que eu poderia imaginar! Só mostra que nunca devemos deixar passar a oportunidade de seguir a nossa curiosidade.”

Como irá este exoplaneta em tempestade de marés ensinar-nos mais sobre outros exoplanetas e sistemas exoplanetários nos próximos anos e décadas? Só o tempo o dirá, e é por isso que fazemos ciência!

Como sempre, continuem a fazer ciência e a olhar para o céu!

Este artigo foi publicado originalmente pela Universe Today. Leia o artigo original.