A TOI-6894b desafia os modelos de formação planetária

Uma equipa de astrónomos acaba de descobrir um planeta que, segundo os melhores modelos, provavelmente não deveria existir ali. O planeta, denominado TOI-6894 b, orbita uma pequena estrela anã vermelha que tem apenas cerca de 20% da massa do nosso Sol. Ainda assim, trata-se de um gigante gasoso, aproximadamente do tamanho de Saturno e com cerca de metade da sua massa.

A teoria mais aceite para explicar a formação de planetas gigantes chama-se acreção do núcleo. Em termos simples, um núcleo rochoso vai crescendo no interior de um disco de gás e poeira que rodeia uma estrela jovem.

Quando esse núcleo atinge dimensão suficiente, começa a atrair enormes quantidades de gás e acaba por se transformar num planeta gigante. Mas este processo exige uma grande quantidade de elementos pesados, poeira e rocha, e as estrelas mais pequenas tendem a ter discos muito menores, com muito menos destes ingredientes essenciais.

Como vários estudos tinham previsto que estrelas tão pequenas nem sequer conseguiriam produzir planetas gigantes, esta descoberta reescreve as expectativas sobre onde mundos de grande massa podem formar-se e sugere que estes tipos de planetas podem ser comuns em torno das estrelas mais pequenas.

O gigante TOI-6894b orbita uma anã vermelha minúscula

TOI-6894 é uma estrela anã vermelha e fria, que emite muito menos luz do que o Sol. Ainda assim, o seu companheiro, TOI-6894b, é um mundo gasoso inchado, cujo raio ultrapassa o de Saturno, embora a sua massa seja apenas metade.

A descoberta surgiu a partir de uma análise de dados do Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS).

“Fiquei muito entusiasmado com esta descoberta. Comecei por procurar, nas observações do TESS, mais de 91 000 estrelas anãs vermelhas de baixa massa em busca de planetas gigantes”, disse o autor principal Edward Bryant, astrónomo que concluiu este trabalho no Mullard Space Science Laboratory da UCL e na Universidade de Warwick.

“Depois, com observações obtidas com um dos maiores telescópios do mundo, o VLT da ESO, descobri o TOI-6894b, um planeta gigante em trânsito à volta da estrela de menor massa conhecida até à data por abrigar um planeta destes.

“Não esperávamos que planetas como o TOI-6894b pudessem formar-se em torno de estrelas com massa tão reduzida. Esta descoberta será uma referência fundamental para compreender os limites extremos da formação de planetas gigantes.”

Desfasamento entre estrela e planeta

A estrela hospedeira é 60 percento mais pequena do que a seguinte estrela mais diminuta conhecida por albergar um gigante gasoso em trânsito. Só esse facto obriga os astrónomos a repensar as estimativas sobre as populações planetárias.

“A maioria das estrelas da nossa galáxia são, na verdade, estrelas pequenas exatamente como esta, com massas baixas e que se pensava anteriormente não poderem alojar planetas gigantes gasosos”, afirmou o coautor Daniel Bayliss, astrofísico da Universidade de Warwick.

“Por isso, o facto de esta estrela albergar um planeta gigante tem implicações importantes para o número total de planetas gigantes na nossa Galáxia”, concluiu Bayliss.

TOI-6894b é um enigma

A teoria padrão da acreção do núcleo tem dificuldade em explicar o novo objeto. As estrelas de baixa massa deverão possuir discos finos, incapazes de construir núcleos planetários robustos antes de o gás se dispersar.

“É uma descoberta intrigante. Na verdade, não compreendemos como é que uma estrela com tão pouca massa pode formar um planeta tão massivo!”, afirmou o coautor Vincent Van Eylen, especialista em exoplanetas da UCL.

“Este é um dos objetivos da procura por mais exoplanetas. Ao encontrar sistemas planetários diferentes do nosso Sistema Solar, conseguimos testar os nossos modelos e perceber melhor como se formou o nosso próprio Sistema Solar.”

A equipa analisou dois caminhos alternativos. “Dada a massa do planeta, o TOI-6894b pode ter-se formado através de um processo intermédio de acreção do núcleo”, explicou Bryant.

Em alternativa, o planeta pode ter-se formado quando um disco gravitacionalmente instável se fragmentou sob a sua própria gravidade, levando o gás e a poeira a colapsar até formar um planeta. No entanto, nenhum dos cenários se ajusta na perfeição aos dados atuais, deixando a origem do planeta em aberto.

Surgem detalhes sobre o gigante gasoso

TOI-6894b orbita a uma distância que deixa a sua atmosfera fria para os padrões de exoplanetas. A temperatura de equilíbrio estimada é de apenas 420 Kelvin.

“Com base na irradiação estelar de TOI-6894b, esperamos que a atmosfera seja dominada por química do metano, algo extremamente raro de identificar”, afirmou o coautor Amaury Triaud, astrofísico da Universidade de Birmingham.

As temperaturas podem permitir que a amónia seja detetada, pela primeira vez, numa atmosfera de exoplaneta.

“É provável que o TOI-6894b seja um exoplaneta de referência para o estudo de atmosferas dominadas por metano e o melhor ‘laboratório’ para estudar uma atmosfera planetária que contenha carbono, azoto e oxigénio fora do Sistema Solar”, observou Triaud.

Essa promessa já valeu ao planeta um lugar na lista de observação do James Webb Space Telescope (JWST). Os espectros do próximo ano poderão revelar o equilíbrio dos gases e a profundidade das nuvens, lançando luz sobre a formação do planeta.

TOI-6894b abre novas vias de procura de estrelas

“Este sistema representa um novo desafio para os modelos de formação planetária”, afirmou o coautor Andrés Jordán, astrofísico da Universidade Adolfo Ibáñez. “É um alvo muito interessante para observações de seguimento, de modo a caracterizar a sua atmosfera.”

“Os nossos esforços permitiram-nos contribuir de forma significativa para uma melhor compreensão de com que frequência as estrelas pequenas conseguem formar planetas gigantes, e estamos a disponibilizar alvos de primeira linha para seguimento com plataformas espaciais.”

Cada novo dado sobre o TOI-6894b vai afinar essas estatísticas. Se muitas anãs vermelhas pouco brilhantes abrigarem planetas semelhantes, a Via Láctea poderá conter mais gigantes gasosos do que o previsto.

Por agora, este novo mundo serve como lembrete de que a formação planetária continua flexível - e, por vezes, espetacularmente arrojada - independentemente de quão modesta seja a estrela-mãe.

Esta investigação foi liderada por investigadores da Universidade de Warwick, do Mullard Space Science Laboratory da University College London (UCL), da Universidade de Birmingham e de outros parceiros.

Crédito da imagem: University of Warwick/Mark Garlick