O sistema de seis planetas está perfeitamente ajustado – Physics World

Um raro sistema de seis exoplanetas, todos menores que Netuno, mas maiores que a Terra, foi encontrado com órbitas ressonantes entre si. O sistema foi descoberto por astrônomos liderados por Rafael Lucas da Universidade de Chicago, que sugerem que os planetas permaneceram intactos nesta configuração desde a sua formação, há mil milhões de anos.

O tesouro planetário também oferece uma das melhores oportunidades para caracterizar “mini-Netunos”, que são uma classe misteriosa de planetas ausentes do Sistema Solar.

Os planetas orbitam uma estrela laranja chamada HD 110067, que fica a cerca de 100 anos-luz de distância. Os dois planetas mais internos, apelidados de b e c, foram descobertos pela NASA Satélite de Pesquisa de Exoplanetas em Trânsito (TESS) missão. Luque e colegas notaram então que as órbitas dos planetas b e c estavam em ressonância. Isso ocorre porque seus períodos orbitais de 9.114 dias e 13.673 dias têm uma proporção de 2:3. Havia também algo mais nos dados – trânsitos desonestos que não podiam ser atribuídos ao planeta b ou c.

Dadas as órbitas ressonantes de b e c, era lógico que se houvesse outros planetas em trânsito no sistema HD 110067, então eles poderiam partilhar ressonâncias orbitais. Usando os eventos de trânsito irregulares como pontos de partida, e adivinhando que qualquer terceiro planeta chamado d também poderia ter uma razão orbital de 2:3 com o planeta c, permitiu à equipe prever quando o planeta d poderia transitar em seguida. Eles acompanharam isso com a Agência Espacial Europeia Quéops telescópio e descobriu o planeta como previsto.

A partir do período orbital do planeta d, que é de 20.519 dias, a equipe de Luque conseguiu prever um quarto planeta chamado e, com uma órbita de 30.793 dias que está em ressonância 2:3 com o planeta d, e que corresponde a um dos planetas não atribuídos. trânsitos vistos pelo TESS.

Ângulos de Laplace

Ainda havia vários trânsitos inexplicáveis ​​nos dados do TESS. Para descobrir a que planetas pertenciam estes trânsitos, a equipa de Luque aproveitou as regras complexas das órbitas ressonantes estabelecidas pelo matemático do século XVIII Pierre-Simon Laplace, que estudou as órbitas ressonantes de algumas das luas de Júpiter.

Tal como as luas de Júpiter, os planetas de HD 110067 “têm sempre de estar dentro de certos ângulos um do outro para que quaisquer perturbações que exerçam uns sobre os outros não possam crescer”, diz um membro da equipa. Andrew Collier Cameron da Universidade de St Andrews, que se concentrou na medição das massas dos planetas com a técnica da velocidade radial.

Os ângulos aos quais Cameron alude são chamados de ângulos de Laplace e fornecem configurações estáveis ​​​​de órbitas. Quaisquer desvios deles resultariam no crescimento das perturbações gravitacionais ao longo do tempo. O resultado seria que os planetas seriam expulsos da ressonância e muito possivelmente enviados para órbitas que se cruzam, onde poderiam colidir.

Ao estimar quais deveriam ser os ângulos de Laplace, a equipe de Luque conseguiu prever que os planetas f e g teriam períodos orbitais de 41.0575 e 54.7433 dias, respectivamente. Estes correspondiam aos dois trânsitos inexplicáveis ​​restantes nos dados do Kepler. Os pares de planetas e e f, e f e g, cada um tem uma ressonância orbital 3:4.

Existe a possibilidade de existirem ainda mais planetas orbitando HD 110067 em órbitas mais amplas dentro da zona habitável da estrela. No entanto, se houver mais planetas, nem o TESS nem o CHEOPS registaram um trânsito. Isto significa que uma tentativa de encontrar um sétimo ou oitavo planeta seria uma “busca cega”, diz Luque. “Mas se tivéssemos sorte e encontrássemos um planeta extra, então certamente seria muito interessante devido às suas potenciais perspectivas de habitabilidade.”

No entanto, não há perspectiva de busca de mais planetas tão cedo. Se houvesse um planeta em uma órbita de 75 dias, por exemplo, o CHEOPS teria que observar HD 110067 pelo menos durante esse tempo para observar um trânsito. Porém, o tempo de observação é muito precioso, como explica Luque; “Preferimos investir recursos de observação no refinamento dos parâmetros dos planetas conhecidos no sistema”.

Caracterizando os planetas

Em vez disso, o trabalho adicional no sistema envolverá o refinamento dos parâmetros dos planetas conhecidos – o que depende da medição das suas massas. O raio de cada planeta é determinado pela quantidade de luz estelar que eles bloqueiam quando transitam na frente da estrela – eles variam em tamanho de 1.9 a 2.85 raios terrestres. As massas são determinadas por medições de velocidade radial, que analisam como os planetas fazem a estrela oscilar. Uma vez conhecidos o raio e a massa, as densidades dos planetas podem ser calculadas. Se os planetas têm atmosferas espessas pode ser determinado pelo Telescópio Espacial James Webb.

Até agora, as massas foram obtidas apenas para três dos planetas, especificamente os planetas b (5.69 massas terrestres), d (8.52 massas terrestres) e f (5.04 massas terrestres). Isso foi feito usando o HARPS-Norte instrumento no Telescópio Nacional Galileu nas Ilhas Canárias e no Espectrógrafo CARMENES nos 3.5 metros Observatório Calar Alto na Espanha.

“Os três planetas restantes ainda estão ligeiramente abaixo das nossas capacidades de detecção”, diz Cameron. Em particular, a atividade estelar pode mascarar os sinais de velocidade radial dos planetas. “Portanto, a próxima coisa a fazer é aprofundar as velocidades radiais para que possamos determinar as massas dos planetas.”

Pares de planetas rebeldes encontrados vagando na Nebulosa de Órion

As medições do tempo de trânsito fornecem outra forma de medir as massas planetárias. À medida que os planetas orbitam a sua estrela, a sua gravidade pode puxar-se mutuamente para trás ou acelerar-se mutuamente, resultando em ligeiras discrepâncias no momento em que os planetas são vistos a transitar. O tamanho da discrepância é determinado pela atração gravitacional e, portanto, pela sua massa.

Independentemente da aparência destes planetas, a sua existência apenas em órbitas ressonantes é notável. A teoria sugere que os planetas se formaram nessas ressonâncias. Normalmente, essas ressonâncias são destruídas por perturbações gravitacionais de estrelas que passam ou de planetas gigantes saqueadores, mas em torno de HD 110067 isso não parece ter acontecido.

“Dado um ambiente dinamicamente estável, este tipo idealista de sistema planetário poderia formar-se e, o que é ainda mais notável, pode sobreviver durante muito tempo”, diz Cameron.

Como tal, HD 110067 pode fornecer uma janela no tempo, mantendo a configuração que os planetas tinham imediatamente após a sua formação.

As descobertas são descritas em Natureza.

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/six-planet-system-is-perfectly-tuned/