O núcleo de um planeta despido da sua atmosfera poderá revelar a natureza do interior sólido dos planetas gigantes do Sistema Solar, segundo um estudo com a participação de oito investigadores do Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA).

Foi descoberto um objeto raro, com o tamanho de Neptuno mas com mais do dobro da sua massa, e que se parece com o núcleo de um planeta gigante, sem atmosfera, segundo um estudo¹ publicado hoje na revista científica Nature no qual participaram oito investigadores do Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA). Este corpo, em órbita de uma estrela a 730 anos-luz, desafia os modelos teóricos de formação de planetas, e será um alvo ideal para se tentar conhecer o interior sólido profundamente escondido sob as espessas atmosferas dos gigantes do Sistema Solar.

É extraordinário, pois não nos é possível estudar os núcleos dos planetas gigantes do Sistema Solar, mas podemos agora estudar o de um outro planeta nove milhões de vezes mais longe.
Vardan Adibekyan

Esta investigação, liderada pela Universidade de Warwick, no Reino Unido, e com importante contributo de investigadores do IA², analisou o exoplaneta TOI-849b, descoberto com o satélite TESS, da NASA, em 2018. Semelhante a Neptuno em tamanho, mas três vezes mais denso, trata-se de um corpo com a densidade de um planeta rochoso como a Terra, só que com 40 vezes a massa do nosso planeta e cinco vezes a de Neptuno.

“Este planeta revela-se extremamente denso, sendo mesmo até agora o mais denso na sua classe de planetas. É muito desafiante para as teorias de formação e evolução de planetas explicar os processos que deram origem a tal corpo”, diz Sérgio Sousa, investigador do IA e Universidade do Porto, e coautor do estudo.

Pela sua massa, TOI-849b deveria ter atraído mais gás (hidrogénio e hélio) para formar uma atmosfera densa como as que vemos em Saturno e Júpiter. Em vez disso, parece expor a nu o núcleo primordial de formação destes planetas gigantes. Nestes núcleos, a matéria está sujeita a elevadas pressões, com propriedades ainda mal conhecidas devido ao espesso envelope atmosférico.

“Qualquer que tenha sido a origem de TOI-849b, este não pode ser considerado um planeta completo, mas o núcleo de um planeta massivo ‘falhado’ ou com uma história conturbada”, afirma Vardan Adibekyan, investigador do IA e Universidade do Porto, e terceiro autor do estudo. “É extraordinário, pois não nos é possível estudar os núcleos dos planetas gigantes do Sistema Solar, mas podemos agora estudar o de um outro planeta nove milhões de vezes mais longe.‘’

Um dos contributos da equipa do IA, determinantes para este estudo, foi a identificação das propriedades da estrela-mãe, TOI-849, uma estrela semelhante ao Sol mas um pouco mais velha. A equipa pôde assim inferir as abundâncias químicas do planeta e as suas proporções de ferro e silício, com base nas quais se concluiu que a atmosfera deste será, no máximo, de apenas quatro por cento da massa total.

Uma combinação invulgar de incapacidade de formar atmosfera e de a perder em grande quantidade estará na origem deste planeta insólito. Igualmente insólito é o facto de se encontrar a tão curta distância da estrela-mãe, algo muito raro para corpos do tamanho de Neptuno. Orbitando-a em apenas 18 horas, a camada exterior do TOI-849b encontra-se a uma temperatura de cerca de 1500 graus Celsius. A sua possível história põe à prova as teorias sobre a formação de planetas.

TOI-849b foi confirmado com vários outros instrumentos, incluindo o espectrógrafo HARPS, instalado no observatório de La Silla, do ESO, no Chile. “Os dados do HARPS permitiram conhecer a massa, e a partir daqui a densidade invulgar do TOI-849b”, explica Susana Barros, investigadora do IA e Universidade do Porto, e coautora deste estudo. “Estes dados foram obtidos no âmbito de um dos vários programas em que o IA participa para caracterizar a composição de exoplanetas e estimar a frequência de outras ‘Terras’ noutros sistemas planetários.”

“Ao continuarmos a encontrar novos planetas, vamos conhecendo a frequência de cada tipo de planetas. Será este um caso único, ou haverá mais semelhantes?”, diz Sérgio Sousa. “Por outro lado, do ponto de vista teórico, temos de perceber os mecanismos físicos responsáveis pela formação e evolução de planetas, os quais terão de explicar a diversidade de corpos encontrados, incluindo mundos grandes e muito densos como este.”

Os investigadores esperam vir a estudar a atmosfera residual deste planeta, que terá provavelmente origem na evaporação do próprio material sólido sob a elevada temperatura. Esta análise será possível com telescópios ainda em fase de construção, como o telescópio espacial James Webb (NASA e ESA) e o ELT (ESO).

Notas

1.  O artigo “A remnant planetary core in the hot-Neptune desert”, por D. Armstrong, T. Lopez, V. Adibekyan et al., foi publicado hoje na revista científica Nature (DOI: 10.1038/s41586-020-2421-7).
2.  A equipa do IA é composta por Vardan Adibekyan, Nuno C. Santos, Sérgio G. Sousa, Susana C. C. Barros, Elisa Delgado Mena, Olivier D. S. Demangeon, Pedro Figueira (ESO/IA) e Saeed Hojjatpanah.

Contactos
Vardan Adibekyan, Sérgio Sousa, e Susana Barros

Grupo de Comunicação de Ciência
Sérgio Pereira ; Ricardo Cardoso Reis ; João Retrê (coordenação, Lisboa); Daniel Folha (coordenação, Porto).