O exoplaneta do tamanho de Netuno é muito grande em relação à sua estrela hospedeira

Você ganha um pouco e perde um pouco. No início desta semana, observações do Telescópio Espacial Webb forneceram novos dados que apoiam o que pensávamos ter compreendido sobre a formação do planeta. Na quinta-feira, chegou a notícia de que os astrónomos tinham avistado um grande planeta orbitando perto de uma estrela jovem, uma estrela tão pequena que não tem material suficiente à sua volta para formar um planeta desse tamanho.

Isto não significa que o planeta seja “impossível”. Mas isto significa que podemos não compreender completamente alguns aspectos da formação planetária.

Grande incompatibilidade

LHS 3154 é, segundo todos os padrões razoáveis, uma estrela pequena e fraca. Imagens tiradas pela equipe responsável pelo novo trabalho indicam que a massa da anã vermelha é de apenas 11% da massa do Sol. As estimativas de temperatura giram em torno de 2.850 K, o que está bem abaixo da temperatura do Sol de 5.800 K e apenas quente o suficiente para mantê-lo fora da categoria de anãs ultrafrias. (Sim, anões superlegais são suficientes para merecer Sua entrada na Wikipedia.)

Encontrámos muitos planetas em torno de anãs vermelhas como este. Mas na maior parte era pequeno e rochoso. Isto provavelmente ocorre porque as estrelas jovens simplesmente se formaram dentro de discos sem muito material. Por isso, foi uma surpresa quando os dados indicaram a existência de um planeta muito grande em torno de LHS 3154. Foi descoberto usando um telescópio no Observatório McDonald, no Texas.

Os pesquisadores usaram medições de velocidade radial para determinar a massa do planeta. Este método detecta mudanças Doppler na luz das estrelas causadas pela gravidade do planeta, puxando a estrela para mais perto ou para mais longe da Terra, dependendo de onde a órbita do planeta a leva. Este método só pode calcular a massa mínima do planeta. Isto ocorre porque a órbita do planeta seria inclinada em relação à Terra, de modo que parte da gravidade do planeta ficaria fora do eixo.

Estas estimativas colocam o planeta recém-descoberto, LHS 3154b, com pelo menos 13 vezes a massa da Terra, tornando-o ligeiramente menor que Neptuno. (Novamente, esta é uma estimativa subestimada, por isso pode ser maior.) Planetas deste tamanho raramente são encontrados em torno de estrelas tão pequenas. Quando estão, tendem a estar muito mais longe das suas estrelas do que o LHS 3154b, que requer apenas 3,7 dias para completar a sua órbita. Portanto, o LHS 3154b é incomum o suficiente para parecer exigir uma explicação.

Cresça

Nos casos em que existem planetas grandes em torno de estrelas pequenas, estes parecem formar-se através da fragmentação do disco no início do processo de formação estelar – este é o mesmo processo que forma estrelas binárias, mas com uma quantidade menor de massa que produz um planeta. Os investigadores descobriram que LHS 3154b é muito maior do que os planetas formados nas simulações deste processo, e muito mais próximo da sua estrela hospedeira.

Portanto, os pesquisadores investigaram se outros padrões de formação planetária poderiam produzir algo como LHS 3154b. Eles obtiveram estimativas da quantidade de material em discos de formação de planetas em torno de estrelas com massa semelhante à de LHS 3154. Eles então usaram isso para simular a formação de planetas através do acréscimo de pequeno material rochoso ou através de colisões entre planetesimais. Estes geralmente não conseguiram produzir planetas suficientemente grandes.

Para formar consistentemente algo tão grande como LHS 3154b, os investigadores tiveram que alterar as condições iniciais para que houvesse 10 vezes a quantidade de material no disco de formação do planeta.

Isto é uma indicação de que os nossos modelos atuais de mecanismos de formação planetária não podem explicar pelo menos uma das nossas observações. LHS 3154b pode ser bastante excepcional e, nesse caso, não deveríamos esperar ver algo parecido em nossos modelos ou em observações adicionais. Se combinarmos as incertezas nos modelos e as incertezas nas medições do disco, isso poderia potencialmente permitir a existência de algo como este planeta.

Mas os investigadores também levaram em conta a ideia de que o LHS 3154b pode nos dizer algo sobre os nossos modelos. Uma opção que pode explicar as coisas é que a maior parte do material nos discos de formação planetária está na forma de seixos em escala centimétrica, que seriam impossíveis de detectar nos comprimentos de onda que usamos para estudar esses discos.

A outra razão é que existe uma incompatibilidade de tempo entre o momento em que tendemos a obter boas imagens dos discos de formação planetária e o momento em que a formação planetária realmente ocorre. Espera-se que a quantidade de material no disco de formação do planeta diminua com o tempo, à medida que a estrela recém-formada aquece e expele material. Se o núcleo rochoso do LHS 3154b se formasse suficientemente cedo, poderia continuar a capturar material mesmo depois de o disco ter começado a afinar para os tipos de densidades de material utilizadas nestas simulações.

A maneira mais fácil de ver quais dessas possibilidades ajudarão a explicar o LHS 3154b são mais observações de anãs vermelhas. Isto deverá dizer-nos se existem outros planetas semelhantes e talvez ajudar a explicar a quantidade de material existente nos discos de formação planetária.

Ciência, 2023. DOI: 10.1126/science.abo0233 (Sobre IDs digitais).