Por mais de uma década, astrônomos procuraram planetas orbitando AU Microscopii, uma estrela próxima ainda rodeada por um disco de detritos que sobraram de sua formação. Agora, cientistas usando dados do Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) da NASA e do telescópio espacial Spitzer aposentado, relatam a descoberta de um planeta do tamanho de Netuno que circunda a jovem estrela em pouco mais de uma semana.

O sistema, conhecido como AU Mic, fornece um laboratório único para estudar como os planetas e suas atmosferas se formam, evoluir e interagir com suas estrelas.

"AU Mic é um jovem, estrela anã M próxima. Ele é cercado por um vasto disco de detritos no qual torrões de poeira em movimento foram rastreadas, e agora, graças a TESS e Spitzer, tem um planeta com medida direta de tamanho, "disse Bryson Cale, estudante de doutorado na George Mason University em Fairfax, Virgínia. "Não há outro sistema conhecido que verifique todas essas caixas importantes."

O novo planeta, AU Mic b, é descrito em um artigo de co-autoria de Cale e liderado por seu consultor Peter Plavchan, professor assistente de física e astronomia na George Mason. Seu relatório foi publicado na quarta-feira, 24 de junho no jornal Natureza .

AU Mic b é apresentado em um novo pôster da NASA disponível em inglês e espanhol, parte de uma série Galaxy of Horrors. A série divertida, mas informativa, resultou de uma colaboração de cientistas e artistas e foi produzida pelo Exoplanet Exploration Program Office da NASA.

AU Mic é uma estrela anã vermelha legal com uma idade estimada de 20 milhões a 30 milhões de anos, tornando-o um bebê estelar em comparação ao nosso Sol, que é pelo menos 150 vezes mais antigo. A estrela é tão jovem que brilha principalmente com o calor gerado quando sua própria gravidade a puxa para dentro e a comprime. Menos de 10% da energia da estrela vem da fusão de hidrogênio em hélio em seu núcleo, o processo que alimenta estrelas como o nosso sol.

O sistema está localizado a 31,9 anos-luz de distância, na constelação sul de Microscopium. Faz parte de uma coleção de estrelas próxima chamada Beta Pictoris Moving Group, que leva o nome de um maior, estrela mais quente do tipo A que abriga dois planetas e também é cercada por um disco de detritos.

Embora os sistemas tenham a mesma idade, seus planetas são marcadamente diferentes. O planeta AU Mic b quase abraça sua estrela, completando uma órbita a cada 8,5 dias. Ele pesa menos de 58 vezes a massa da Terra, colocando-o na categoria de mundos semelhantes a Netuno. Beta Pictoris b e c, Contudo, são pelo menos 50 vezes mais massivos do que AU Mic b e levam 21 e 3,3 anos, respectivamente, para orbitar sua estrela.

"Achamos que o AU Mic b se formou longe da estrela e migrou para dentro de sua órbita atual, algo que pode acontecer quando os planetas interagem gravitacionalmente com um disco de gás ou com outros planetas, "disse o co-autor Thomas Barclay, um cientista pesquisador associado da Universidade de Maryland, O condado de Baltimore e um cientista associado do projeto da TESS no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland. "Por contraste, A órbita de Beta Pictoris b não parece ter migrado muito. As diferenças entre esses sistemas com idades semelhantes podem nos dizer muito sobre como os planetas se formam e migram. "

Detectar planetas ao redor de estrelas como o AU Mic representa um desafio particular. Essas estrelas tempestuosas possuem fortes campos magnéticos e podem ser cobertas por manchas estelares - mais frias, regiões mais escuras e altamente magnéticas semelhantes às manchas solares - que freqüentemente provocam erupções estelares poderosas. Ambas as manchas e suas chamas contribuem para as mudanças de brilho da estrela.

Em julho e agosto de 2018, quando TESS estava observando AU Mic, a estrela produziu inúmeras chamas, alguns dos quais eram mais poderosos do que os mais fortes flares já registrados no sol. A equipe realizou uma análise detalhada para remover esses efeitos dos dados do TESS.

Quando um planeta cruza na frente de sua estrela de nossa perspectiva, um evento chamado trânsito, sua passagem causa uma queda distinta no brilho da estrela. O TESS monitora grandes áreas do céu, setores chamados, por 27 dias de cada vez. Durante este longo olhar, as câmeras da missão capturam regularmente instantâneos que permitem aos cientistas rastrear mudanças no brilho estelar.

Quedas regulares no brilho de uma estrela sinalizam a possibilidade de um planeta em trânsito. Usualmente, são necessários pelo menos dois trânsitos observados para reconhecer a presença de um planeta.

"Por sorte, o segundo de três trânsitos TESS ocorreu quando a espaçonave estava perto de seu ponto mais próximo da Terra. Nessas horas, O TESS não está observando porque está ocupado fazendo downlinking de todos os dados armazenados, "disse a co-autora Diana Dragomir, professor assistente de pesquisa na Universidade do Novo México em Albuquerque. "Para preencher o fosso, nossa equipe teve tempo de observação no Spitzer, que capturou dois trânsitos adicionais em 2019 e nos permitiu confirmar o período orbital de AU Mic b. "

O Spitzer foi um observatório infravermelho multiuso operando de 2003 até sua desativação em 30 de janeiro, 2020. A missão provou ser especialmente adepta da detecção e estudo de exoplanetas em torno de estrelas frias. O Spitzer retornou as observações do AU Mic durante seu último ano.

Como a quantidade de luz bloqueada por um trânsito depende do tamanho do planeta e da distância orbital, os trânsitos TESS e Spitzer fornecem uma medida direta do tamanho do AU Mic b. A análise dessas medições mostra que o planeta é cerca de 8% maior do que Netuno.

As observações de instrumentos em telescópios terrestres fornecem limites superiores para a massa do planeta. Enquanto um planeta orbita, sua gravidade puxa sua estrela hospedeira, que se move ligeiramente em resposta. Instrumentos sensíveis em grandes telescópios podem detectar a velocidade radial da estrela, seu movimento para frente e para trás ao longo de nossa linha de visão. Combinando as observações do Observatório W. M. Keck e do InfraRed Telescope Facility da NASA no Havaí e do European Southern Observatory no Chile, a equipe concluiu que AU Mic b tem uma massa menor que 58 Terras.

Esta descoberta mostra o poder do TESS para fornecer novos insights sobre estrelas bem estudadas como AU Mic, onde mais planetas podem estar esperando para serem encontrados.

"Há um evento de trânsito candidato adicional visto nos dados do TESS, e TESS revisitará AU Mic ainda este ano em sua missão estendida, "Disse Plavchan." Continuamos a monitorar a estrela com medições precisas de velocidade radial, então fique ligado."

Por décadas, AU Mic intrigou os astrônomos como um possível lar para planetas graças à sua proximidade, juventude e disco de detritos brilhantes. Agora que TESS e Spitzer encontraram um lá, a história dá uma volta completa. AU Mic é um sistema de referência, um laboratório próximo para compreender a formação e evolução de estrelas e planetas que serão estudados nas próximas décadas.