À medida que os planetas se formam no turbilhão de gás e poeira em torno de estrelas jovens, parece haver um ponto ideal onde a maioria das grandes, Gigantes gasosos semelhantes a Júpiter se reúnem, centrado em torno da órbita onde Júpiter está hoje em nosso sistema solar.

A localização deste ponto ideal é entre 3 e 10 vezes a distância que a Terra está do nosso sol (3-10 unidades astronômicas, ou AU). Júpiter está a 5,2 UA do nosso sol.

Essa é apenas uma das conclusões de uma análise sem precedentes de 300 estrelas capturadas pelo Gemini Planet Imager, ou GPI, um detector infravermelho sensível montado no telescópio Gemini South de 8 metros no Chile.

A Pesquisa de Exoplanetas GPI, ou GPIES, é um dos dois grandes projetos que procuram exoplanetas diretamente, bloqueando a luz das estrelas e fotografando os próprios planetas, em vez de procurar oscilações reveladoras na estrela - o método da velocidade radial - ou planetas que se cruzam na frente da estrela - a técnica de trânsito. A câmera GPI é sensível ao calor emitido por planetas recém-formados e anãs marrons, que são mais massivos do que planetas gigantes gasosos, mas ainda muito pequeno para iniciar a fusão e se tornar estrelas.

A análise das primeiras 300 de mais de 500 estrelas pesquisadas pela GPIES, publicado em 12 de junho no The Astronomical Journal , "é um marco, "disse Eugene Chiang, um professor de astronomia da UC Berkeley e membro do grupo de teoria da colaboração. "Agora temos excelentes estatísticas sobre a frequência com que os planetas ocorrem, sua distribuição de massa e a que distância estão de suas estrelas. É a análise mais abrangente que já vi neste campo. "

O estudo complementa pesquisas anteriores de exoplanetas, contando planetas entre 10 e 100 UA, uma faixa na qual a pesquisa de trânsito do Telescópio Espacial Kepler e as observações de velocidade radial provavelmente não detectarão planetas. Foi liderado por Eric Nielsen, um cientista pesquisador do Instituto Kavli para Astrofísica de Partículas e Cosmologia da Universidade de Stanford, e envolveu mais de 100 pesquisadores em 40 instituições em todo o mundo, incluindo a Universidade da Califórnia, Berkeley.

Um novo planeta, uma nova anã marrom

Desde que a pesquisa GPIES começou há cinco anos, a equipe imaginou seis planetas e três anãs marrons orbitando essas 300 estrelas. A equipe estima que cerca de 9 por cento das estrelas massivas têm gigantes gasosos entre 5 e 13 massas de Júpiter além de uma distância de 10 UA, e menos de 1 por cento têm anãs marrons entre 10 e 100 UA.

O novo conjunto de dados fornece informações importantes sobre como e onde os objetos massivos se formam nos sistemas planetários.

"Conforme você sai da estrela central, planetas gigantes se tornam mais frequentes. Cerca de 3 a 10 UA, os picos da taxa de ocorrência, "Disse Chiang." Nós sabemos que há picos porque os levantamentos Kepler e de velocidade radial encontraram um aumento na taxa, indo de Júpiteres quentes muito perto da estrela para Júpiteres a algumas UA da estrela. GPI preencheu a outra extremidade, indo de 10 a 100 UA, e descobrir que a taxa de ocorrência cai; os planetas gigantes são encontrados com mais frequência em 10 do que 100. Se você combinar tudo, há um ponto ideal para a ocorrência de planetas gigantes em torno de 3 a 10 UA. "

"Com futuros observatórios, particularmente o telescópio de trinta metros e ambiciosas missões baseadas no espaço, vamos começar a imaginar os planetas que residem no ponto ideal para estrelas como o sol, "disse o membro da equipe Paul Kalas, um professor adjunto de astronomia da UC Berkeley.

A pesquisa de exoplanetas descobriu apenas um planeta anteriormente desconhecido - 51 Eridani b, quase três vezes a massa de Júpiter - e uma anã marrom até então desconhecida - HR 2562 B, pesando cerca de 26 massas de Júpiter. Nenhum dos planetas gigantes da imagem estava em torno de estrelas parecidas com o sol. Em vez de, planetas gigantes de gás foram descobertos apenas em torno de estrelas mais massivas, pelo menos 50 por cento maior que nosso sol, ou 1,5 massas solares.

"Considerando o que nós e outras pesquisas vimos até agora, nosso sistema solar não se parece com outros sistemas solares, "disse Bruce Macintosh, o principal investigador do GPI e professor de física em Stanford. "Não temos tantos planetas compactados tão perto do Sol quanto eles têm de suas estrelas e agora temos evidências provisórias de que outra forma pela qual podemos ser raros é tendo esse tipo de planetas Júpiter e para cima."

"O fato de que planetas gigantes são mais comuns em torno de estrelas mais massivas do que estrelas semelhantes ao Sol é um quebra-cabeça interessante, "Disse Chiang.

Como muitas estrelas visíveis no céu noturno são jovens estrelas massivas chamadas estrelas A, isso significa que "as estrelas que você pode ver no céu noturno com seus olhos têm mais probabilidade de ter planetas com a massa de Júpiter ao seu redor do que as estrelas mais fracas que você precisa de um telescópio para ver, "Kalas disse." Isso é bem legal. "

A análise também mostra que planetas gigantes gasosos e anãs marrons, enquanto aparentemente em um continuum de massa crescente, podem ser duas populações distintas que se formaram de maneiras diferentes. Os gigantes gasosos, até cerca de 13 vezes a massa de Júpiter, parecem ter se formado por acréscimo de gás e poeira em objetos menores - de baixo para cima. Anãs marrons, entre 13 e 80 massas de Júpiter, formado como estrelas, pelo colapso gravitacional - de cima para baixo - dentro da mesma nuvem de gás e poeira que deu origem às estrelas.

"Acho que esta é a evidência mais clara que temos de que esses dois grupos de objetos, planetas e anãs marrons, formar de forma diferente, "Chiang disse." Eles realmente são maçãs e laranjas. "

A imagem direta é o futuro

O Gemini Planet Imager pode obter imagens nítidas de planetas ao redor de estrelas distantes, graças à ótica adaptativa extrema, que detecta rapidamente turbulência na atmosfera e reduz o desfoque, ajustando a forma de um espelho flexível. O instrumento detecta o calor de corpos ainda brilhando com sua própria energia interna, como exoplanetas que são grandes, entre 2 e 13 vezes a massa de Júpiter, e jovem, menos de 100 milhões de anos, em comparação com a idade do nosso Sol de 4,6 bilhões de anos. Mesmo que bloqueie a maior parte da luz da estrela central, o brilho ainda limita o GPI a ver apenas planetas e anãs marrons longe das estrelas que orbitam, entre cerca de 10 e 100 UA.

A equipe planeja analisar dados sobre as estrelas restantes na pesquisa, na esperança de uma maior compreensão dos tipos e tamanhos mais comuns de planetas e anãs marrons.

Chiang observou que o sucesso do GPIES mostra que a imagem direta se tornará cada vez mais importante no estudo de exoplanetas, especialmente para entender sua formação.

"A imagem direta é a melhor maneira de chegar a planetas jovens, "disse ele." Quando jovens planetas estão se formando, suas jovens estrelas são muito ativas, muito nervoso, para velocidade radial ou métodos de trânsito funcionarem facilmente. But with direct imaging, seeing is believing."