Com apenas 1% da idade do sol, o sistema binário DS Tuc nos mostra como um planeta pode se desenvolver naturalmente antes que sua órbita seja perturbada por forças externas.

Um jovem planeta localizado a 150 anos-luz de distância deu aos astrofísicos da UNSW de Sydney uma rara chance de estudar um sistema planetário em formação.

As evidências, publicado recentemente no Astronomical Journal , sugerem que o planeta DS Tuc Ab - que orbita uma estrela em um sistema binário - se formou sem ser fortemente impactado pela atração gravitacional da segunda estrela.

"Esperávamos que a atração da segunda estrela inclinasse o disco giratório de gás e poeira que uma vez cercou a estrela principal - um processo que distorceria a órbita do planeta, "diz o Dr. Benjamin Montet, Scientia Fellow na UNSW Sydney e principal autora do estudo.

"Surpreendentemente, não encontramos evidências de que a órbita do planeta foi afetada. Também descobrimos que o planeta se formou por meio de processos relativamente calmos - o que significa que é possível que planetas semelhantes à Terra sobrevivam em sistemas binários como este. "

O Dr. Montet trabalhou com uma equipe internacional de pesquisadores nos Telescópios Magellan localizados no Observatório Las Campanas, no Chile. Eles usaram o espectrógrafo Planet Finder para medir o efeito Rossiter-McLaughlin, que é o ângulo relativo entre a órbita do planeta e a rotação de sua estrela.

Eles descobriram que o planeta DS Tuc Ab orbita sua estrela em um plano relativamente plano, em aproximadamente 12 graus de inclinação do eixo de rotação da estrela. Esta baixa inclinação - chamada obliquidade - sugere que a atração da estrela companheira não inclinou significativamente a órbita do disco protoplanetário onde DS Tuc Ab se formou.

Embora todos os planetas do sistema solar tenham uma baixa obliquidade, é incomum para planetas como o DS Tuc Ab.

"A maioria dos planetas semelhantes orbitam suas estrelas em ângulos aleatórios, às vezes atingindo até 90 graus acima do eixo de sua estrela, "Dr. Montet diz.

"O sistema DS Tuc é a primeira evidência de que ângulos orbitais mais altos não são definidos no início da vida de uma estrela - eles são um efeito que só acontece mais tarde."

Aos 40 milhões de anos, o gigante gasoso DS Tuc Ab é considerado um 'pré-adolescente' em anos planetários. Existem menos de dez planetas que conhecemos que são tão jovens.

Sua idade é uma oportunidade única para os astrofísicos estudarem um sistema em desenvolvimento antes que influências externas interfiram.

"Para descobrir quanto tempo duram os sistemas planetários, precisamos de sistemas que são muito jovens para passar por interações dinâmicas, mas com idade suficiente para formar planetas. O sistema DS Tuc está exatamente nesse nicho, "Dr. Montet diz.

DS Tuc Ab:um "Hot Neptune"

O planeta DS Tuc Ab é um planeta gasoso do tamanho de Netuno que orbita sua estrela de perto e rapidamente - uma volta ao redor de sua estrela leva apenas 8,1 dias. Esses tipos de planetas são conhecidos como "Hot Neptunes" por sua alta velocidade e proximidade de suas estrelas.

Hot Neptunes são diferentes de tudo o que temos no sistema solar.

Mesmo o menor e mais próximo planeta do nosso sol, Mercúrio, leva quase 100 dias para completar sua órbita. Nosso planeta gasoso mais próximo, Júpiter, leva mais de 4300 dias.

É improvável que planetas gigantes de gás se desenvolvam perto de suas estrelas. O entendimento atual é que eles se formam mais distantes e, hora extra, uma força faz com que eles se aproximem de suas estrelas.

Os cientistas querem saber o que é essa força.

"Existem duas teorias principais sobre como Hot Neptunes chegou a ficar tão perto de suas estrelas, "diz o Dr. Montet.

"Uma teoria é que uma força externa - potencialmente uma colisão de vários corpos nas proximidades - 'os chuta' para mais perto, onde eles oscilam e eventualmente se estabelecem em uma nova órbita.

"Outra teoria é que processos suaves dentro do disco planetário criam uma força que gradualmente puxa o planeta para mais perto da estrela."

Testar a obliquidade pode ajudar os cientistas a descobrir qual força estava em jogo. Planetas com baixas obliquidades são entendidos como formados por processos de disco liso, enquanto processos mais dramáticos levarão a obliquidades aleatórias ou altas.

Contudo, astrofísicos recentemente ficaram intrigados com a sugestão de que estrelas binárias largas podem inclinar a órbita de planetas jovens em torno de suas estrelas - embora este processo seja suave, resultaria em planetas com altas inclinações orbitais.

"Se for verdade, isso derrubaria nossa teoria da formação de planetas! ", diz o Dr. Montet.

Embora essa teoria não fosse apoiada pela baixa obliquidade do DS Tuc Ab, os cientistas estão olhando para os céus em busca de mais sistemas binários jovens para testar.

A próxima geração de sistemas planetários

Quando se trata de aprender com os sistemas estelares, muitos dos sistemas que podemos observar hoje fornecem uma história imprecisa do passado do sistema.

"Os sistemas atuais não são laboratórios puros, "diz o Dr. Montet.

"Ao longo de bilhões de anos, as interações planeta-planeta e planeta-estrela podem se espalhar, torque, migrar, e perturbar as órbitas, tornando o que vemos hoje muito diferente de como eles se formaram inicialmente. "

Os planetas levam entre 10 e 100 milhões de anos para se formar, mas a maioria dos planetas visíveis da Terra são muito mais antigos. O sistema DS Tuc tem 45 milhões de anos - apenas 1% da idade do sol.

"O DS Tuc Ab está em uma idade interessante, "diz o Dr. Montet." O disco protoplanetário se dissipou, e podemos ver o planeta, mas ainda é muito jovem para a órbita de outras estrelas distantes manipular seu caminho.

"Isso nos dá a chance de entender a dinâmica de formação de planetas de uma forma que uma estrela de cinco bilhões de anos não entende."

DS Tuc A é a estrela mais jovem para a qual o alinhamento spin-órbita já foi medido.

Pesquisando os céus

DS Tuc Ab só é visível do hemisfério sul. Foi descoberto no ano passado através da missão Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) da NASA - uma missão de levantamento de todo o céu que visa descobrir milhares de exoplanetas perto de estrelas brilhantes.

Montet trabalhou em estreita colaboração com pesquisadores das universidades Harvard e Carnegie, que também mediu a obliquidade de DS Tuc Ab, mas usou o método de tomografia Doppler.

"As primeiras pesquisas de exoplanetas foram feitas em instalações no Hemisfério Norte, e então eles perderam muitos dos planetas ao sul, "diz o Dr. Montet.

"A missão TESS da NASA está mudando isso. É encontrar todos esses planetas ao redor de estrelas que antes não haviam sido pesquisados."

Dr. Montet e sua equipe estão liderando um esforço para encontrar e caracterizar mais planetas em torno de estrelas jovens. Eles esperam estudar como a atividade estelar, como chamas estelares e manchas estelares, pode afetar a detecção e habitabilidade do planeta.

"Encontrar jovens planetas é um desafio. Nós realmente precisamos entender o comportamento da estrela-mãe para sermos capazes de encontrar os sinais rasos desses planetas que podem ser superados por manchas estelares e chamas, "diz Adina Feinstein, um Pesquisador de Pós-Graduação da National Science Foundation na Universidade de Chicago e co-autor do estudo.

"Não há razão para que planetas como a Terra não possam se formar e sobreviver em sistemas de Netuno Quente como este, "Dr. Montet diz.

"Só temos que sair e encontrá-los."