As novas observações mostram que o equador estelar (direita) está alinhado com o plano orbital do planeta Beta Pictoris b (meio) e o plano do disco estendido de material de detritos que circunda o sistema (esquerda). Crédito:ESO / A.M. Lagrange; ESO / A.M. Consórcio Lagrange / SPHERE Crédito:Stefan Kraus
Os astrônomos fizeram a primeira medição do alinhamento spin-órbita para um distante planeta 'super-Júpiter', demonstrando uma técnica que poderia permitir avanços na busca para entender como os sistemas exoplanetários se formaram e evoluíram.
Uma equipe internacional de cientistas, liderado pelo professor Stefan Kraus da Universidade de Exeter, realizou as medições para o exoplaneta Beta Pictoris b - localizado a 63 anos-luz da Terra.
O planeta, encontrado na constelação de Pictor, tem uma massa de cerca de 11 vezes a de Júpiter e orbita uma jovem estrela em uma órbita semelhante à de Saturno em nosso sistema solar.
O estudo, publicado hoje (29 de junho de 2020) no Cartas de jornal astrofísico , marca a primeira vez que os cientistas mediram o alinhamento spin-órbita de um sistema planetário de imagem direta.
Crucialmente, os resultados fornecem uma nova visão sobre como melhorar nossa compreensão da história da formação e evolução do sistema planetário.
O professor Kraus disse:"O grau em que uma estrela e uma órbita planetária estão alinhadas uma com a outra nos diz muito sobre como um planeta se formou e se vários planetas no sistema interagiram dinamicamente após sua formação."
Algumas das primeiras teorias do processo de formação do planeta foram propostas pelos proeminentes astrônomos do século 18 Kant e Laplace. Eles notaram que as órbitas dos planetas do sistema solar estão alinhadas entre si, e com o eixo de rotação do Sol, e concluiu que o sistema solar se formou a partir de um disco protoplanetário rotativo e achatado.
"Foi uma grande surpresa quando foi descoberto que mais de um terço de todos os exoplanetas próximos orbitam sua estrela hospedeira em órbitas que estão desalinhadas em relação ao equador estelar.", disse o Prof. Kraus.
Para derivar o eixo de rotação estelar de Beta Pictoris, a equipe usou o modo exclusivo de alta resolução angular e alta resolução espectral de VLTI / GRAVITY para medir mudanças na posição do centroide na linha de absorção de hidrogênio Brackett-gama em escalas de micro-arco de segundo. Na parte deslocada para o azul da linha de absorção, o centróide da emissão é deslocado para o Nordeste, o que indica que o hemisfério sudoeste da estrela está se aproximando do observador. Crédito:Stefan Kraus
"Alguns exoplanetas foram encontrados orbitando na direção oposta à direção de rotação da estrela. Essas observações desafiam a percepção da formação do planeta como um processo limpo e bem ordenado ocorrendo em um disco geometricamente fino e coplanar."
Para o estudo, os pesquisadores desenvolveram um método inovador que mede o minúsculo deslocamento espacial de menos de um bilionésimo de grau causado pela rotação de Beta Pictoris.
A equipe usou o instrumento GRAVITY no VLTI, que combina a luz de telescópios separados por 140 metros, para realizar as medições. Eles descobriram que o eixo de rotação estelar está alinhado com os eixos orbitais do planeta Beta Pictoris be seu disco de detritos estendido.
"A absorção de gás na atmosfera estelar causa um pequeno deslocamento espacial nas linhas espectrais que podem ser usadas para determinar a orientação do eixo de rotação estelar.", disse o Dr. Jean-Baptiste LeBouquin, astrônomo da Universidade de Grenoble, na França, e membro da equipe.
"O desafio é que esse deslocamento espacial é extremamente pequeno:cerca de 1/100 do diâmetro aparente da estrela, ou o equivalente ao tamanho de uma pegada humana na lua vista da Terra. "
Os resultados mostram que o sistema Beta Pictoris está tão bem alinhado quanto nosso próprio sistema solar. Esta descoberta favorece o espalhamento planeta-planeta como a causa das obliquidades da órbita que são observadas em sistemas mais exóticos com Júpiteres quentes.
Contudo, observações em uma grande amostra de sistemas planetários serão necessárias para responder a esta pergunta de forma conclusiva. A equipe propõe um novo instrumento interferométrico que lhes permitirá obter essas medições em muitos outros sistemas planetários que estão prestes a ser descobertos.
"Um instrumento dedicado de alta resolução espectral no VLTI poderia medir o alinhamento spin-órbita de centenas de planetas, incluindo aquelas em órbitas de longo período. ", disse o Prof. Kraus, "Isso nos ajudará a responder à questão de quais processos dinâmicos moldam a arquitetura dos sistemas planetários."
