Usando uma combinação de telescópios, incluindo o Very Large Telescope of the European Southern Observatory (ESO's VLT), astrônomos revelaram um sistema que consiste em seis exoplanetas, cinco dos quais estão travados em um ritmo raro em torno de sua estrela central. Os pesquisadores acreditam que o sistema pode fornecer pistas importantes sobre como os planetas, incluindo aqueles do Sistema Solar, formar e evoluir.

A primeira vez que a equipe observou TOI-178, uma estrela a cerca de 200 anos-luz de distância na constelação de Escultor, eles pensaram ter visto dois planetas girando em torno dele na mesma órbita. Contudo, um olhar mais atento revelou algo totalmente diferente. "Por meio de outras observações, percebemos que não havia dois planetas orbitando a estrela aproximadamente à mesma distância dela, mas sim vários planetas em uma configuração muito especial, "diz Adrien Leleu da Université de Genève e da Universidade de Berna, Suíça, que liderou um novo estudo do sistema publicado hoje em Astronomia e Astrofísica .

A nova pesquisa revelou que o sistema possui seis exoplanetas e que todos, exceto o mais próximo da estrela, estão travados em uma dança rítmica enquanto se movem em suas órbitas. Em outras palavras, eles estão em ressonância. Isso significa que existem padrões que se repetem conforme os planetas giram em torno da estrela, com alguns planetas se alinhando a cada poucas órbitas. Uma ressonância semelhante é observada nas órbitas de três das luas de Júpiter:Io, Europa e Ganimedes. Io, o mais próximo dos três a Júpiter, completa quatro órbitas completas em torno de Júpiter para cada órbita que Ganimedes, o mais distante, faz, e duas órbitas completas para cada órbita que a Europa faz.

Os cinco exoplanetas externos do sistema TOI-178 seguem uma cadeia de ressonância muito mais complexa, um dos mais longos já descobertos em um sistema de planetas. Enquanto as três luas de Júpiter estão em uma ressonância 4:2:1, os cinco planetas externos no sistema TOI-178 seguem uma cadeia 18:9:6:4:3:enquanto o segundo planeta da estrela (o primeiro na cadeia de ressonância) completa 18 órbitas, o terceiro planeta da estrela (segundo na cadeia) completa 9 órbitas, e assim por diante. Na verdade, os cientistas inicialmente encontraram apenas cinco planetas no sistema, mas, seguindo esse ritmo ressonante, eles calcularam onde em sua órbita estaria um planeta adicional quando tivessem uma janela para observar o sistema.

Mais do que apenas uma curiosidade orbital, esta dança de planetas ressonantes fornece pistas sobre o passado do sistema. "As órbitas neste sistema são muito bem ordenadas, que nos diz que este sistema evoluiu muito suavemente desde o seu nascimento, "explica o co-autor Yann Alibert da Universidade de Berna. Se o sistema tivesse sido significativamente perturbado no início de sua vida, por exemplo, por um impacto gigante, esta frágil configuração de órbitas não teria sobrevivido.

Desordem no sistema rítmico

Mas mesmo que o arranjo das órbitas seja limpo e bem ordenado, as densidades dos planetas "são muito mais desordenadas, "diz Nathan Hara da Université de Genève, Suíça, que também estava envolvido no estudo. "Parece que existe um planeta tão denso quanto a Terra ao lado de um planeta muito fofo com metade da densidade de Netuno, seguido por um planeta com a densidade de Netuno. Não é o que estamos acostumados. "Em nosso Sistema Solar, por exemplo, os planetas estão bem organizados, com o rochoso, planetas mais densos perto da estrela central e do fofo, planetas de gás de baixa densidade mais distantes.

"Este contraste entre a harmonia rítmica do movimento orbital e as densidades desordenadas certamente desafia nossa compreensão da formação e evolução dos sistemas planetários, "diz Leleu.

Combinando técnicas

Para investigar a arquitetura incomum do sistema, a equipe usou dados do satélite CHEOPS da Agência Espacial Europeia, ao lado do instrumento ESPRESSO baseado em solo no VLT do ESO e nos NGTS e SPECULOOS, ambos localizados no Observatório do Paranal do ESO no Chile. Uma vez que exoplanetas são extremamente difíceis de localizar diretamente com telescópios, os astrônomos devem, em vez disso, confiar em outras técnicas para detectá-los. Os principais métodos usados ​​são os trânsitos de imagem - observar a luz emitida pela estrela central, que escurece quando um exoplaneta passa na frente dele quando observado da Terra - e velocidades radiais - observando o espectro de luz da estrela em busca de pequenos sinais de oscilações que acontecem quando os exoplanetas se movem em suas órbitas. A equipe usou os dois métodos para observar o sistema:CHEOPS, NGTS e SPECULOOS para trânsitos e ESPRESSO para velocidades radiais.

Ao combinar as duas técnicas, astrônomos foram capazes de coletar informações importantes sobre o sistema e seus planetas, que orbita sua estrela central muito mais perto e muito mais rápido do que a Terra orbita o sol. O mais rápido (o planeta mais interno) completa uma órbita em apenas alguns dias, enquanto o mais lento leva cerca de dez vezes mais. Os seis planetas têm tamanhos que variam de cerca de um a cerca de três vezes o tamanho da Terra, enquanto suas massas são 1,5 a 30 vezes a massa da Terra. Alguns dos planetas são rochosos, mas maiores que a Terra - esses planetas são conhecidos como Super-Terras. Outros são planetas de gás, como os planetas externos em nosso Sistema Solar, mas são muito menores - são apelidados de Mini-Neptunes.

Embora nenhum dos seis exoplanetas encontrados se encontre na zona habitável da estrela, os pesquisadores sugerem que, continuando a cadeia de ressonância, eles podem encontrar planetas adicionais que podem existir nesta zona ou muito perto dela. Extremely Large Telescope (ELT) do ESO, que deve começar a operar nesta década, será capaz de obter imagens de exoplanetas rochosos diretamente na zona habitável de uma estrela e até mesmo caracterizar suas atmosferas, apresentando uma oportunidade de conhecer sistemas como TOI-178 com ainda mais detalhes.