Usando observações do Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) da NASA, uma equipe internacional de astrônomos descobriu um trio de mundos quentes maiores do que a Terra orbitando uma versão muito mais jovem de nosso Sol, chamada TOI 451. O sistema reside no recém-descoberto rio Pisces-Eridanus, um conjunto de estrelas com menos de 3% da idade de nosso sistema solar que se estende por um terço do céu.

Os planetas foram descobertos em imagens TESS tiradas entre outubro e dezembro de 2018. Estudos de acompanhamento do TOI 451 e seus planetas incluíram observações feitas em 2019 e 2020 usando o Telescópio Espacial Spitzer da NASA, que já foi aposentado, bem como muitas instalações terrestres. Arquivos de dados infravermelhos do satélite Near-Earth Object Wide-Field Infrared Survey Explorer (NEOWISE) da NASA - coletados entre 2009 e 2011 sob seu apelido anterior, WISE - sugere que o sistema retém um disco frio de poeira e detritos rochosos. Outras observações mostram que TOI 451 provavelmente tem dois companheiros estelares distantes circulando um ao outro muito além dos planetas.

"Este sistema verifica muitas caixas para astrônomos, "disse Elisabeth Newton, professor assistente de física e astronomia no Dartmouth College em Hanover, Nova Hampshire, quem liderou a pesquisa. "Tem apenas 120 milhões de anos e apenas 400 anos-luz de distância, permitindo observações detalhadas deste jovem sistema planetário. E porque existem três planetas entre duas e quatro vezes o tamanho da Terra, eles são alvos especialmente promissores para testar teorias sobre como as atmosferas planetárias evoluem. "

Um artigo relatando as descobertas foi publicado em 14 de janeiro em The Astronomical Journal .

Riachos estelares se formam quando a gravidade de nossa galáxia, a Via Láctea, separa aglomerados de estrelas ou galáxias anãs. As estrelas individuais se movem ao longo da órbita original do aglomerado, formando um grupo alongado que se dispersa gradualmente.

Em 2019, uma equipe liderada por Stefan Meingast da Universidade de Viena usou dados da missão Gaia da Agência Espacial Europeia para descobrir o rio Pisces-Eridanus, nomeado para as constelações contendo as maiores concentrações de estrelas. Estendendo-se por 14 constelações, o fluxo tem cerca de 1, 300 anos-luz de comprimento. Contudo, a idade inicialmente determinada para o riacho era muito mais velha do que agora pensamos.

Mais tarde, em 2019, pesquisadores liderados por Jason Curtis da Universidade de Columbia em Nova York analisaram os dados do TESS para dezenas de membros da corrente. Estrelas mais jovens giram mais rápido do que suas contrapartes mais velhas, e eles também tendem a ter pontos estelares proeminentes - mais escuros, regiões mais frias, como manchas solares. Conforme esses pontos giram para dentro e para fora de nossa visão, eles podem produzir pequenas variações no brilho de uma estrela que o TESS pode medir.

As medições TESS revelaram evidências esmagadoras de manchas estelares e rápida rotação entre as estrelas da corrente. Com base neste resultado, Curtis e seus colegas descobriram que o riacho tinha apenas 120 milhões de anos - semelhante ao famoso aglomerado das Plêiades e oito vezes mais jovem do que as estimativas anteriores. A missa, Juventude, e a proximidade do riacho Peixes-Eridano o torna um laboratório fundamental para estudar a formação e evolução de estrelas e planetas.

"Graças à cobertura quase total do TESS, medições que poderiam apoiar uma busca por planetas orbitando membros deste fluxo já estavam disponíveis para nós quando o fluxo foi identificado, "disse Jessie Christiansen, co-autor do artigo e vice-líder científico do Arquivo de Exoplanetas da NASA, uma instalação para pesquisar mundos além do nosso sistema solar gerenciado pela Caltech em Pasadena, Califórnia. "Os dados do TESS continuarão a nos permitir expandir os limites do que sabemos sobre exoplanetas e seus sistemas nos próximos anos."

A jovem estrela TOI 451, mais conhecido pelos astrônomos como CD-38 1467, fica a cerca de 400 anos-luz de distância, na constelação de Eridanus. Tem 95% da massa do nosso Sol, mas é 12% menor, um pouco mais frio, e emite 35% menos energia. TOI 451 gira a cada 5,1 dias, que é mais de cinco vezes mais rápido que o sol.

TESS identifica novos mundos procurando por trânsitos, o ligeiro, dimmings regulares que ocorrem quando um planeta passa na frente de sua estrela de nossa perspectiva. Trânsitos de todos os três planetas são evidentes nos dados do TESS. A equipe de Newton obteve medições do Spitzer que apoiaram as descobertas do TESS e ajudaram a descartar possíveis explicações alternativas. Outras observações de acompanhamento vieram do Observatório Las Cumbres - uma rede global de telescópios sediada em Goleta, Califórnia - e o Telescópio de pesquisa de exoplanetas de Perth, na Austrália.

Mesmo o planeta mais distante do TOI 451 orbita três vezes mais perto do que Mercúrio se aproxima do Sol, portanto, todos esses mundos são bastante quentes e inóspitos para a vida como a conhecemos. As estimativas de temperatura variam de cerca de 2, 200 graus Fahrenheit (1, 200 graus Celsius) para o planeta mais interno a cerca de 840 F (450 C) para o planeta mais externo.

TOI 451 b orbita a cada 1,9 dias, é cerca de 1,9 vezes o tamanho da Terra, e sua massa estimada varia de duas a 12 vezes a da Terra. O próximo planeta a sair, TOI 451 c, completa uma órbita a cada 9,2 dias, é cerca de três vezes maior que a Terra, e detém entre três e 16 vezes a massa da Terra. O maior e mais distante mundo, TOI 451 d, circula a estrela a cada 16 dias, é quatro vezes o tamanho do nosso planeta, e pesa entre quatro e 19 massas terrestres.

Os astrônomos esperam que planetas tão grandes retenham grande parte de sua atmosfera, apesar do intenso calor de sua estrela próxima. Diferentes teorias de como as atmosferas evoluem quando um sistema planetário atinge a idade de TOI 451 prevêem uma ampla gama de propriedades. Observar a luz das estrelas passando pela atmosfera desses planetas oferece uma oportunidade de estudar esta fase de desenvolvimento e pode ajudar a restringir os modelos atuais.

"Medindo a luz das estrelas penetrando na atmosfera de um planeta em diferentes comprimentos de onda, podemos inferir sua composição química e a presença de nuvens ou neblinas de alta altitude, "disse Elisa Quintana, um astrofísico do Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland. "Os planetas do TOI 451 oferecem excelentes alvos para tais estudos com o Hubble e o futuro Telescópio Espacial James Webb."

As observações do WISE mostram que o sistema é excepcionalmente brilhante em luz infravermelha, que é invisível aos olhos humanos, em comprimentos de onda de 12 e 24 micrômetros. Isso sugere a presença de um disco de detritos, onde corpos rochosos semelhantes a asteróides colidem e se transformam em pó. Embora Newton e sua equipe não possam determinar a extensão do disco, eles o imaginam como um anel difuso de rocha e poeira centrado tão longe da estrela quanto Júpiter está do nosso sol.

Os pesquisadores também investigaram uma estrela vizinha fraca que aparece a cerca de dois pixels de distância do TOI 451 em imagens TESS. Com base nos dados Gaia, A equipe de Newton determinou que esta estrela é uma companheira gravitacional localizada tão longe de TOI 451 que sua luz leva 27 dias para chegar lá. Na verdade, os pesquisadores acham que a companheira é provavelmente um sistema binário de duas estrelas anãs do tipo M, cada um com cerca de 45% da massa do Sol e emitindo apenas 2% de sua energia.