Um grupo internacional de colaboradores, incluindo cientistas do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA e da Universidade do Novo México, descobriram um novo, exoplaneta temperado de tamanho sub-Netuno com um período orbital de 24 dias orbitando uma estrela anã M próxima. A recente descoberta oferece oportunidades de pesquisa interessantes graças à atmosfera substancial do planeta, pequena estrela, e quão rápido o sistema está se afastando da Terra.

A pesquisa, intitulado TOI-1231 b:Um temperado, Planeta do tamanho de Netuno em trânsito pelo anão M3 próximo NLTT 24399, será publicado em uma futura edição da The Astronomical Journal. O exoplaneta, TOI-1231 b, foi detectado usando dados fotométricos do Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) e seguido por observações usando o Planet Finder Spectrograph (PFS) no telescópio Magellan Clay no Observatório Las Campanas no Chile. O PFS é um instrumento sofisticado que detecta exoplanetas por meio de sua influência gravitacional em suas estrelas hospedeiras. Enquanto os planetas orbitam seus hospedeiros, as velocidades estelares medidas variam periodicamente, revelando a presença planetária e informações sobre sua massa e órbita.

A estratégia de observação adotada pelo TESS da NASA, que divide cada hemisfério em 13 setores pesquisados ​​por cerca de 28 dias, está produzindo a pesquisa mais abrangente em todo o céu para planetas em trânsito. Esta abordagem já provou sua capacidade de detectar planetas grandes e pequenos ao redor de estrelas que vão desde estrelas semelhantes ao Sol até estrelas anãs M de baixa massa. M estrelas anãs, também conhecida como anã vermelha, são o tipo mais comum de estrela na Via Láctea, constituindo cerca de 70% de todas as estrelas da galáxia.

M anãs são menores e possuem uma fração da massa do sol e têm baixa luminosidade. Porque um anão M é menor, quando um planeta de um determinado tamanho transita pela estrela, a quantidade de luz que é bloqueada pelo planeta é maior, tornando o trânsito mais facilmente detectável. Imagine um planeta parecido com a Terra passando na frente de uma estrela do tamanho do sol, vai bloquear um pouquinho de luz; mas se estiver passando na frente de uma estrela muito menor, a proporção de luz bloqueada será maior. Num sentido, isso cria uma sombra maior na superfície da estrela, tornando os planetas ao redor dos anões M mais facilmente detectáveis ​​e mais fáceis de estudar.

Embora permita a detecção de exoplanetas no céu, A estratégia de pesquisa da TESS também produz tendências observacionais significativas com base no período orbital. Os exoplanetas devem transitar suas estrelas hospedeiras pelo menos duas vezes dentro do intervalo de observação do TESS para serem detectados com o período correto pelo pipeline do Science Processing Operations Center (SPOC) e do Quick Look Pipeline (QLP), que pesquisam os dados TESS de cadência de 2 e 30 minutos, respectivamente. Porque 74 por cento da cobertura total do céu da TESS é observada apenas por 28 dias, a maioria dos exoplanetas TESS detectados tem períodos inferiores a 14 dias. Período de 24 dias do TOI-1231b, Portanto, torna sua descoberta ainda mais valiosa.

Jennifer Burt, cientista do JPL da NASA, o autor principal do artigo, junto com seus colaboradores, incluindo Diana Dragomir, um professor assistente no Departamento de Física e Astronomia da UNM, mediu o raio e a massa do planeta.

"Trabalhando com um grupo de excelentes astrônomos espalhados por todo o mundo, fomos capazes de reunir os dados necessários para caracterizar a estrela hospedeira e medir o raio e a massa do planeta, "disse Burt." Esses valores, por sua vez, nos permitiram calcular a densidade do planeta e fazer hipóteses sobre o que o planeta é feito. TOI-1231 b é muito semelhante em tamanho e densidade a Netuno, então achamos que tem um tamanho semelhante, atmosfera gasosa. "

"Outra vantagem dos exoplanetas orbitando hospedeiros anões M é que podemos medir suas massas mais facilmente porque a proporção da massa do planeta em relação à massa estelar também é maior. Quando a estrela é menor e menos massiva, faz com que os métodos de detecção funcionem melhor porque o planeta de repente desempenha um papel maior, pois se destaca mais facilmente em relação à estrela, "explicou Dragomir." Como a sombra projetada na estrela. Quanto menor a estrela, quanto menos massiva for a estrela, mais o efeito do planeta pode ser detectado.

"Embora TOI 1231b esteja oito vezes mais perto de sua estrela do que a Terra está do Sol, sua temperatura é semelhante à da Terra, graças à sua estrela hospedeira mais fria e menos brilhante, "diz Dragomir." No entanto, o próprio planeta é realmente maior do que a Terra e um pouco menor do que Netuno - poderíamos chamá-lo de um sub-Netuno. "

Burt e Dragomir, que realmente iniciaram esta pesquisa enquanto eram bolsistas do Instituto Kavli do MIT, trabalhou com cientistas especializados em observar e caracterizar as atmosferas de pequenos planetas para descobrir quais missões baseadas no espaço atuais e futuras podem ser capazes de examinar as camadas externas do TOI-1231 b para informar aos pesquisadores exatamente quais tipos de gases estão girando ao redor do planeta. Com uma temperatura em torno de 330 Kelvin ou 140 graus Fahrenheit, TOI-1231b é um dos mais legais, pequenos exoplanetas acessíveis para estudos atmosféricos descobertos até agora.

Pesquisas anteriores sugerem que planetas tão frios podem ter nuvens altas em sua atmosfera, o que torna difícil determinar quais tipos de gases os rodeiam. Mas novas observações de outro pequeno, planeta frio chamado K2-18 b quebrou essa tendência e mostrou evidências de água em sua atmosfera, surpreendendo muitos astrônomos.

"TOI-1231 b é um dos únicos outros planetas que conhecemos com tamanho e faixa de temperatura semelhantes, portanto, as observações futuras deste novo planeta nos permitirão determinar o quão comum (ou raro) é a formação de nuvens de água em torno desses mundos temperados, "disse Burt.

Adicionalmente, com o alto brilho do infravermelho próximo (NIR) de sua estrela hospedeira, torna-se um alvo excitante para futuras missões com o Telescópio Espacial Hubble (HST) e o Telescópio Espacial James Webb (JWST). O primeiro conjunto dessas observações, liderado por um dos co-autores do artigo, deve ocorrer ainda este mês usando o Telescópio Espacial Hubble.

"A baixa densidade do TOI 1231b indica que ele está rodeado por uma atmosfera substancial, em vez de ser um planeta rochoso. Mas a composição e a extensão dessa atmosfera são desconhecidas!" disse Dragomir. "TOI1231b poderia ter uma grande atmosfera de hidrogênio ou hidrogênio-hélio, ou uma atmosfera de vapor de água mais densa. Cada um deles apontaria para uma origem diferente, permitindo que os astrônomos entendam se e como os planetas se formam de maneira diferente em torno das anãs M em comparação com os planetas ao redor do nosso Sol, por exemplo. Nossas próximas observações do HST começarão a responder a essas perguntas, e o JWST promete uma análise ainda mais completa da atmosfera do planeta. "

Outra forma de estudar a atmosfera do planeta é investigar se o gás está sendo expelido, procurando evidências de átomos como hidrogênio e hélio ao redor do planeta enquanto ele transita pela face de sua estrela hospedeira. Geralmente, átomos de hidrogênio são quase impossíveis de detectar porque sua presença é mascarada por gás interestelar. Mas este sistema planeta-estrela oferece uma oportunidade única de aplicar este método devido à rapidez com que está se afastando da Terra.

"Um dos resultados mais intrigantes das últimas duas décadas da ciência dos exoplanetas é que, até agora, nenhum dos novos sistemas planetários que descobrimos se parece com o nosso próprio sistema solar, "disse Burt." Eles estão cheios de planetas entre o tamanho da Terra e Netuno em órbitas muito mais curtas que as de Mercúrio, portanto, não temos nenhum exemplo local para compará-los. Este novo planeta que descobrimos ainda é estranho - mas está um passo mais perto de ser um pouco como os planetas da nossa vizinhança. Em comparação com a maioria dos planetas em trânsito detectados até agora, que costumam ter temperaturas escaldantes na casa das centenas ou milhares de graus, TOI-1231 b é positivamente frígido. "

Para encerrar, Dragomir reflete que "este planeta se junta às fileiras de apenas dois ou três outros pequenos exoplanetas próximos que serão examinados a cada chance que tivermos e usando uma ampla gama de telescópios, nos próximos anos, fique de olho nos novos desenvolvimentos do TOI1231b! "

Este artigo está no prelo em The Astronomical Journal .