Júpiteres ultraquentes (UHJs) são alguns dos objetos astronômicos mais fascinantes do cosmos, classificados como tendo períodos orbitais de menos de aproximadamente três dias com temperaturas diurnas superiores a 1.930°C (3.500°F), já que a maioria está travada pelas marés com seus estrelas-mãe.

Mas será que essas órbitas extremamente próximas resultarão em decadência orbital para os UHJs, eventualmente condenando-os a serem engolidos por sua estrela, ou alguns poderão orbitar a longo prazo sem preocupações? Isto é o que um estudo recente postou no arXiv servidor de pré-impressão e aceito no Planetary Science Journal espera abordar.

A equipe de pesquisadores internacionais investigou potenciais decaimentos orbitais para vários UHJs, o que tem o potencial não apenas de ajudar os astrônomos a entender melhor os UHJs, mas também a formação e evolução de exoplanetas em geral.

Aqui, discutimos esta pesquisa com a autora principal do estudo, Dra. Elisabeth Adams, que é cientista sênior do Planetary Science Institute, sobre a motivação por trás do estudo, resultados significativos, estudos de acompanhamento e a importância de estudar o decaimento orbital para UHJs e UHJs, em geral.

Então, qual foi a motivação por trás deste estudo em relação ao decaimento orbital dos UHJs?

“Desde que o primeiro exoplaneta, 51 Peg b aka Dimidium, foi anunciado numa órbita de 4 dias, os cientistas têm estado profundamente preocupados com a estabilidade a longo prazo destes planetas gigantes”, disse o Dr. Adams ao Universe Today.

“Já sabemos há algum tempo que objetos do tamanho de Júpiter não podem existir com órbitas inferiores a cerca de 19 horas (esse é o limite de Roche), mas mesmo planetas gigantes com órbitas de alguns dias são instáveis ​​a longo prazo porque o as forças das marés causarão inexoravelmente o decaimento de suas órbitas. A grande incógnita é o que significa 'longo prazo':o planeta decairá enquanto a estrela ainda estiver na sequência principal ou o processo demorará tanto que a estrela morrerá primeiro?

Para o estudo, os pesquisadores usaram uma combinação de telescópios terrestres e espaciais para realizar fotometria estelar e análises de curvas de luz de exoplanetas de 43 UHJs com períodos orbitais variando de 0,67 dias (TOI-2109 b) a 3,03 dias (TrES-1 b). ) com o objetivo de determinar a taxa de mudança do período orbital (ou seja, aumentar o período orbital ou diminuir o período orbital [decaimento orbital]) medida em milissegundos por ano (ms/ano).

Este estudo consistiu em dados de curvas de luz de trânsito previamente medidos e novos, com a equipe realizando alguns cálculos para determinar a taxa de mudança do período orbital para cada um dos 43 UHJs. Além disso, mais da metade dos 43 UHJs deste estudo possuem dados observacionais de mais de uma década, com um excedendo 20 anos de dados (WASP-18 b aos 32 anos). Então, quais foram os resultados mais significativos deste estudo?

Adams disse ao Universe Today:“O interessante não é apenas que este estudo não encontrou nenhum novo caso de decaimento orbital, mas também que estamos começando a ver diferenças de várias ordens de magnitude em quanto tempo leva o decaimento orbital.

"Os dois melhores casos para planetas em decomposição (WASP-12 b e Kepler-1658 b) estão decaindo a taxas que são> 10-1.000 vezes mais rápidas do que os planetas nos quais não encontramos decadência (por exemplo, WASP-18 b, WASP-19b e KELT-1b); se estes últimos planetas estivessem a decair tão rapidamente como WASP-12 b, definitivamente já o teríamos detectado."

Conforme observado, este estudo abrangente ajudou a identificar novas informações sobre o decaimento orbital de UHJs, especificamente referentes à falta de decaimento orbital para a maioria deles, o que significa que algumas órbitas poderiam ser potencialmente estáveis ​​no longo prazo, apesar de orbitarem extremamente perto de seu respectivo pai. estrelas.

Além disso, ajudou a desafiar medições anteriores relativas ao decaimento orbital de certos UHJs, o que poderia ajudar os astrônomos a compreender melhor a formação e evolução dos UHJs em todo o universo. Portanto, dada a abrangência do estudo, quais estudos de acompanhamento estão atualmente em andamento ou sendo planejados?

Adams diz:"Teremos apenas que continuar procurando! Este artigo é o primeiro de nossa pesquisa e cobre apenas cerca de metade dos UHJs conhecidos, dos quais mais continuam sendo encontrados; entre nossos alvos, metade deles não foram observados por tempo suficiente, ou com trânsitos suficientes, para dizer se está acontecendo um decaimento orbital muito rápido. Para os outros, talvez precisemos apenas de mais alguns anos, ou talvez algumas décadas, para observá-lo.

"Os teóricos também estão a trabalhar arduamente para explicar como a idade e a estrutura da estrela contribuem para as diferentes taxas de decaimento, embora a elevada incerteza entre os modelos teóricos seja a razão pela qual gosto de poder medir empiricamente a taxa de decaimento."

Estudar o decaimento orbital é essencial para uma melhor compreensão se e quando dois objetos astronômicos irão colidir um com o outro, incluindo um planeta e seu satélite (na maioria das vezes uma lua), uma estrela e outro planeta ou cometa orbitando-o (resultando na incineração deste último). , uma estrela e outra estrela (resultando em ondas gravitacionais ou explosões de raios gama) e quaisquer objetos astronômicos orbitando um ao outro (sistema binário).

Para a Terra, medir a decadência orbital tem sido vital para aprender quando os satélites artificiais podem queimar na atmosfera do nosso planeta. Mas, em relação aos exoplanetas, qual é a importância de estudar o decaimento orbital para UHJs, e eles estão limitados apenas a UHJs?

“A decadência das marés é mais importante para planetas grandes”, diz o Dr. Adams. "Insanamente, planetas do tamanho da Terra foram encontrados em órbitas de apenas 4 horas e, ainda assim, prevê-se que sejam estáveis ​​em termos de maré por muitos bilhões de anos. (Publiquei anteriormente um trabalho sobre esses planetas menores de período ultracurto.) Quanto maior do planeta e quanto mais próximo estiver da estrela, mais fortes serão os efeitos das marés e mais rapidamente a órbita irá decair."

UHJs são designados não oficialmente como uma subclasse de Júpiteres "quentes". Tal como este estudo, UHJs anteriores também foram examinados usando uma combinação de telescópios terrestres e espaciais. Conforme observado pelo Dr. Adams, este estudo examinou aproximadamente metade dos UHJs conhecidos, o que significa que há aproximadamente 100 UHJs conhecidos povoando o cosmos.

Como também observado, a maioria dos UHJs estão travados de forma maré com sua estrela-mãe, o que significa que um lado enfrenta continuamente a estrela ao longo de sua órbita, com as temperaturas escaldantes do lado diurno fazendo com que as moléculas se quebrem e se recombinem no lado noturno. Essas características tornam os UHJs alguns dos objetos astronômicos mais intrigantes e misteriosos a serem estudados. Mas qual é a importância de estudar os UHJs, em geral?

“Os Júpiteres ultraquentes permitem-nos medir uma propriedade fundamental das estrelas (o factor de qualidade das marés, que define a taxa de decaimento)”, diz o Dr. "Modelar os seus passados ​​e futuros permite-nos refinar as nossas teorias sobre a formação e migração dos planetas. Alguns deles também podem estar a perder as suas atmosferas, o que podemos procurar.

"Eles também são alguns dos planetas mais fáceis de observar porque são grandes, quentes e próximos de sua estrela e são excelentes alvos tanto para observações de alta precisão (por exemplo, estudos atmosféricos com JWST) quanto para divulgação (são excelentes alvos para amadores interessados). com telescópios decentes)."

Este estudo ocorre no momento em que a NASA e outras agências espaciais ao redor do mundo continuam a descobrir exoplanetas a um ritmo incrível, com a NASA listando o número de exoplanetas confirmados em 5.630 no momento da redação deste artigo. Desse número, 1.805 são classificados como gigantes gasosos (do tamanho de Saturno ou Júpiter), com incontáveis ​​números desses mundos orbitando suas estrelas-mãe em apenas alguns dias ou menos.

À medida que a nossa compreensão dos exoplanetas continua a expandir-se, o mesmo acontecerá com a nossa compreensão dos UHJs, incluindo a sua formação e evolução, juntamente com a formação e evolução das suas estrelas-mãe.

“Meu lema para estudar exoplanetas é esperar o inesperado”, diz o Dr. Adams. "Mesmo depois de três décadas de observações, continuamos encontrando planetas em lugares inesperados fazendo coisas estranhas, e então aprendemos muito sobre o universo descobrindo o que eles estão fazendo e por quê. Definitivamente mantém você alerta!"