Exoplaneta radiante descoberto em tempestade de maré perfeita

Ilustração artística de HD 104067 b, que é o exoplaneta mais externo do sistema HD 104067 e responsável por potencialmente causar enorme energia de maré no candidato a exoplaneta mais interno, TOI-6713.01. Crédito:NASA/JPL-Caltech

As forças das marés podem fazer com que a superfície de um exoplaneta irradie calor? Isto é o que um estudo aceitou no Astronomical Journal espera abordar como uma equipe de pesquisadores internacionais usou dados coletados de instrumentos terrestres para confirmar a existência de um segundo exoplaneta residente dentro do sistema exoplanetário, HD 104067, juntamente com o uso da missão Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) da NASA para identificar um adicional candidato a exoplaneta. O estudo está disponível no arXiv servidor de pré-impressão.

O que há de único neste candidato a exoplaneta, que orbita mais internamente em comparação com os outros dois, é que as forças de maré exibidas pelos dois exoplanetas externos estão potencialmente fazendo com que a superfície dos candidatos irradie, com a temperatura de sua superfície atingindo até 2.300 graus Celsius (4.200 graus). Fahrenheit), que os pesquisadores chamam de “tempestade de maré perfeita”.

Universe Today discute esta pesquisa fantástica com o Dr. Stephen Kane, que é Professor de Astrofísica Planetária na UC Riverside e autor principal do estudo, sobre a motivação por trás do estudo, resultados significativos, a importância dos aspectos da "tempestade de marés", siga pesquisas atualizadas e implicações para este sistema no estudo de outros sistemas exoplanetários. Então, qual foi a motivação por trás deste estudo?

“A estrela (HD 104067) era uma estrela conhecida por abrigar um planeta gigante em uma órbita de 55 dias, e tenho uma longa história de obsessão por sistemas conhecidos”, disse o Dr. Kane ao Universe Today. "Quando o TESS detectou um possível planeta em trânsito do tamanho da Terra em uma órbita de 2,2 dias (TOI-6713.01), decidi examinar o sistema mais detalhadamente. Reunimos todos os dados de RV e descobrimos que há OUTRO planeta (massa de Urano) em um 13 órbita de um dia. Então, tudo começou com os dados do TESS, então o sistema foi ficando mais interessante à medida que o estudávamos."

A história de pesquisa exoplanetária do Dr. Kane abrange uma miríade de arquiteturas de sistemas solares, especificamente aquelas contendo exoplanetas altamente excêntricos, mas também inclui trabalho de acompanhamento após a confirmação de exoplanetas dentro de um sistema. Mais recentemente, ele foi o segundo autor de um estudo que discute uma arquitetura de sistema revisada no sistema HD 134606, além de descobrir também duas novas Super-Terras dentro desse sistema.

Para este estudo mais recente, o Dr. Kane e seus colegas usaram dados dos instrumentos terrestres High Accuracy Radial speed Planet Searcher (HARPS) e High Resolution Echelle Spectrometer (HIRES) e da missão TESS mencionada acima para verificar as características e parâmetros de ambos. a estrela-mãe, HD 105067, e os exoplanetas correspondentes que a orbitam. Mas, além da descoberta de exoplanetas adicionais dentro do sistema, como menciona o Dr. Kane, quais são os resultados mais significativos deste estudo?

Crédito:NASA

Kane disse ao Universe Today:"O resultado mais surpreendente do nosso trabalho foi que a dinâmica do sistema faz com que o período de 2,2 dias experimente enormes efeitos de maré, semelhantes aos experimentados por Io. Neste caso, porém, TOI-6713.01 experimenta 10 milhões de vezes mais energia das marés do que Io, resultando numa temperatura de superfície de 2.600K [2.300 graus Celsius (4.200 graus Fahrenheit)]. Isto significa que o planeta literalmente brilha em comprimentos de onda ópticos."

A lua de Júpiter, Io, é o corpo planetário mais vulcanicamente ativo do sistema solar, que é produzido a partir do aquecimento das marés causado pela enorme gravidade de Júpiter ao longo da órbita ligeiramente excêntrica (alongada) de Io, que dura 1,77 dias. Isso significa que Io se aproxima de Júpiter em certos pontos e se afasta de Júpiter em outros pontos, fazendo com que Io se comprima e se expanda, respectivamente.

Ao longo de milhões de anos, esta fricção constante no interior de Io levou ao aquecimento do seu núcleo, resultando nas centenas de vulcões que compõem a superfície de Io e também em nenhuma cratera de impacto visível. Como menciona o Dr. Kane, este novo candidato a exoplaneta “experimenta 10 milhões de vezes mais energia de maré do que Io”, o que poderá levantar questões adicionais relativamente à sua própria actividade vulcânica ou outros processos geológicos. Portanto, qual é o significado dos aspectos de “tempestade de maré” do TOI-6713.01?

Kane disse ao Universe Today:"A razão pela qual TOI-6713.01 experimenta forças de maré tão fortes é por causa da excentricidade dos dois planetas gigantes externos, forçando TOI-6713.01 a uma órbita excêntrica também. Assim, me referi ao planeta como sendo capturado em uma tempestade de maré perfeita."

O sistema HD 104067 com seus dois exoplanetas gigantes externos forçando o TOI-6713.01 mais interno a uma "tempestade de maré perfeita" lembra um pouco as três primeiras luas galileanas de Júpiter, Io, Europa e Ganimedes, no que diz respeito aos efeitos gravitacionais entre si ao longo de suas órbitas. .

Existem algumas diferenças, no entanto, uma vez que a enorme gravidade de Júpiter é a principal força que impulsiona a atividade vulcânica de Io, e todas as três luas estão no que é conhecido como ressonância orbital, o que significa que as órbitas estão relacionadas entre si. Por exemplo, para cada quatro órbitas de Io há duas órbitas de Europa e uma órbita de Ganimedes, fazendo com que a sua ressonância orbital seja 4:2:1, o que resulta em cada lua causando influências gravitacionais regulares entre si.

Portanto, com o aspecto da tempestade de marés no TOI-6713.01 sendo causado pelas excentricidades dos dois gigantes exteriores, como isso se compara à relação entre Io, Europa e Ganimedes?

Kane disse ao Universe Today:"A ressonância de Laplace das luas galileanas cria uma configuração particularmente poderosa, por meio da qual alinhamentos regulares das três luas internas forçam regularmente Io a uma órbita excêntrica. O sistema HD 104067 não está em ressonância, mas ainda é capaz de produzem uma configuração de poder em virtude dos planetas b e c serem tão massivos e, portanto, é mais um efeito de 'força bruta' de forçar o planeta em trânsito interno para uma órbita excêntrica."

Conforme observado, TOI-6713.01 foi descoberto usando o método de velocidade radial, também conhecido como espectroscopia Doppler, o que significa que os astrônomos mediram as minúsculas mudanças no movimento da estrela-mãe à medida que ela é levemente puxada pelo planeta durante a órbita deste último.

Estas pequenas mudanças fazem com que a estrela-mãe oscile à medida que os dois corpos se atraem, e os astrónomos usam um espectrógrafo para detectar mudanças nestas oscilações à medida que a estrela se aproxima e se afasta de nós para encontrar exoplanetas.

Este método provou ser muito eficaz na localização de exoplanetas, uma vez que representa quase 20% do total de exoplanetas confirmados até à data, e o primeiro exoplaneta a orbitar uma estrela como a nossa foi descoberto usando este método. No entanto, apesar da eficácia da velocidade radial, o estudo observa que o TOI-6713.01 “ainda não foi confirmado”, então que observações adicionais são necessárias para confirmar a sua existência?

Kanes disse ao Universe Today:"Como o planeta é tão pequeno, é difícil detectá-lo a partir dos dados de velocidade radial. No entanto, os trânsitos parecem limpos e descartamos a contaminação estelar. Trânsitos adicionais ajudarão, mas estamos bastante confiante na existência do planeta neste momento."

Este estudo surge num momento em que o número total de sistemas exoplanetários é de quase 4.200, com o número de exoplanetas confirmados excedendo 5.600 e mais de 10.100 candidatos a exoplanetas aguardando para serem confirmados. Descobriu-se que essas arquiteturas de sistema variam amplamente em relação ao nosso próprio sistema solar, que é composto pelos planetas terrestres (rochosos) mais próximos do Sol e pelos gigantes gasosos que orbitam muito mais longe.

Os exemplos incluem Júpiteres quentes que orbitam perigosamente perto da sua estrela-mãe, alguns em apenas alguns dias, e outros sistemas que ostentam sete exoplanetas do tamanho da Terra, alguns dos quais orbitam dentro da zona habitável. Portanto, o que esta arquitetura única do sistema solar pode nos ensinar sobre os sistemas exoplanetários, em geral, e que outros sistemas exoplanetários a espelham?

Kane disse ao Universe Today:“Este sistema é um ótimo exemplo de ambientes extremos em que os planetas podem se encontrar. Houve vários casos de planetas terrestres que estão próximos de sua estrela e aquecidos pela energia da estrela, mas muito poucos casos em que a energia das marés está derretendo o planeta por dentro."

A potencial descoberta de um exoplaneta orbitando numa “tempestade de maré perfeita” demonstra ainda mais a miríade de características que os exoplanetas e sistemas exoplanetários exibem, ao mesmo tempo que contrasta com o nosso próprio sistema solar e com o que os astrónomos aprenderam sobre eles até agora. Se confirmado, TOI-6713.01 continuará a moldar a nossa compreensão sobre a formação e evolução de exoplanetas e sistemas exoplanetários não apenas em nossa galáxia, a Via Láctea, mas também em todo o cosmos.

"O universo é um lugar incrível!" Dr. Kane disse ao Universe Today. "O divertido deste projeto em particular é que tudo começou com 'Hmm... isso pode ser interessante' e depois se transformou em algo muito mais fascinante do que eu poderia ter imaginado! Só serve para mostrar, nunca perca a chance de seguir sua curiosidade."

Mais informações: Stephen R. Kane et al, Uma tempestade de maré perfeita:HD 104067 Arquitetura planetária criando um mundo incandescente, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2403.17062
Informações do diário: Jornal Astronômico , arXiv

Fornecido por Universe Today

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