Esta impressão artística mostra a visão do planeta do sistema TOI-178 que orbita mais distante da estrela. Novas pesquisas realizadas por Adrien Leleu e seus colegas, usando vários telescópios, incluindo o Very Large Telescope do ESO, revelaram que este sistema em ressonância conta com seis exoplanetas e que todos, exceto o mais próximo da estrela, se movimentam em suas órbitas de acordo com um ritmo muito particular.
© ESO/L. Calçada/spaceengine.org
Isso se explica por um viés observacional ou pela existência física de duas populações distintas de Sub-Netunos? Recentes trabalhos do PRN PlanetS, da Universidade de Genebra (UNIGE) e da Universidade de Berna (UNIBE) apoiam a segunda hipótese. Eles estão detalhados no jornal Astronomy & Astrophysics.
Os exoplanetas são abundantes em nossa Galáxia. Os mais comuns são aqueles cujo tamanho se encontra entre o raio da Terra (cerca de 6400 km) e o de Netuno (cerca de 25.000 km), chamados de "Sub-Netunos". Estima-se que 30% a 50% das estrelas semelhantes ao Sol abriguem pelo menos um.
O cálculo da densidade desses planetas apresenta um problema para os cientistas. Para estimá-la, é necessário medir sua massa e seu raio. O problema é que os planetas cuja massa é medida pelo método das TTV (Transit-Timing Variation) são menos densos do que os planetas cuja massa foi medida pelo método das velocidades radiais, o outro método de medição possível.
"O método das TTV consiste em medir variações na cronometragem do trânsito. As interações gravitacionais entre os planetas de um mesmo sistema, de fato, alteram ligeiramente o momento em que os planetas passarão na frente de sua estrela", explica Jean-Baptiste Delisle, colaborador científico do Departamento de Astronomia da Faculdade de Ciências da UNIGE e coautor do estudo. "O método das velocidades radiais, por sua vez, consiste em medir as variações de velocidade da estrela induzidas pela presença do planeta ao seu redor".
Eliminar todo viés
Uma equipe internacional de astrônomos liderada por cientistas do PRN PlanetS, da UNIGE e da UNIBE publica um estudo explicando esse fenômeno. Ele não seria devido a vieses de seleção ou de observação, mas sim a razões físicas. "A maioria dos sistemas medidos pelo método das TTV está em ressonância", explica Adrien Leleu, professor assistente do Departamento de Astronomia da Faculdade de Ciências da UNIGE e principal autor do estudo.
Dois planetas estão em ressonância quando a razão entre seus períodos orbitais é um número racional. Por exemplo, quando um planeta dá duas voltas ao redor de sua estrela, outro planeta realiza exatamente uma. Se vários planetas estão em ressonância, fala-se então de corrente de ressonâncias de Laplace. "Nos perguntamos, portanto, se havia uma conexão intrínseca entre a densidade e a configuração orbital em ressonância de um sistema planetário", continua o pesquisador.
Para estabelecer o vínculo entre densidade e ressonância, os astrônomos tiveram primeiro que eliminar todo viés nos dados selecionando rigorosamente os sistemas planetários para a análise estatística. Por exemplo, um grande planeta pouco massivo, detectado em trânsito, demanda mais tempo para ser detectado em velocidades radiais. Isso aumenta o risco de que as observações sejam interrompidas antes que o planeta seja visível nos dados de velocidade radial e, portanto, antes que sua massa seja estimada.
"Esse processo de seleção levaria a um viés na literatura a favor de massas e densidades mais elevadas para planetas caracterizados com o método das velocidades radiais. Não tendo medições de suas massas, os menos densos seriam de fato excluídos de nossas análises", explica Adrien Leleu.
Uma vez realizada essa depuração, os astrônomos puderam determinar, utilizando testes estatísticos, que a densidade dos Sub-Netunos é menor em sistemas ressonantes do que seus equivalentes em sistemas não ressonantes, independentemente do método de determinação de suas massas.
Uma questão de "ressonância"
Os cientistas discutem várias hipóteses para explicar essa conexão, especialmente os processos de formação dos sistemas planetários. A hipótese privilegiada pelo estudo sugere que todos os sistemas planetários convergem para um estado de corrente de ressonância nos primeiros momentos de sua existência, mas apenas 5% permanecem estáveis. Os outros 95% tornam-se instáveis. A corrente de ressonância então se rompe, ocasionando uma série de "catástrofes", como colisões entre planetas. Os planetas se fundem, aumentando assim sua densidade antes de se estabilizarem em órbitas não ressonantes.
Esse processo gera duas populações distintas de Sub-Netunos, os densos e os menos densos. "Os modelos numéricos de formação e evolução de sistemas planetários que desenvolvemos em Berna nas últimas duas décadas reproduzem exatamente essa tendência: os planetas em ressonância são menos densos. Este estudo, além disso, confirma que a maioria dos sistemas planetários experimentou colisões gigantes, semelhantes ou ainda mais violentas do que aquela que deu origem à nossa Lua", conclui Yann Alibert, professor na Divisão de Pesquisa Espacial e Ciências Planetárias (WP) e codiretor do Centro para o Espaço e a Habitabilidade da UNIBE, coautor do estudo.