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jul 29

Kepler-421b: David Kipping apresenta um mundo em trânsito detectado além da Linha de Neve

http://www.cfa.harvard.edu/sites/www.cfa.harvard.edu/files/images/pr/2014-19/1/hires.jpg

Esta impressão artística mostra o exoplaneta com o tamanho de Urano, Kepler-421b, que orbita uma estrela laranja da classe K, a cerca de 1.000 anos-luz da Terra. Kepler-421b é o exoplaneta detectado pela técnica do trânsito com o ano mais longo conhecido, completando uma órbita em torno da sua estrela mãe a cada 704 dias (terrestres). Está localizado além da “linha de neve”, a linha divisória que separa os planetas rochosos dos gasosos, na sua formação. Kepler-421b pode ter-se formado nesta posição em vez de ter migrado a partir de uma órbita diferente.
Crédito: David A. Aguilar (CfA)

Encontrar um “Netuno Quente” é 9.000 vezes mais fácil que achar um exoplaneta tipo Netuno após a “linha de neve”, a região circunvizinha de uma estrela fria o suficiente para que grãos de gelo se formem em um sistema solar.

Agora, David Kipping (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics), nos apresenta o exoplaneta Kepler-421b. Trata-se um mundo interessante sobre o qual Kipping tem enviado provocativas mensagens através do tweeter nos últimos dias.

Kepler-421b chama a atenção da comunidade astronômica porque seu período orbital é longo, da ordem de 704 dias [terrestres]. Isto faz dele o exoplaneta detectado pela técnica do trânsito como a órbita mais distante de sua estrela hospedeira.

http://arxiv.org/pdf/1407.4807v1.pdf

A curva de luz mostra o trânsito de Kepler-421b. Os pontos azuis e vermelhos denotam as duas observações distintas que ocorreram com um intervalo de 704 dias, entre uma e a outra. Créditos: David Kipping et al.

Este intrigante novo mundo reside a 1.000 anos luz de distância da Terra na direção da constelação de Lira.

O método de trânsito trabalha na detecção da redução do brilho estelar quando um exoplaneta se move em frente de sua estrela na direção visual a partir da Terra.

O que é incomum em relação ao Kepler-421b é que este exoplaneta se moveu apenas duas vezes desde que o Observatório Espacial Kepler passou a monitorar o sistema Kepler 421.

Conforme Kipping explica na página da CfA, quanto mais longe o exoplaneta orbita de sua estrela menor a probabilidade de que o mesmo passe em frente da estrela e seja visto a partir da Terra.

De acordo com os cálculos de Kipping, há uma minúscula chance de 0,3% de um exoplaneta como Kepler-421b ser observado em trânsito. Nós devemos ficar felizes por esta descoberta ao considerarmos o quão difícil é encontramos mundos como este através das técnicas de trânsito exoplanetário.

https://www.cfa.harvard.edu/~dkipping/kepler421_files/frost_line.jpg

O que é a “Linha de Neve”? Crédito: Pearson Education e Addison Wesley

Também conhecida com a “linha de congelamento”, a “linha de neve” em nosso Sistema Solar é o divisor entre os planetas rochosos do Sistema Solar Interior, que vai até Marte, e o Sistema Solar Exterior que abrange os gigantes gasosos, de Júpiter até Netuno.

O resultado é que o tipo de planeta que se forma depende de que parte ele pertence durante a fase primordial da formação planetária, isto é, se ele nasceu dentro ou fora da “linha de neve”. De acordo com a teoria básica de formação planetária, em geral, os gigantes gasosos se formam além da “linha de congelamento”, onde as temperaturas são frias o suficiente para condensar a água em grãos de gelo que se agrupam para criar mundos muito ricos em gelo e água.

Estas descobertas têm implicações importantes, uma vez que temos descoberto um grande número de “Júpiteres quentes” e “Netunos quentes” que orbitam bem no interior dos seus respectivos sistemas, longe da “linha de neve”. Tal reforça os cenários de migrações de planetas onde os gigantes gasosos se formam além da “linha de neve” e se move para o interior do seu sistema solar como resultado de interações gravitacionais com outros corpos. Entretanto, no caso em questão, Kepler-421b, orbita sua estrela anã laranja classe K em u ma distância de 177 milhões de quilômetros, sendo um gigante gasoso que talvez nunca tenha migrado, e o primeiro exemplo de um exoplaneta nesta situação a ser descoberto usando o método do trânsito.

A “linha de neve” se move ao longo do tempo à medida que o sistema planetário jovem se desenvolve. Cálculos do time liderado por Kipping mostram que quando o sistema Kepler-421 tinha cerca de 3 milhões de anos de idade, no início da era da formação planetária, a “linha de neve” deste sistema deveria residir aproximadamente na distância atual onde Kepler-421b atualmente orbita. Este exoplaneta tem praticamente o tamanho de Urano, cerca de 4 vezes o tamanho da Terra. Isto é um indício que Kepler 421b se formou tardiamente, em um momento onde não havia material suficiente para permitir que este mundo crescesse até ficar tão grande quanto Júpiter.

Mas, será mesmo que Kepler-421b é verdadeiramente um gigante gelado ou este mundo poderia ser um grande exoplaneta rochoso? As evidências atuais sugerem a primeira opção.

No artigo científico os cientistas comentaram:

Embora calcular cenários detalhados da formação planetária de Kepler-421b esteja for a do escopo do presente trabalho, argumentos simples sugerem que Kepler-421b é um planeta congelado que se formou além da “linha de neve”. Com um raio aproximado de 4 R e uma densidade de pelo menos 5 g/cm3, se Kepler-421b fosse um planeta rochoso então teria que ter uma massa de pelo menos 60 M. Para um massivo planeta crescer até esta massa o disco protoplanetário teria que abrigar esta massa na faixa dos 1 a 2 UA. Pelo que sabemos, discos protoplanetários tão massivos como este são relativamente raros. Então, um Kepler-421b rochoso nos soa improvável.

Quanto ao local de formação, os astrônomos escreveram:

Para o caso do Kepler-421b, a formação in situ é uma alternativa razoável para a formação e migração a partir dos semieixos principais. Comparando com resultados de cálculos previamente publicados, a escala de tempo para produzir um planeta com 10-20 M⊕é comparável ou maior ao tempo de vida médio de vida do disco protoplanetário. Assim, a formação de planetesimais gelados é bastante provável. Se uma migração significativa através do gás e dos planetesimais que sobraram pode ser evitada, Kepler-421b permaneceu perto da ‘zona de alimentação “, no qual se formou.

Vamos colocar este exoplaneta no contexto: consideremos que Marte orbita o Sol a cada 780 dias [terrestres] em comparação com os 704 dias da órbita de Kepler-421b (em volta, como mencionado acima, de uma estrela menor anã-laranja da Classe K, mais fria e menos massiva que o Sol). Os cálculos dos cientistas indicam uma temperatura na superfície da ordem de 180 Kelvin (-93,15ºC).

Em artigos recentes, citados por Kipping e sua equipe, sugerem que planetas próximos ao limiar da linha de neve podem ser comuns, mas encontrá-los por métodos de trânsito vai ser bem difícil por causa da probabilidade baixa do trânsito. Quanto à detecção através da técnica de velocidade radial, o planeta representa o que o artigo chama de “um desafio significativo para as instalações observacionais atuais”. No entanto, mas a determinação da massa de mundos como este poderia nos ajudar a entender a relação entre massa e raio à medida que avançamos para mais longe da estrela mãe.

O artigo assinado por Kipping et al., intitulado “Discovery of a Transiting Planet Near the Snow-Line”, foi publicado no The Astrophysical Journal.

Fontes

Centauri Dreams: Transiting World at the Snow Line

David Kipping (CfA): FIRST TRANSITING EXOPLANET FOUND AT THE “FROST-LINE”

Artigo Científico

ArXiv.org: Discovery of a Transiting Planet Near the Snow-Line

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