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maio 17

Kepler 223: uma estrela com quatro Mini-Netunos em ressonância orbital

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A ressonância orbital 8:6:4:3 dos quatro Mini-Netunos do sistema Kepler-223. Crédito: W. Rebel

Um sistema com quatro exoplanetas, observado há vários anos pelo telescópio Kepler, é verdadeiramente raro: seus componentes, todos os 4 Mini-Netunos situados próximos da estrela, orbitam em uma ressonância única que está bloqueada há bilhões de anos. Por cada 3 órbitas do planeta mais exterior, o segundo orbita 4 vezes, o terceiro 6 vezes e o mais interior 8 vezes.

As ressonâncias orbitais entre planetas não são tão raras como se poderia pensar. Por exemplo, o nosso próprio planeta anão, Plutão, orbita o Sol duas vezes durante o mesmo período em que Netuno leva para completar três órbitas. No entanto, uma ressonância entre quatro exoplanetas é incomum.

Astrônomos da Universidade de Chicago e da Universidade da Califórnia, Berkeley, que reportaram a descoberta em 11 de maio de 2016 na Nature, estão particularmente interessados neste sistema estelar porque pensa-se que os quatro planetas gigantes do nosso Sistema Solar (Júpiter, Saturno, Urano e Netuno) já tiveram órbitas ressonantes que foram perturbadas em um determinado momento, durante a sua história de 4,5 bilhões de anos.

De acordo com o coautor Howard Isaacson, astrônomo de Berkeley, o sistema Kepler-223 pode nos ajudar a compreender como o nosso Sistema Solar e outros sistemas estelares descobertos nas últimas décadas se formaram. Em particular, pode nos ajudar a resolver se os planetas ficam no mesmo lugar em que se formam ou se se movem para mais perto ou mais longe da estrela ao longo das eras.

Howard Isaacson afirmou:

Basicamente, este sistema é tão peculiar no modo em que está bloqueado em ressonâncias que sugere fortemente que a migração é o método pelo qual os planetas se formam, isto é, migrando para o interior depois de se formarem mais longe de suas estrelas.

A missão Kepler da NASA revelou muitos cenários alternativos para a forma como os exoplanetas se formam e migram em sistemas planetários diferentes do nosso.

Howard Isaacson explicou:

Antes de descobrirmos exoplanetas, pensávamos que cada sistema se formava como o nosso. Graças ao observatório espacial Kepler, temos agora Júpiteres quentes, muitos planetas que estão mais perto da sua estrela que Mercúrio ou com um tamanho entre a Terra e Netuno. Sem a descoberta de exoplanetas, não saberíamos que a Terra é uma espécie de ‘outlier’ (um valor aberrante ou atípico).

California Planet Search

Membro do time de Pesquisa de Planetas da Califórnia (California Planet Search), Isaacson obteve o espectro de Kepler-223 em 2012 usando o espectrômetro HIRES (High-Resolution Echelle Spectrometer) acoplado ao telescópio Keck-1 de 10 metros situado no topo de Mauna Kea, na ilha do Havaí, Oceano Pacífico. O espectro revelou uma estrela muito semelhante em tamanho e massa ao Sol, mas um pouco mais antiga, com mais de 6 bilhões de anos.

Howard Isaacson comentou:

Nós precisamos de saber o tamanho exato da estrela para fazer a análise dinâmica e de estabilidade, que envolve estimativas da massa dos exoplanetas. O telescópio Keck foi  fundamentalmente crítico nessa área.

Sean Mills, estudante de graduação da Universidade de Chicago e seus colaboradores usaram em seguida dados de brilho do telescópio Kepler para analisar como os quatro exoplanetas bloqueiam a luz estelar e mudam as órbitas uns dos outros, deduzindo assim os tamanhos e massas dos exoplanetas. A equipe realizou simulações numéricas de migração planetária que poderia ter gerado a arquitetura atual do sistema Kepler-223.

Sean Mills explicou:

Exatamente como e onde se formam planetas é uma questão importante na ciência planetária. O nosso trabalho testa essencialmente um modelo de formação planetária para um tipo de planeta que não temos no nosso Sistema Solar.

A ressonância pode ter sido criada em apenas 100.000 anos, à medida que cada exoplaneta migrava para suficientemente perto dos outros para ser capturado. Os astrônomos suspeitam da existência de circunstâncias especiais que permitiram com que a ressonância persistisse por mais 6 bilhões de anos.

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Sean Mills (à esquerda) e Daniel Fabrycky descrevem a complexa estrutura orbital do sistema extrasolar Kepler-223 em 11 de maio de 2016, na Nature. Crédito: Nancy Wong

Daniel Fabricky, membro da Universidade de Chicago, coautor do artigo, explicou:

Essas ressonâncias são extremamente frágeis. Se outros corpos estiveram voando ao redor e batendo uns nos outros, então teriam desalojado os exoplanetas dessa ressonância.

Os cientistas suspeitam que os planetas massivos do nosso Sistema Solar podem ter saído de ressonâncias parecidas com a de Kepler-223, possivelmente depois de interagir com inúmeros asteroides e planetas pequenos ou planetesimais. Outros processos, incluindo as forças de maré que flexionam os planetas, também poderiam provocar a separação de ressonâncias.

Fabrycky concluiu:

Muitos dos sistemas multiplanetários podem iniciar sua história com uma cadeia de ressonâncias como esta, provavelmente frágeis, o que significa que estas ‘correntes’ normalmente se partem em longas escalas de tempo parecidas com aquelas inferidas para o Sistema Solar.

Fontes

Phys.org: Exoplanets’ complex orbital structure points to planetary migration in solar systems

U C Berkeley: Star has four mini-Neptunes orbiting in lock step

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