Pequenas estrelas podem hospedar planetas maiores do que se pensava anteriormente

Estrelas com menos da metade da massa do nosso Sol são capazes de hospedar planetas gigantes da classe Júpiter, em conflito com a teoria mais amplamente aceita de como esses planetas se formam, de acordo com um novo estudo liderado por pesquisadores da UCL e da Universidade de Warwick.

Gigantes gasosos, como outros planetas, se formam a partir de discos de material ao redor de estrelas jovens. De acordo com a teoria da acreção do núcleo, eles primeiro formam um núcleo de rocha, gelo e outros sólidos pesados, atraindo uma camada externa de gás uma vez que esse núcleo é suficientemente massivo (cerca de 15 a 20 vezes o da Terra).

No entanto, estrelas de baixa massa têm discos de baixa massa que, preveem os modelos, não forneceriam material suficiente para formar um gigante gasoso dessa maneira, ou pelo menos não rápido o suficiente antes que o disco se partisse.

No estudo, publicado em Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS) e financiado pelo UK Science and Technology Facilities Council (STFC), os pesquisadores analisaram 91.306 estrelas de baixa massa, usando observações do Transiting Exoplanet Survey Satellite da NASA. (TESS), e em 15 casos encontraram quedas no brilho da luz correspondentes a um gigante gasoso passando na frente da estrela.

Cinco dos 15 planetas gigantes em potencial já foram confirmados como planetas usando métodos independentes. Um desses planetas confirmados orbita uma estrela que tem um quinto da massa do Sol – o que não seria possível de acordo com os modelos de formação de planetas.

O principal autor Ed Bryant (Mullard Space Science Laboratory na UCL, anteriormente a Universidade de Warwick), que iniciou o trabalho como parte de seu doutorado, declarou:

Estrelas de baixa massa são melhores em formar planetas gigantes do que pensávamos. Nossos resultados levantam sérias questões para os modelos de formação de planetas. Em particular, nossa detecção de gigantes gasosos orbitando estrelas tão baixas quanto 20% da massa do Sol representa um conflito com a teoria atual.

Ed Bryant

O coautor Vincent Van Eylen (Mullard Space Science Laboratory na UCL) afirmou:

O fato de que, embora raros, gigantes gasosos existam em torno de estrelas de baixa massa é uma descoberta inesperada e significa que os modelos de formação de planetas precisarão ser revisados.

Vincent Van Eylen

Uma possível interpretação é que os gigantes gasosos não se formam por meio da acreção do núcleo, mas por meio da instabilidade gravitacional, onde o disco que envolve uma estrela se fragmenta em aglomerados de poeira e gás do tamanho de planetas. Se for esse o caso, estrelas de baixa massa podem abrigar gigantes gasosos muito grandes, duas ou três vezes a massa de Júpiter. No entanto, isso é considerado improvável, pois os discos de estrelas de baixa massa não parecem ser massivos o suficiente para se fragmentarem dessa maneira.

Outra explicação, dizem os pesquisadores, é que os astrônomos subestimaram a massa do disco de uma estrela, o que significa que estrelas pequenas podem formar planetas gigantes por meio da acreção do núcleo.

Isso pode ser porque calculamos incorretamente a massa dos discos que podemos observar através dos telescópios ou porque os discos têm uma massa maior no início da vida de uma estrela, quando é muito difícil observá-los (pois estão embutidos em nuvens de poeira ), em comparação com mais tarde na vida de uma estrela, quando podemos observá-los.

O coautor Dan Bayliss, professor associado de física na Universidade de Warwick, disse:

É possível que não entendamos as massas desses discos protoplanetários tão bem quanto pensávamos. Novos instrumentos poderosos, como o Telescópio Espacial James Webb, poderão estudar as propriedades desses discos com mais detalhes.

Dan Bayliss

Em seu artigo, os pesquisadores procuraram identificar com que frequência os planetas gigantes ocorriam em torno de estrelas de baixa massa, testando se essa taxa de ocorrência se encaixava no que os modelos de acreção do núcleo prediziam.

Eles usaram um algoritmo para identificar os sinais de gigantes gasosos em trânsito na luz emitida por estrelas de baixa massa. Eles então examinaram esses sinais, descontando uma série de falsos positivos.

Para determinar a probabilidade de seu método detectar gigantes gasosos reais orbitando essas estrelas, eles inseriram simulações de milhares de sinais de planetas em trânsito nos dados reais de luz estelar do TESS e, em seguida, executaram seu algoritmo para ver quantos desses planetas seriam detectados.

Agora, os pesquisadores estão trabalhando para confirmar como planetas (ou descartar) nove de 15 planetas candidatos que identificaram (cinco foram confirmados até agora como planetas, com um falso positivo). Esses candidatos podem ser estrelas companheiras ou pode haver outro motivo para as quedas de brilho. A equipe inferirá as massas desses objetos procurando por uma “oscilação” na posição de sua estrela hospedeira, indicando a possível atração gravitacional do planeta. Essa oscilação pode ser detectada por meio da análise espectroscópica da luz das estrelas, medindo diferentes faixas de luz para rastrear o movimento da estrela, seja para longe de nós ou em nossa direção.

Artigo Científico

MNRAS: The occurrence rate of giant planets orbiting low-mass stars with TESS

Fontes

UCL: Small stars may host bigger planets than previously thought

Universidade de Warwick: Small stars may host bigger planets than previously thought

._._.