TOI-6894b: um gigante gasoso em órbita da anã vermelha TOI-6894

Um enorme quebra-cabeça foi identificado a orbitar uma anã vermelha minúscula, com apenas um quinto do tamanho do Sol.

Durante muito tempo, acreditou-se que estrelas tão pequenas não conseguiriam dar origem a planetas gigantes. Ainda assim, há sinais inequívocos de um “peso-pesado” no sistema: um gigante gasoso com dimensões próximas às de Saturno.

TOI-6894b: um gigante gasoso em torno de uma anã vermelha minúscula

O exoplaneta, batizado de TOI-6894b, tem 86% do raio de Júpiter. Já a sua estrela-mãe, TOI-6894, possui apenas 23% do raio e 21% da massa do Sol - tornando-se, até agora, a menor estrela em torno da qual se encontrou um mundo gigante.

"Eu fiquei muito entusiasmado com esta descoberta", afirma o astrofísico Edward Bryant, da Universidade de Warwick, no Reino Unido, que liderou a grande equipa internacional de investigação.

"Não esperávamos que planetas como o TOI-6894b conseguissem formar-se em torno de estrelas com massa tão baixa. Esta descoberta será uma pedra angular para compreender os extremos da formação de planetas gigantes."

Por que estrelas pequenas deveriam ter dificuldade em formar planetas gigantes

Os planetas surgem a partir do material que sobra do processo de formação da estrela hospedeira. As estrelas nascem quando uma região densa numa nuvem de gás e poeira colapsa sob a força da gravidade. Parte desse material passa a girar em torno da protoestrela, formando um disco que alimenta o seu crescimento; quando a estrela se torna grande o suficiente para expulsar esse material com o vento estelar, o crescimento é interrompido.

O que fica para trás é a matéria-prima dos planetas. A poeira agrega-se em grumos, que aos poucos vão construindo mundos que acabam por orbitar a estrela.

O ponto crucial é que se considera que a quantidade de material no disco esteja relacionada com a massa da estrela. Por isso, anãs vermelhas muito pequenas não deveriam conseguir criar gigantes gasosos: simplesmente não haveria matéria suficiente disponível.

Mesmo assim, esses sistemas estranhos - quase “impossíveis” - aparecem de vez em quando. Isso sugere não apenas que planetas gigantes podem, sim, formar-se em torno de estrelas minúsculas, como também que o fenómeno talvez não seja tão raro. O problema é que ainda não se sabe ao certo o quão comum isso é; por isso, Bryant e os colegas partiram para procurar pistas nos dados do TESS.

A busca no TESS e a confirmação com o ESO VLT

"Eu inicialmente vasculhei observações do TESS de mais de 91.000 estrelas anãs vermelhas de baixa massa à procura de planetas gigantes", diz ele. "Depois, usando observações feitas com um dos maiores telescópios do mundo, o VLT do ESO, eu descobri o TOI-6894b, um planeta gigante em trânsito diante da estrela de menor massa conhecida até hoje a hospedar um planeta assim."

Em geral, exoplanetas são detetados por meio do chamado método de trânsito. Quando um planeta em órbita passa entre nós (os observadores) e a sua estrela, o brilho estelar diminui ligeiramente. Ao procurar quedas periódicas nessa luz, astrónomos inferem a presença do exoplaneta - normalmente um sinal muito subtil que exige bastante análise.

No caso de TOI-6894, porém, a equipa encontrou algo bem menos discreto: o brilho da estrela caía uns impressionantes 17%. A partir dos trânsitos medidos, os investigadores estimaram que a estrela tenha cerca de 320.000 quilómetros de diâmetro, enquanto o exoplaneta mede por volta de 120.000 quilómetros de largura.

Observações adicionais, destinadas a quantificar o quanto a gravidade do planeta altera o movimento orbital da estrela, permitiram estimar a massa de TOI-6894b. O planeta tem apenas 17% da massa de Júpiter, o que aponta para uma atmosfera leve e “fofa”, pouco densa.

Trânsitos profundos e o potencial para estudar a atmosfera do TOI-6894b

Há vários motivos para a empolgação. Como os trânsitos são muito profundos, o exoplaneta torna-se um candidato excelente para estudos atmosféricos. Durante a passagem, uma fração da luz da estrela atravessa a atmosfera difusa do planeta; nesse percurso, a luz pode ser modificada por átomos e moléculas presentes ali, permitindo que cientistas identifiquem literalmente do que TOI-6894b é feito.

Um grupo de astrónomos já solicitou tempo de observação no JWST para realizar essas análises da atmosfera. Como o exoplaneta é relativamente frio (em termos de temperatura - e também, no geral), a expectativa é encontrar bastante metano.

"Este sistema impõe um novo desafio aos modelos de formação planetária e oferece um alvo muito interessante para observações de seguimento que caracterizem a sua atmosfera", afirma o astrofísico Andrés Jordán, do Millennium Institute of Astrophysics, no Chile.

Um desafio para os modelos de formação de gigantes gasosos

Idealmente, esses estudos também devem ajudar a esclarecer como o TOI-6894b se formou. Para gigantes gasosos, os astrónomos costumam considerar dois cenários principais: a acumulação gradual de material, de baixo para cima, ou o colapso direto a partir de uma instabilidade no disco protoplanetário.

Com base no que a equipa observou até agora, nenhum dos dois caminhos encaixa perfeitamente. Um retrato mais detalhado da composição de TOI-6894b pode ajudar a indicar qual dessas vias - ou que variação delas - é a mais provável para produzir mundos gigantes em órbita de estrelas tão pequenas.

"É uma descoberta intrigante. Nós realmente não entendemos como uma estrela com tão pouca massa consegue formar um planeta tão massivo!", diz o astrofísico Vincent Van Eylen, do University College London.

"Este é um dos objetivos da busca por mais exoplanetas. Ao encontrar sistemas planetários diferentes do nosso Sistema Solar, conseguimos testar os nossos modelos e compreender melhor como o nosso próprio Sistema Solar se formou."

A descoberta foi publicada na Nature Astronomy.