TOI-6894b: gigante gasoso em órbita da anã vermelha TOI-6894 desafia o TESS

Um enorme enigma foi identificado em órbita de uma anã vermelha minúscula, com apenas um quinto do tamanho do Sol.

Durante muito tempo, acreditou-se que estrelas tão pequenas não conseguiriam gerar planetas gigantes. Ainda assim, as evidências apontam para algo difícil de ignorar: um gigante gasoso com dimensões semelhantes às de Saturno circulando essa estrela.

Um gigante gasoso “impossível” em torno da anã vermelha TOI-6894

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

"Fiquei muito entusiasmado com essa descoberta", afirma o astrofísico Edward Bryant, da Universidade de Warwick, no Reino Unido, que liderou uma ampla equipa internacional.

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

Planetas surgem a partir do material remanescente do processo de nascimento da estrela hospedeira. As estrelas se formam quando uma região densa, dentro de uma nuvem de gás e poeira, colapsa sob a própria gravidade. Parte desse material passa a girar em torno da protoestrela num disco que alimenta o seu crescimento; quando a estrela atinge um ponto em que consegue expulsar o restante com o vento estelar, o crescimento termina.

O que sobra no disco é, em grande medida, a matéria-prima dos planetas. A poeira vai se agregando, grão a grão, até dar origem a corpos que acabam por orbitar a estrela.

O problema é que a massa do disco protoplanetário tende a acompanhar a massa da estrela. Por isso, anãs vermelhas muito pequenas não deveriam ter material suficiente para construir gigantes gasosos.

Mesmo assim, sistemas estranhos - quase “impossíveis” - aparecem ocasionalmente, sugerindo não só que gigantes podem se formar em torno de estrelas diminutas, como também que isso talvez não seja tão raro. Como ainda não há uma boa estimativa de quão frequente é esse fenómeno, Bryant e a sua equipa decidiram vasculhar dados do TESS em busca de pistas.

Como a equipa encontrou o TOI-6894b nos dados do TESS e confirmou com o VLT

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

Em geral, exoplanetas são detectados pelo chamado método de trânsito. Quando um planeta passa entre nós (os observadores) e a sua estrela, o brilho estelar diminui ligeiramente. Ao procurar quedas periódicas de luminosidade, astrónomos inferem a presença do planeta - um sinal normalmente muito pequeno, que exige análise cuidadosa.

No caso de TOI-6894, porém, o escurecimento observado foi enorme: 17%. Pelos trânsitos medidos pela equipa, isso indica que o diâmetro da estrela é de cerca de 320.000 quilómetros (aprox. 200.000 milhas), enquanto o exoplaneta teria por volta de 120.000 quilómetros de diâmetro.

Observações adicionais, feitas para quantificar o quanto a gravidade do planeta afeta o movimento orbital da estrela, permitiram estimar a massa de TOI-6894b. O valor é de apenas 17% da massa de Júpiter, o que sugere uma atmosfera leve e “fofa”, com baixa densidade.

Por que o TOI-6894b é um alvo ideal para estudar atmosfera e desafia a formação planetária

A descoberta é particularmente interessante por vários motivos. Como os trânsitos são muito profundos, o exoplaneta torna-se um candidato excelente para estudos atmosféricos. Durante o trânsito, parte da luz da estrela atravessa a atmosfera difusa do planeta; nesse caminho, a radiação pode ser modificada por átomos e moléculas, permitindo aos cientistas identificar 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 bastante frio (em temperatura - e também, no sentido amplo), a expectativa é encontrar muito metano.

"Este sistema coloca um novo desafio para os modelos de formação planetária, e oferece um alvo muito interessante para observações de acompanhamento, a fim de caracterizar a sua atmosfera", diz o astrofísico Andrés Jordán, do Millennium Institute of Astrophysics, no Chile.

A esperança é que essas medições também ajudem a esclarecer como TOI-6894b se formou. Para gigantes gasosos, os astrónomos normalmente consideram dois caminhos: o acúmulo gradual de material, de baixo para cima, ou o colapso direto provocado por uma instabilidade no disco protoplanetário.

Com base no que a equipa observou, nenhum dos dois cenários se encaixa perfeitamente. Uma descrição mais detalhada da composição de TOI-6894b pode ajudar a distinguir qual via é a mais provável para gerar mundos gigantes a orbitar estrelas tão pequenas.

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

"Esse 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.