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

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

Durante muito tempo, considerou-se que estrelas tão pequenas não tinham capacidade para formar planetas gigantes. No entanto, as evidências na órbita desta estrela apontam de forma inequívoca para um verdadeiro colosso: um gigante gasoso com dimensões semelhantes às de Saturno.

O exoplaneta, designado TOI-6894b, tem 86 por cento do raio de Júpiter. Já a sua estrela-mãe, TOI-6894, apresenta apenas 23 por cento do raio e 21 por cento da massa do Sol, o que a torna a mais pequena estrela conhecida até hoje com um mundo gigante identificado em seu redor.

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

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

Porque é que um gigante gasoso junto de uma anã vermelha parecia impossível

Os planetas nascem a partir do material que sobra dos processos de formação da estrela anfitriã. As estrelas formam-se quando um aglomerado denso de matéria, numa nuvem de gás e poeira, colapsa sob a ação da gravidade. Parte desse material dispõe-se em torno da protoestrela em rotação, formando um disco que alimenta o seu crescimento; quando a estrela se torna suficientemente grande para afastar esse material com o seu vento estelar, a fase de crescimento termina.

É desse material remanescente que surgem os planetas. A poeira aglomera-se, pouco a pouco, e vai construindo mundos que acabam por ficar em órbita da estrela.

Aqui está o problema: pensa-se que a quantidade de material no disco é proporcional à massa da estrela. A razão pela qual anãs vermelhas diminutas não deveriam conseguir produzir planetas gigantes é simples - teoricamente, não haveria matéria suficiente disponível para construir um corpo desta escala.

Mesmo assim, estes sistemas estranhos, quase “impossíveis”, aparecem de tempos a tempos. Isso sugere não só que planetas gigantes conseguem formar-se em torno de estrelas muito pequenas, como também que esse processo pode nem ser assim tão raro. O que ainda falta perceber é quão frequente ele é; por isso, Bryant e a sua equipa avançaram com uma procura sistemática em dados do TESS à procura de pistas.

"Inicialmente, analisei observações do TESS de mais de 91,000 estrelas anãs vermelhas de baixa massa à procura de planetas gigantes", explica. "Depois, recorrendo a observações feitas com um dos maiores telescópios do mundo, o VLT do ESO, descobri o TOI-6894b, um planeta gigante em trânsito na estrela de menor massa conhecida até à data a hospedar um planeta deste tipo."

Como o método do trânsito revelou o TOI-6894b

Na maioria dos casos, os exoplanetas são identificados através de uma abordagem chamada método do trânsito. Quando um exoplaneta em órbita passa entre nós (os observadores) e a sua estrela, o brilho estelar diminui de forma muito ligeira. Ao procurar quebras periódicas na luz da estrela, os astrónomos conseguem inferir a presença do planeta - normalmente, trata-se de um sinal muito pequeno que exige uma análise cuidadosa para ser detetado.

No caso de TOI-6894, os investigadores encontraram uma redução de brilho verdadeiramente enorme: 17 por cento. Com base nas observações destes trânsitos, isso apontaria para um diâmetro estelar de cerca de 320,000 kilometers (200,000 miles), enquanto o exoplaneta teria aproximadamente 120,000 kilometers de diâmetro.

Observações adicionais - destinadas a medir até que ponto a gravidade deste exoplaneta gigante influencia o movimento orbital da estrela - permitiram determinar a massa de TOI-6894b. O valor obtido é de apenas 17 por cento da massa de Júpiter, o que sugere uma atmosfera exoplanetária leve e “fofa”, isto é, pouco densa.

Porque este mundo é um alvo ideal para estudar a atmosfera

A descoberta é particularmente interessante por várias razões. Como os trânsitos são tão profundos, este exoplaneta torna-se um candidato excelente para estudos atmosféricos. Durante a passagem, parte da luz da estrela atravessa a atmosfera difusa do planeta; nesse percurso, essa luz pode ser modificada pelos átomos e moléculas presentes, permitindo aos cientistas observar, literalmente, de que é feito o TOI-6894b.

Uma equipa de astrónomos já pediu tempo de observação no JWST para realizar estes estudos atmosféricos. Como o exoplaneta é relativamente frio (em termos de temperatura, mas também, no sentido geral), a expectativa é encontrar muito metano.

"Este sistema coloca um novo desafio aos modelos de formação planetária e oferece um alvo muito interessante para observações de acompanhamento que permitam caracterizar a sua atmosfera", afirma o astrofísico Andrés Jordán, do Instituto Milénio de Astrofísica, no Chile.

Espera-se também que estas observações ajudem a esclarecer como o TOI-6894b se formou. Para os gigantes gasosos, há dois cenários preferenciais entre os astrónomos: a acumulação gradual de material, de baixo para cima, ou o colapso direto provocado por uma instabilidade no disco protoplanetário.

Com base nos dados recolhidos pela equipa, nenhum dos cenários encaixa na perfeição. Informações mais detalhadas sobre a composição do TOI-6894b poderão ajudar a distinguir qual é o caminho mais plausível para a formação de mundos gigantes em órbita de estrelas tão pequenas.

"É uma descoberta intrigante. Não compreendemos realmente como é que uma estrela com tão pouca massa consegue formar um planeta tão massivo!", diz o astrofísico Vincent Van Eylen, do Colégio Universitário de Londres.

"Este é um dos objetivos de procurar mais exoplanetas. Ao encontrarmos 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 Astronomia.