Em fevereiro de 2017, os cientistas da NASA anunciaram a existência de sete planetas terrestres (ou seja, rochosos) dentro do sistema estelar TRAPPIST-1. Desde então, o sistema tem sido o ponto focal de intensa pesquisa para determinar se algum desses planetas pode ou não ser habitável. Ao mesmo tempo, os astrônomos se perguntam se todos os planetas do sistema são realmente contabilizados.
Por exemplo, esse sistema poderia ter gigantes gasosos à espreita em seus confins, como muitos outros sistemas com planetas rochosos (por exemplo, o nosso)? Essa foi a pergunta que uma equipe de cientistas, liderada por pesquisadores do Carnegie Institute of Science, procurou abordar em um estudo recente. De acordo com suas descobertas, o TRAPPIST-1 pode ser orbitado por gigantes de gás a uma distância muito maior do que seus sete planetas rochosos.
O estudo, intitulado "Restrições astrométricas nas massas de planetas gigantes de gás de longo período no sistema planetário TRAPPIST-1", apareceu recentemente em The Astronomical Journal. Como indicam em seu estudo, a equipe contou com as observações de acompanhamento do TRAPPIST-1 durante um período de cinco anos (de 2011 a 2016) usando o telescópio du Pont no Observatório Las Campanas, no Chile.
Usando essas observações, eles procuraram determinar se o TRAPPIST-1 poderia ter gigantes gasosos anteriormente não detectados orbitando dentro dos limites externos do sistema. Como o Dr. Alan Boss - um astrofísico e cientista planetário do Departamento de Magnetismo Terrestre do Instituto Carnegie e o principal autor do artigo - explicou em um comunicado à imprensa da Carnegie:
“Vários outros sistemas estelares que incluem planetas do tamanho da Terra e super-Terras também abrigam pelo menos um gigante gasoso. Portanto, perguntar se esses sete planetas têm irmãos gigantes gasosos com órbitas de período mais longo é uma questão importante. ”
Durante anos, Boss conduziu uma pesquisa de caça de exoplanetas com os co-autores do estudo - Alycia J. Weinberger, Ian B. Thompson, et al. - conhecido como Carnegie Astrometric Planet Search. Esta pesquisa baseia-se na Câmera de Pesquisa Astronômica Planetária Carnegie (CAPSCam), um instrumento no telecópio du Pont que busca planetas extra-solares usando o método astrométrico.
Esse método indireto de busca por exoplanetas determina a presença de planetas ao redor de uma estrela medindo a oscilação dessa estrela hospedeira em torno do centro de massa do sistema (também conhecido como seu baricentro). Usando o CAPSCam, Boss e seus colegas confiaram em vários anos de observações do TRAPPIST-1 para determinar os limites de massa superiores para quaisquer potenciais gigantes de gás que orbitam no sistema.
A partir disso, eles concluíram que planetas com até 4,6 massas de Júpiter poderiam orbitar a estrela por um período de um ano. Além disso, eles descobriram que planetas com até 1,6 massas de Júpiter poderiam orbitar a estrela com períodos de 5 anos. Em outras palavras, é possível que o TRAPPIST-1 tenha gigantes de gás de longo período orbitando seus alcances externos, da mesma maneira que gigantes de gás de longo período existem além da órbita de Marte no Sistema Solar.
Se for verdade, a existência desses planetas gigantes poderia resolver um debate contínuo sobre a formação dos gigantes de gás do Sistema Solar. De acordo com a teoria mais amplamente aceita sobre a formação do Sistema Solar (ou seja, Hipótese Nebular), o Sol e os planetas nasceram de uma nebulosa de gás e poeira. Depois que essa nuvem experimentou um colapso gravitacional no centro, formando o Sol, a poeira e o gás restantes se achataram em um disco ao seu redor.
A Terra e os outros planetas terrestres (Mercúrio, Vênus e Marte) se formaram mais perto do Sol a partir da acumulação de minerais e metais silicatos. Quanto aos gigantes de gás, existem algumas teorias concorrentes sobre como eles se formaram. Em um cenário, conhecido como teoria da acreção de núcleo, os gigantes de gás também começaram a acumular-se a partir de materiais sólidos (formando um núcleo sólido) que se tornaram grandes o suficiente para atrair um envelope de gás circundante.
Uma explicação concorrente - conhecida como teoria da Instabilidade do Disco - afirma que eles se formaram quando o disco de gás e poeira assumiu uma formação de braço em espiral (semelhante a uma galáxia). Esses braços começaram a aumentar em massa e densidade, formando aglomerados que rapidamente se uniram para formar gigantes gasosos. Usando modelos computacionais, Boss e seus colegas consideraram as duas teorias para ver se gigantes gasosos poderiam se formar em torno de uma estrela de baixa massa como TRAPPIST-1.
Enquanto a acreção por núcleo não era provável, a teoria da Instabilidade do Disco indicava que gigantes gasosos poderiam se formar ao redor do TRAPPIST-1 e outras estrelas anãs vermelhas de baixa massa. Como tal, este estudo fornece uma estrutura teórica para a existência de gigantes gasosos em sistemas de estrelas anãs vermelhas que já são conhecidos por terem planetas rochosos. Isso certamente é uma notícia encorajadora para os caçadores de exoplanetas, uma vez que a enxurrada de planetas rochosos foi encontrada orbitando anãs vermelhas nos últimos tempos.
Além do TRAPPIST-1, eles incluem o exoplaneta mais próximo do Sistema Solar (Proxima b), além do LHS 1140b, Gliese 581g, Gliese 625b e Gliese 682c. Mas, como Boss também observou, essa pesquisa ainda está em sua infância, e muito mais pesquisa e discussão precisam ocorrer antes que qualquer coisa possa ser dita conclusivamente. Felizmente, estudos como este estão ajudando a abrir as portas para esses estudos e discussões.
"Os planetas gigantes de gás encontrados em órbitas de longo período em torno do TRAPPIST-1 podem desafiar a teoria central de acreção, mas não necessariamente a teoria da instabilidade do disco", disse Boss. "Há muito espaço para uma investigação mais aprofundada entre as órbitas de período mais longo que estudamos aqui e as órbitas muito curtas dos sete planetas TRAPPIST-1 conhecidos."
Boss e sua equipe também afirmam que observações contínuas com a CAPSCam e refinamentos adicionais em seu pipeline de análise de dados detectarão qualquer planeta de longo período ou colocarão uma restrição ainda mais rígida em seus limites superiores de massa. E, é claro, a implantação de telescópios infravermelhos de última geração, como o Telescópio Espacial James Webb, ajudará na busca por gigantes de gás em torno de estrelas anãs vermelhas.
