Esses planetas gigantes não deveriam existir. Mas eles fazem

Para um astrônomo do Departamento de Astronomia e Ciências Planetárias da Northern Arizona University, a resposta é simples: comece a construir modelos melhores.

Com financiamento da National Science Foundation e colaboração com co-investigadores da Indiana University Bloomington, ele está liderando um estudo de três anos sobre as origens do excêntricos Júpiteres quentes – gigantes gasosos fora do nosso sistema solar que seguem órbitas invulgarmente esticadas.

Quando a investigação terminar, em 2028, a equipa pretende desenvolver uma compreensão teórica mais profunda sobre como estes planetas invulgares se formaram e se as mesmas forças poderão ter moldado o nosso próprio sistema solar.

“A variabilidade dos planetas extrasolares é enorme”, disse Muñoz. “Os sistemas extra-solares podem parecer-se com o nosso sistema solar, mas, em alguns casos, parecem totalmente diferentes e exóticos. Estamos muito interessados ​​em ver como o sistema solar se forma no contexto, compreendendo sistemas que se parecem com o nosso e outros que parecem completamente diferentes. Podemos ter uma noção de quais são os extremos, quão média é a história de formação do nosso planeta e quão médio é o nosso sistema solar.”

Entre estes sistemas planetários extremos, os excêntricos Júpiteres quentes destacam-se como alguns dos mais fascinantes.

Durante anos, os cientistas pensaram que os Júpiteres quentes se formaram da mesma forma que os seus parentes mais conhecidos, os Júpiteres quentes, que partilham tamanho e massa semelhantes, mas orbitam muito mais perto das suas estrelas. À medida que os telescópios melhoraram e dados mais precisos se tornaram disponíveis, no entanto, os astrónomos perceberam que os Júpiteres quentes poderiam ter origens muito mais complicadas.

Ao contrário dos Júpiteres quentes, que podem orbitar as suas estrelas em quase qualquer inclinação, os Júpiteres quentes estão quase sempre alinhados com os equadores das suas estrelas. As observações também revelam que quanto mais alongada for a órbita quente de Júpiter, mais precisamente alinhada ela tende a ser – um padrão surpreendente que nenhuma teoria atual de formação de planetas pode explicar.

Para explorar este mistério, o investigador está a desenvolver um novo e crescente catálogo de Júpiteres quentes excêntricos, usando dados do Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) da NASA. Essas descobertas servirão de base para modelos atualizados e inteiramente novos que poderão finalmente revelar como esses mundos estranhos surgiram.

“Os dados dizem-nos que os Júpiteres quentes não são apenas o fim dos Júpiteres quentes”, disse Muñoz. “Isso nos diz que eles podem ter uma história diferente. Precisamos entender se isso é apenas uma peculiaridade – se são casos patológicos que acontecem talvez uma vez a cada milhão de casos – ou se há um processo físico adicional que ignoramos no passado e que podemos ser capazes de desvendar.”

Saber quais processos estão em ação durante a formação excêntrica de Júpiter quente poderia ajudar os astrônomos a descobrir verdades ocultas sobre a evolução do nosso sistema solar e a criação de inúmeros outros iguais a ele. Mas antes de mergulhar nas implicações, Muñoz tem de interrogar múltiplas hipóteses até encontrar uma que seja prática e plausível.

Uma possibilidade é que estes Júpiteres excêntricos e quentes tenham planetas companheiros que de alguma forma alteram as suas órbitas sem desalinhá-los em relação ao equador das suas estrelas. Ter excentricidades e inclinações variadas simultaneamente é bem compreendido do ponto de vista da modelagem, mas ter uma e não a outra não é tão facilmente explicado.

Outra diz respeito às nebulosas gasosas nas quais os planetas e as suas estrelas se formaram. Muñoz raciocina que estes planetas poderiam ter interagido com os seus arredores de formas que os astrónomos nunca poderiam ter previsto à medida que se desenvolviam. Descobertas desta natureza podem mudar permanentemente a forma como os astrónomos mapeiam a formação planetária.

Por último, e o favorito de Muñoz, é a ideia de que as estrelas nestes sistemas são responsáveis. Como as estrelas são corpos fluidos, elas podem desenvolver ondas internas que às vezes podem colidir e extrair energia da órbita de um planeta de maneiras peculiares. Ele disse que é matematicamente viável que essas ondas também possam ser a razão pela qual os Júpiteres quentes se alinham tão intimamente com os equadores das suas estrelas hospedeiras.

A resposta para qual teoria está correta, no momento, é um mistério, mas Muñoz trabalhará arduamente para resolver com inúmeras técnicas de modelagem.

“Sou um teórico, então trabalho em modelos usando computadores pesados, cálculos com lápis e papel e qualquer coisa entre eles”, disse Muñoz. “Para começar, não temos um modelo que preveja isso, então vamos enlouquecer e mergulhar nas maneiras mais criativas de pensar sobre esse problema. Mas uma vez que você tenha um modelo matemático, isso é apenas o começo.”

No próximo ano, Muñoz contratará um estudante de pós-graduação que se destaca na resolução criativa de quebra-cabeças para auxiliá-lo em seu estudo de modelagem. Entretanto, ele disse que a sua investigação sobre a hipótese da sua estrela hospedeira tem sido promissora e que espera publicar as suas descobertas num futuro próximo.