Descobrem algo nunca antes visto: 6 planetas sincronizados em perfeita harmonia

Os planetas com tamanhos entre a Terra e Neptuno, conhecidos como sub-Neptunos, estão a orbitar mais de metade de todas as estrelas semelhantes ao Sol. No entanto, a sua composição, formação e evolução permanecem um mistério.

O estudo de sistemas multiplanetários oferece a oportunidade de investigar a formação e evolução dos planetas, ao mesmo tempo que mede as condições iniciais e o ambiente.

Os que estão em ressonância (com os seus períodos sincronizados numa proporção de números inteiros) são particularmente valiosos porque implicam que o sistema praticamente nunca sofreu alterações desde o seu nascimento.

Numa nova investigação apresentada na revista Nature, foram apresentadas observações de seis planetas em trânsito à volta da estrela HD 110067. Primeiro, usando os três planetas mais próximos para prever os restantes três, foi descoberto que os planetas têm órbitas ressonantes.

Sistemas ressonantes

Embora os sistemas multiplanetários sejam comuns na nossa galáxia, os astrónomos observam com muito menos frequência aqueles que se encontram numa formação gravitacional estreita conhecida como "ressonância".

Neste caso, o planeta mais próximo da estrela realiza três órbitas por cada duas do planeta seguinte (o que se designa por ressonância 3:2), um padrão que se repete entre os quatro planetas mais próximos.

Entre os planetas mais afastados, um padrão de quatro órbitas para cada três do planeta seguinte (uma ressonância de 4:3) é repetido duas vezes. Os planetas têm estado provavelmente a executar esta mesma dança cósmica desde que o sistema se formou há milhares de milhões de anos.

Esta estabilidade significa que o sistema não sofreu impactos e choques que normalmente ocorrem quando se formam: colisões e choques, fusões e desintegrações de planetas que competem por um lugar. E isso, por sua vez, pode dizer algo importante sobre a sua formação.

A sua estabilidade era assim desde o início; as ressonâncias 3:2 e 4:3 dos planetas são quase exatamente como eram no momento da sua formação. Serão necessárias medições mais exatas das massas e órbitas para refinar ainda mais a imagem de como o sistema se formou.

Um mistério cósmico

A descoberta deste sistema é uma espécie de história de detetives. As primeiras indicações vieram do TESS da NASA (o satélite para estudar exoplanetas em trânsito), que segue os pequenos eclipses (os "trânsitos") que os planetas fazem quando atravessam as faces das suas estrelas.

A combinação das medições do TESS, efetuadas em observações separadas com dois anos de intervalo, revelou uma variedade de trânsitos para a estrela hospedeira, chamada HD 110067. Mas era difícil distinguir quantos planetas existiam ou quais as suas órbitas.

Por fim, os astrónomos seleccionaram os dois planetas mais interiores, com períodos orbitais (o seu ano) de 9 dias para o planeta mais próximo e de 14 dias para o seguinte. Um terceiro planeta, com uma duração de cerca de 20 dias, foi identificado com a ajuda de dados do CHEOPS, o satélite de caracterização ExOPlanets da Agência Espacial Europeia.

Foi então que os cientistas se aperceberam de algo extraordinário. As órbitas dos três planetas coincidiam com o que seria de esperar se estivessem fechados numa ressonância 3:2. Os passos seguintes tiveram a ver com a matemática e a gravidade.

Trabalhar com os dados

A equipa científica, liderada por Rafael Luque da Universidade de Chicago, trabalhou numa lista bem conhecida de ressonâncias que poderiam potencialmente ser encontradas em tais sistemas, tentando relacioná-las com os restantes trânsitos que tinham sido detetados pelo TESS.

A cadeia de ressonâncias que coincidiu sugeria um quarto planeta no sistema, com uma órbita de cerca de 31 dias. Mais dois trânsitos foram observados, mas as suas órbitas ainda não foram tidas em conta porque eram apenas observações únicas.

Os cientistas reviram novamente a lista de órbitas possíveis, para encontrar dois planetas exteriores adicionais que se encaixassem na cadeia de ressonâncias esperada. O melhor ajuste que encontraram foi um quinto planeta com uma órbita de 41 dias e um sexto um pouco abaixo dos 55.

Nesta altura, a equipa científica quase chegou a um beco sem saída. A parte das observações do TESS que tinha alguma possibilidade de confirmar as órbitas planeadas dos dois planetas exteriores tinha sido deixada de lado durante o processamento.

Um último recurso

O excesso de luz dispersa pela Terra e pela Lua através do campo de observação parecia dificultar as observações. O cientista Joseph Twicken, do Instituto SETI e do Centro de Investigação Ames da NASA, apercebeu-se do problema da luz dispersa.

Eu sabia que o cientista David Rapetti, também do Ames e da Associação Universitária de Investigação Espacial, estava a trabalhar num novo código para recuperar dados de trânsito que se pensava estarem perdidos devido à dispersão da luz.

Por sugestão de Twicken, Rapetti aplicou o seu novo código aos dados do TESS. Encontrou dois trânsitos para os planetas exteriores, exatamente onde a equipa científica liderada por Luque tinha previsto.

Assim, encontrou seis planetas sub-neptuno com raios que variam entre 1,94 e 2,85 raios terrestres. Três dos planetas têm massas com densidades baixas que sugerem a presença de grandes atmosferas dominadas por hidrogénio. E o mais espetacular, com ressonâncias nunca antes vistas.