Cientista da UC participa na descoberta de dois exoplanetas com forte interação
Alexandre Correia, cientista da Universidade de Coimbra (UC), integra uma equipa internacional que descobriu um sistema planetário particularmente interessante em torno da estrela WASP-148. O estudo vai ser publicado brevemente na revista Astronomy & Astrophysics.
O sistema descoberto possui dois planetas com massas semelhantes a Saturno, e com períodos orbitais de apenas 9 e 35 dias. Esta configuração origina variações nos períodos orbitais devido às interações gravitacionais entre os dois planetas. Estas variações foram observadas pela primeira vez a partir da superfície da Terra.
Desde a descoberta, em 1995, do primeiro exoplaneta (planeta em torno de uma estrela que não o Sol), que o número de novos planetas conhecidos não para de aumentar. A procura de sistemas com vários planetas em torno da mesma estrela é particularmente interessante, uma vez que eles interagem entre si e permitem determinar mais propriedades sobre o sistema.
Alexandre Correia, da FCTUC, integra a equipa internacional. FOTO UC | François Fernandes
Quando existe um único planeta em torno da estrela, ele tem um período orbital bem definido, que não varia com o tempo. Sempre que o planeta passa em frente da estrela, «podemos detetar uma pequena diminuição na luz desta, fenómeno apelidado de “trânsito planetário”. Os trânsitos ocorrem em intervalos de tempo regulares, permitindo que o período orbital do planeta seja medido com bastante precisão. Se a estrela hospedar um segundo planeta, as interações gravitacionais entre os dois planetas originam pequenas modificações das suas órbitas. Como consequência, os trânsitos planetários ocorrem um pouco adiantados ou atrasados entre duas passagens em frente da estrela, um fenómeno chamado de “variações do tempo de trânsito” (ou TTVs na sigla em inglês)», explicam os autores do estudo, liderado pelo Instituto de Astrofísica de Paris (França).
Embora previstas do ponto de vista teórico, as TTVs permaneceram sem ser observadas durante muito tempo, apesar de inúmeras observações com telescópios terrestres. Com efeito, na maioria dos casos, as interações gravitacionais levam a TTVs de apenas alguns segundos ou menos, que são muito difíceis de detetar. O telescópio espacial Kepler foi o primeiro a conseguir medir TTVs num sistema planetário, em 2010, às quais se seguiram outras medições, mas sempre através de telescópios espaciais como o Kepler. A observação de TTVs exige instrumentos muito precisos e simultaneamente planetas de grande massa que se encontrem em órbitas relativamente próximas.
Nesta descoberta, Alexandre Correia, investigador do Centro de Física da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra (FCTUC), esteve envolvido «na análise das interações entre os planetas. Verificámos com simulações numéricas que o sistema é estável até inclinações de 35 graus, e que as TTVs observadas estão de acordo com o que seria de esperar para este tipo de sistema».
Figura 1: Espectroscópio SOPHIE | © OSU Pytheas, CNRS, AMU. Montado no telescópio de 193 cm do Observatório de Haute-Provence e regulado em temperatura e pressão. Este instrumento permite que os exoplanetas sejam detetados e caracterizados pela medição precisa das pequenas variações de velocidade das estrelas hospedeiras.
O sistema planetário WASP-148 agora encontrado, salienta a equipa, «foi descoberto usando unicamente telescópios terrestres. O primeiro planeta, com uma massa semelhante a Saturno e um período orbital de apenas cerca de 9 dias, foi observado pela primeira vez pelo instrumento SuperWASP, instalado no Observatório Roque de los Muchachos em La Palma, nas Ilhas Canárias, Espanha». A partir de 2014, a estrela foi igualmente observada com o espectrógrafo de alta resolução SOPHIE (Figura 1) instalado no Observatório de Haute-Provence, em França, que mede as variações na velocidade da estrela. A combinação destas observações levou à conclusão de que a estrela WASP-148 hospeda um segundo planeta, igualmente com uma massa semelhante a Saturno e um período orbital de cerca 35 dias (Figura 2).
Figura 2: As medidas de velocidade radial (a vermelho) da estrela WASP-148 com o espectroscópio SOPHIE no Observatoire de Haute-Provence (© G. Hébrard et al.). Elas mostram a variação da velocidade da estrela devido aos planeta com período de 9 dias (esquerda) e de 35 dias (direita). As linhas pretas representam o modelo teórico ajustado.
Ao contrário do primeiro planeta a 9 dias, o segundo planeta a 35 dias não transita em frente da estrela. «Isto deve-se ao facto dos dois planos orbitais serem diferentes. Não é possível ainda sabermos exatamente qual a inclinação entre as duas órbitas, mas simulações em computador sobre o sistema WASP-148 mostram que para o sistema permanecer estável a inclinação poderá ser no máximo 35 graus», esclarece Alexandre Correia.
A razão entre os dois períodos orbitais é próxima de quatro, pelo que as interações gravitacionais entre os planetas são amplificadas por um fenómeno conhecido por ressonância. Como as massas dos planetas são elevadas, este sistema é o candidato ideal para observar as TTVs a partir da Terra. De facto, usando pequenos telescópios localizados nas Ilhas Canárias (telescópios Nites, Carlos-Sánchez e Liverpool) e em França (Observatório amador Hubert-Reeves, em Ardèche), verificou-se que os trânsitos ocorrem com um quarto de hora de atraso ou de avanço (Figura 3).
Figura 3: Exemplo de trânsitos do planeta com período orbital de 9 dias (© G. Hébrard et al.). Cada ponto indica a quantidade de luz medida a partir da estrela. A linha preta representa o modelo teórico. Uma pequena diminuição na curva de luz é observada quando o planeta passa na frente da estrela. A medição do centro de trânsito permite que as TTVs provocadas pelos efeitos gravitacionais dos planetas sejam detetadas.
A equipa sublinha que o resultado desta investigação constitui a «primeira deteção de TTVs a partir da superfície da Terra, obtida através de mais de dez anos de observações. Nos próximos meses e anos, o sistema WASP-148 será objeto de numerosos estudos teóricos e observações adicionais, o que permitirá melhorar as medições das suas propriedades e melhor compreender a sua estrutura e evolução». Em particular, o sistema será observado em breve pelo telescópio espacial TESS da NASA (Transiting Exoplanet Survey Satellite). «Estas observações, com muito mais precisão que as efetuadas na Terra, irão medir nove trânsitos consecutivos do planeta a 9 dias, o que permitirá determinar a inclinação entre as duas órbitas», concluem os investigadores.
Artigo científico: “Discovery and characterization of the exoplanets WASP-148b and c. A transiting system with two interacting giant planets”, par G. Hébrard, R.F. Díaz, A.C.M. Correia, A. Collier Cameron, J. Laskar, D. Pollacco, J.-M. Almenara, et al., 2020, Astronomy & Astrophysics, in press (arXiv:2004.14645).
O documento preliminar está disponível: aqui.