Hubble vê planeta em evaporação

Um jovem planeta girando em torno de uma petulante estrela anã vermelha está mudando de forma imprevisível órbita por órbita. Está tão perto de sua estrela-mãe que experimenta uma explosão consistente e torrencial de energia, que evapora sua atmosfera de hidrogênio – fazendo com que ela se solte do planeta.

Mas durante uma órbita observada com o @@@@Telescópio Espacial Hubble%%%% da @@@@NASA%%%%, o planeta parecia não estar perdendo nenhum material, enquanto uma órbita observada com o Hubble um ano e meio depois mostrou sinais claros de perda atmosférica.

Essa extrema variabilidade entre as órbitas chocou os astrônomos. “Nunca vimos a fuga atmosférica passar de completamente não detectável para muito detectável em um período tão curto quando um planeta passa na frente de sua estrela”, disse Keighley Rockcliffe do Dartmouth College em Hanover, New Hampshire. “Estávamos realmente esperando algo muito previsível, repetível. Mas acabou sendo estranho. Quando vi isso pela primeira vez, pensei ‘Isso não pode estar certo’.”

Rockcliffe ficou igualmente intrigado ao ver, quando era detectável, a atmosfera do planeta se expandindo na frente do planeta, como um farol em um trem veloz. “Esta observação francamente estranha é uma espécie de teste de estresse para a modelagem e a física sobre a evolução planetária. ,” ela disse.

Localizada a 32 anos-luz da Terra, a estrela-mãe AU Microscopii (AU Mic) hospeda um dos sistemas planetários mais jovens já observados. A estrela tem menos de 100 milhões de anos (uma pequena fração da idade do nosso Sol, que tem 4,6 bilhões de anos). O planeta mais interno, AU Mic b, tem um período orbital de 8,46 dias e está a apenas 6 milhões de milhas da estrela (cerca de 1/10 da distância do planeta Mercúrio ao nosso Sol). O mundo inchado e gasoso tem cerca de quatro vezes o diâmetro da Terra.

O AU Mic b foi descoberto pelos telescópios espaciais Spitzer e TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) da @@@@NASA%%%% em 2020. Foi detectado com o método de trânsito, o que significa que os telescópios podem observar uma ligeira queda no brilho da estrela quando o planeta cruza na frente dela.

Anãs vermelhas como AU Microscopii são as estrelas mais abundantes em nossa galáxia, a @@@@Via Láctea%%%%. Eles, portanto, devem hospedar a maioria dos planetas em nossa galáxia. Mas os planetas que orbitam estrelas anãs vermelhas como AU Mic b podem ser hospitaleiros para a vida? Um dos principais desafios é que as jovens anãs vermelhas têm explosões estelares ferozes que emitem radiação fulminante. Esse período de alta atividade dura muito mais do que o de estrelas como o nosso Sol.

As explosões são alimentadas por intensos campos magnéticos que se emaranham com os movimentos turbulentos da atmosfera estelar. Quando o emaranhamento fica muito intenso, os campos se quebram e se reconectam, liberando enormes quantidades de energia que são 100 a 1.000 vezes mais energéticas do que o nosso Sol libera em suas explosões. É um show de fogos de artifício de ventos torrenciais, chamas e raios-X explodindo todos os planetas que orbitam perto da estrela. “Isso cria um ambiente de vento estelar realmente irrestrito e francamente assustador que está impactando a atmosfera do planeta”, disse Rockcliffe.

Sob essas condições tórridas, os planetas formados nos primeiros 100 milhões de anos após o nascimento da estrela devem experimentar a maior quantidade de escape atmosférico. Isso pode acabar despojando completamente um planeta de sua atmosfera.

“Queremos descobrir que tipos de planetas podem sobreviver a esses ambientes. Como eles finalmente se parecerão quando a estrela se estabelecer? E haveria alguma chance de habitabilidade eventualmente, ou eles acabarão sendo apenas planetas queimados?” disse Rockcliffe. “Eles eventualmente perdem a maior parte de suas atmosferas e seus núcleos sobreviventes se tornam super-Terras? Nós realmente não sabemos como são essas composições finais porque não temos nada parecido em nosso sistema solar.”

Embora o brilho da estrela impeça o Hubble de ver o planeta diretamente, o telescópio pode medir as mudanças no brilho aparente da estrela causadas pelo vazamento de hidrogênio do planeta e pelo escurecimento da luz estelar quando o planeta transita pela estrela. Esse hidrogênio atmosférico foi aquecido a ponto de escapar da gravidade do planeta.

As mudanças nunca antes vistas no fluxo atmosférico de AU Mic b podem indicar uma variabilidade rápida e extrema nas explosões da anã vermelha hospedeira. Há tanta variabilidade porque a estrela tem muitas linhas de campo magnético turvas. Uma possível explicação para a falta de hidrogênio durante um dos trânsitos do planeta é que uma poderosa erupção estelar, observada sete horas antes, pode ter fotoionizado o hidrogênio escapando a ponto de se tornar transparente à luz e, portanto, não ser detectável.

Outra explicação é que o próprio vento estelar está moldando o fluxo planetário, tornando-o observável em alguns momentos e não observável em outros momentos, até mesmo fazendo com que parte do fluxo “solhe” à frente do próprio planeta. Isso é previsto em alguns modelos, como os de John McCann e Ruth Murray-Clay, da Universidade da Califórnia em Santa Cruz, mas este é o primeiro tipo de evidência observacional de que isso está acontecendo e em um grau tão extremo, dizem os pesquisadores.

As observações de acompanhamento do Hubble de mais trânsitos AU Mic b devem oferecer pistas adicionais para a estranha variabilidade da estrela e do planeta, testando ainda mais os modelos científicos de escape atmosférico exoplanetário e evolução.

Rockcliffe é o principal autor do artigo científico aceito para publicação no The Astronomical Journal.

O @@@@Telescópio Espacial Hubble%%%% é um projeto de cooperação internacional entre a @@@@NASA%%%% e a ESA. O Goddard Space Flight Center da @@@@NASA%%%% em Greenbelt, Maryland, administra o telescópio. O Space Telescope Science Institute (STScI) em Baltimore conduz as operações científicas do Hubble. O STScI é operado para a @@@@NASA%%%% pela Association of Universities for Research in Astronomy, em Washington, D.C.

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