Exoplanetas com densidades extremamente baixas já são raros, mas encontrar dois deles na mesma órbita é um evento extraordinário. A NASA admite que isso não era esperado. Essa descoberta representa uma oportunidade rara de estudar planetas incomuns e obter uma compreensão mais profunda da evolução dos sistemas estelares.
Fonte da imagem: NASA
Acredita-se que os planetas gigantes desempenham um papel fundamental na evolução dos sistemas planetários. Eles moldam sua aparência, posições orbitais e até mesmo ejetam o excesso de material dos sistemas. A descoberta de planetas gigantes de densidade extremamente baixa — literalmente, como algodão-doce — colocou em xeque hipóteses anteriormente bem estabelecidas. Não mais do que 40 objetos desse tipo foram descobertos, dos quais dois novos detêm o recorde de menor densidade.
Esses exoplanetas, TOI-791 b e TOI-791, orbitam a estrela TOI-791, semelhante ao Sol, localizada a aproximadamente 1110–1113 anos-luz da Terra, na constelação austral de Volans. A estrela é uma anã F7 e está próxima do Sol. Os próprios planetas são comparáveis em tamanho a Júpiter, mas possuem apenas uma fração de sua massa.
A descoberta foi feita usando o método de trânsito: o Satélite de Pesquisa de Exoplanetas em Trânsito (TESS) da NASA observou quedas periódicas no brilho de TOI-791 que ocorrem quando planetas passam em frente à estrela. Observações e modelagem mostraram que TOI-791 b é quase tão grande quanto Júpiter, mas contém apenas cerca de 3% da massa de Júpiter, ou cerca de 9,5 massas terrestres. TOI-791 c é maior que Júpiter, mas sua massa é de apenas cerca de 5,9% da de Júpiter, ou cerca de 18,7 massas terrestres. Por causa disso, a densidade planetária média é extremamente baixa: cerca de 0,038 g/cm³ para TOI-791 b e 0,047 g/cm³ para TOI-791 c, o que é menor ou comparável à densidade do algodão-doce e dezenas de vezes menor que a densidade de Júpiter.
Tamanhos relativos dos exoplanetas descobertos em comparação com os planetas do Sistema Solar
O sistema é incomum não apenas por sua densidade planetária insignificante, mas também por sua arquitetura orbital. TOI-791 b orbita sua estrela a cada 139 dias, enquanto TOI-791 c orbita a sua a cada 232 dias. Períodos tão longos são difíceis de confirmar para gigantes gasosos em trânsito, pois múltiplos trânsitos em frente à estrela precisam ser observados. O TESS conseguiu acumular 1.122 dias de dados para o sistema ao longo de sete anos, com contribuições adicionais de observações terrestres, incluindo o telescópio ASTEP na Antártica, na Estação Concordia. A noite polar permitiu a observação de longos trânsitos sem interrupções diurnas: os trânsitos desses planetas duram mais de 11 horas.
As massas dos planetas foram determinadas por meio de sua influência mútua. Eles compartilham uma órbita e estão gravitacionalmente ligados entre si. Perturbações gravitacionais alteram ligeiramente o momento dos trânsitos planetários em frente à estrela, permitindo o cálculo das massas dos corpos e a confirmação de suas densidades ultrabaixas. Os cientistas especulam que a “volume” pode ser devida a enormes camadas de hidrogênio e hélio acumuladas nas regiões frias do disco protoplanetário, mas essa hipótese precisa ser verificada, algo que Jace Webb promete ajudar a comprovar. Mas essa é outra história.