Sistema Kepler-51, o mais ‘fofo’ da Via Láctea, revela quarto planeta

Aproximadamente 2.600 anos-luz do nosso Sistema Solar, reside um dos sistemas planetários mais peculiares de toda a galáxia: o Kepler-51. Esta estrela anã amarela, semelhante ao nosso Sol, foi identificada em 2012 com três exoplanetas em sua órbita. O que tornou o sistema notável foi a densidade desses planetas, todos com densidades menores que a do algodão-doce, conferindo-lhes o apelido de mundos 'super-puff'. Agora, astrônomos anunciam a descoberta de um quarto planeta, adicionando ainda mais mistério ao sistema.

"Planetas super-puff são relativamente raros, e quando ocorrem, tendem a ser os únicos em um sistema planetário", explica a cientista planetária Jessica Libby-Roberts, da Universidade Estadual da Pensilvânia. "Se explicar como três super-puffs se formaram em um sistema já era um desafio, agora temos que explicar um quarto planeta, seja ele um super-puff ou não. E não podemos descartar a existência de planetas adicionais no sistema."

A natureza peculiar dos três exoplanetas conhecidos orbitando Kepler-51 foi estabelecida em 2019, quando observações permitiram aos astrônomos medir com precisão seus raios e massas. Essas medidas foram utilizadas para calcular suas densidades, que, com menos de 0,1 gramas por centímetro cúbico, confirmaram que os três mundos pertenciam à categoria super-puff.

Uma equipe de astrônomos, liderada por Libby-Roberts e Kento Masuda, da Universidade de Osaka, começou a suspeitar que o sistema pudesse ter mais planetas ao tentar observar o trânsito de um dos três exoplanetas. O trânsito ocorre quando um exoplaneta passa entre nós e sua estrela, permitindo medir suas propriedades com base na diminuição do brilho da estrela. As observações deveriam ser diretas, pois os tempos orbitais dos exoplanetas já haviam sido medidos. Contudo, ao usar o Observatório Apache Point (APO) e o Telescópio Espacial James Webb (JWST), as coisas não saíram como planejado.

"Ainda bem que começamos a observar algumas horas mais cedo para estabelecer uma linha de base, porque 2h da manhã chegou, depois 3h, e ainda não tínhamos observado uma mudança no brilho da estrela com o APO", disse Libby-Roberts. "Depois de refazer freneticamente nossos modelos e analisar os dados, descobrimos uma ligeira queda no brilho estelar imediatamente quando começamos a observar com o APO, que acabou sendo o início do trânsito – duas horas mais cedo, o que está muito além da janela de incerteza de 15 minutos de nossos modelos!"

A equipe então buscou entender o que estava acontecendo. Eles analisaram dados de tempos de trânsito obtidos pelo telescópio espacial TESS, da NASA, e observações de arquivo de vários telescópios terrestres, além de novas observações usando o Hubble e o Observatório Palomar.

Após revisar cuidadosamente os dados, a única explicação que se encaixava era a presença de um quarto exoplaneta invisível, que influenciava gravitacionalmente os outros três, afetando seus tempos de trânsito. Este quarto exoplaneta foi nomeado Kepler-51e. Os outros três são Kepler-51b, Kepler-51c e Kepler-51d.

"Conduzimos o que chamamos de busca de 'força bruta', testando diversas combinações de propriedades planetárias para encontrar um modelo de quatro planetas que explicasse todos os dados de trânsito coletados nos últimos 14 anos", explicou Masuda. "Descobrimos que o sinal é melhor explicado se Kepler-51e tiver uma massa semelhante aos outros três planetas e seguir uma órbita quase circular de cerca de 264 dias – algo que esperaríamos com base em outros sistemas planetários. Outras soluções possíveis encontradas envolvem um planeta mais massivo em uma órbita mais ampla, embora consideremos isso menos provável."

Como Kepler-51e não foi observado em trânsito, é possível que sua órbita não esteja alinhada com nosso ângulo de observação. Trânsitos são necessários para calcular o raio estelar, o que significa que não sabemos o quão grande ele pode ser ou qual sua densidade. O mero fato de existir em um sistema com três exoplanetas super-puff já é uma anomalia.

Mais pesquisas serão necessárias para desvendar os mistérios do sistema Kepler-51. Uma das abordagens será analisar as atmosferas dos mundos “fofos” em trânsito para determinar sua composição, o que era o objetivo inicial da equipe.

A pesquisa foi publicada no The Astronomical Journal.