Um planeta de outra galáxia

Desde há duas décadas que os astrónomos conhecem planetas para lá do Sistema Solar (Wolszczan & Frail, 1992). Em torno de outras estrelas, são conhecidos por planetas extra-solares ou exoplanetas. Até agora, mais de 500 exoplanetas foram detetados, a maioria dos quais em torno de estrelas com caraterísticas semelhantes às do Sol (como descrito em Jørgensen, 2006). Em particular, mais de 90% das estrelas que têm exoplanetas estão no mesmo estádio evolutivo do Sol – a fase de sequência principal, quando as estrelas queimam hidrogénio (ver imagem abaixo).

O nosso grupo no Max Planck Institute for Astronomy em Heidelberg, Alemanha, contudo, concentra-se na investigação de companheiros planetários em torno de estrelas que não estão na fase de sequência principal mas em estádios evolutivos mais avançados. Estas incluem a fase que se conhece como de gigante vermelha, durante a qual a estrela se expande até centenas de vezes o seu diâmetro original. A deteção de planetas em torno de tais estrelas gigantes é importante para o estudo da evolução de sistemas planetários. Em particular, permite-nos prever o futuro do nosso próprio Sistema Solar.

Recentemente, a nossa equipa detetou com sucesso um planeta em torno da estrela HIP 13044, que já deixou a fase de gigante vermelha.

Uma estrela extragalática

A estrela HIP 13044, localizada a cerca de 2000 anos-luz do nosso Sistema Solar na constelação do sul Fornax ('a fornalha'), é significativamente diferente de outras estrelas que se conhecem com planetas. Em particular, tem uma muito pequena abundância do metal ferro – menos de 1% do que o Sol contém. Uma elevada abundância em metais é importante para o modelo de formação planetária de agregação nuclear: quanto mais metal há no sistema estelar maior a probabilidade de se formar um planeta. Dados os seus baixos níveis de ferro, não se esperava encontrar um planeta em torno de HIP 13044.

O que torna esta estrela particularmente interessante, contudo, é o facto de HIP 13044 ser uma entre um grupo de estrelas que está a atravessar a nossa galáxia, a Via Láctea, orbitando o centro da galáxia em órbitas semelhantes; um tal grupo é conhecido como uma corrente estelar. A corrente de Helmi, a que HIP 13044 pertence, tem uma conhecida origem fora da nossa galáxia (Helmi et al., 1999). É assumido que foi o puxão gravitacional na Via Láctea que trouxe estas estrelas à nossa galáxia.

Esta é a primeira vez que astrónomos detetam um sistema planetário em plena corrente estelar de origem extragalática. Devido às enormes distâncias envolvidas, não há deteções confirmadas de planetas noutras galáxias. Mas esta junção cósmica colocou um planeta extragalático ao nosso alcance.

A deteção de exoplanetas

Embora a estrela HIP 13044 e o seu planeta HIP 13044b estejam agora na Via Láctea, ainda se encontram a 2000 anos-luz da Terra; enquanto a estrela pode ser vista com um telescópio, o planeta em si é pequeno demais para ser observado diretamente. Então, como foi possível detetá-lo?

Utilizando uma técnica conhecida como velocidade radial, procurámos por pequeníssimas oscilações catacterísticas na estrela, causadas pela atração gravitacional do seu companheiro em órbita. Examinando as riscas espetrais estelares em intervalos, detetámos alterações a essas riscas (ver o diagrama abaixo). Estas indicam alterações na velocidade da estrela ao longo da nossa linha de visão e podem relevar a presença de um invisível companheiro de pequena massa, como é o caso de um planeta. Embora existam outras técnicas para a deteção de exoplanetas (por exemplo, microlensing, como descrito em Jørgensen, 2006), o método da velocidade radial tem-se mostrado como o mais bem sucedido. Para estas observações precisas, utilizámos o espetrógrafo de alta resolução FEROS acoplado ao telescópio 2.2 m MPG / ESO nas instalações de La Silla (Chile) do Observatório Europeu do Sul^w2. Este observatório está equipado com instrumentos de classe mundial para a deteção de planetas extrasolares.

Um olhar para o nosso futuro?

HIP 13044 b é um dos poucos exoplanetas que se sabe ter sobrevivido à fase de gigante vermelha da sua estrela hospedeira, quando esta se expandiu substancialmente depois de esgotar o hidrogénio, combustível que alimenta o núcleo da estrela. A estrela hospedeira HIP 13044 já voltou a contrair-se e entrou no ramo horizontal, queimando hélio no seu núcleo. Este é o primeiro exoplaneta detetado em torno de uma estrela ramo horizontal. A descoberta de HIP 23044 b, assim, é particularmente intrigante quando se considera o futuro distante do nosso próprio sistema planetário; o Sol já percorreu metade da sua vida e espera-se que se transforme em gigante vermelha dentro de cerca de cinco biliões de anos.

Mas não é apenas a existência do recentemente descoberto planeta que é interessante; as suas caraterísticas são também pouco usuais. HIP 13044 b tem pelo menos 1.3 vezes a massa de Júpiter, o maior planeta do Sistema Solar, e orbita a uma distância que é 0.12 vezes daquela entre o Sol e a Terra (0.12 unidades astronómicas). Devido a estar bem mais próximo do que nós do Sol em relação à sua estrela hospedeira, orbita-a em apenas 16.2 dias (em vez do ano inteiro que a Terra leva). Tal órbita planetária é comum para estrelas da sequência principal, como o Sol, mas é pouco habitual para estrelas nos estádios finais da sua evolução, como a fase de gigante vermelha.

A nossa equipa coloca a hipótese da órbita do planeta ter sido inicialmente muito maior, tendo-se o mesmo deslocado depois para o interior, durante a fase de gigante vermelha. Se o planeta estivesse ainda mais próximo da estrela poderia não ser tão sortudo: esta roda relativamente depressa para uma estrela ramo horizontal e a nossa explicação é a de que HIP 13044 engoliu os seus planetas mais interiores durante a fase de gigante vermelha, o que fez a estrela rodar mais depressa (para uma explicação do porquê de ser assim, ver Carlberg et al., 2009)

Embora HIP 13044 b tenha, até agora, escapado a um destino semelhante aos planetas interiores, a estrela vai voltar a expandir na sua próxima fase evolutiva. HIP 13044 b, tendo sobrevivido por tanto tempo, pode, mesmo assim, estar na iminência de ser engolido pela sua estrela. Isto faz crer que mesmo os nossos planetas exteriores – como Júpiter – possam não estar a salvo quando o Sol se aproximar do final da sua vida.