Planetas gigantes podem rodar mais depressa do que anãs castanhas, revela o KPIC do Keck

Planetas gigantes podem rodar mais depressa do que companheiros mais pesados do tipo anã castanha, confirmando uma previsão com várias décadas.

Esta linha de separação sugere que a rotação pode guardar pistas sobre a formação destes mundos, tornando ainda mais intrigante a fronteira entre planetas e anãs castanhas.

Resultados de um grande levantamento

No Observatório W. M. Keck, com o instrumento KPIC, em Maunakea, os astrónomos conseguiram isolar a luz de 32 objectos ténues e observaram como a rotação alargava as suas assinaturas espectrais.

A trabalhar pela Northwestern University e pelo seu centro de investigação CIERA, Dino Chih-Chun Hsu mostrou que os gigantes de menor massa mantinham rotações invulgarmente rápidas.

Mesmo depois de corrigirem os efeitos da idade e do tamanho, os planetas mais leves continuaram a rodar mais depressa do que “sósias” mais pesados, pelo que a diferença não podia ser descartada.

Este padrão aponta menos para rótulos e mais para a origem, e é por isso que um sistema bem conhecido ganhou um papel tão importante.

Um par intrigante

No sistema HR 8799, um planeta com cerca de sete vezes a massa de Júpiter rodava seis vezes mais depressa do que uma anã castanha com aproximadamente 24 vezes a massa de Júpiter.

Durante a formação, é provável que o campo magnético mais intenso do objecto mais massivo tenha “agarrado” o gás circundante com maior força e, assim, tenha dissipado mais rotação.

Esse contraste transformou um único sistema num teste particularmente limpo, porque ambos os corpos cresceram sob condições locais globalmente semelhantes.

Os resultados indicam que a massa, por si só, não explica tudo, deslocando o foco para o modo de formação destes mundos e para a forma como se relacionam com as suas estrelas-mãe.

Um registo da formação planetária

A equipa conseguiu estes resultados com espectroscopia de alta resolução, uma técnica que divide a luz com detalhe suficiente para expor alterações muito subtis na forma dos sinais.

À medida que um planeta roda, as linhas do seu espectro “espalham-se” para fora; esse alargamento permite aos astrónomos inferir a rapidez com que o corpo gira.

“A rotação é um registo fóssil de como um planeta se formou”, afirmou Dino Chih-Chun Hsu, autor principal e investigador na Northwestern University.

O mesmo método permite ao KPIC separar o movimento de mundos situados longe das suas estrelas e que, de outra forma, ficariam escondidos pelo encandeamento.

Porque é que a massa importa

A teoria já sugeria que gigantes jovens deveriam acelerar rapidamente a rotação e, depois, perder parte dessa velocidade à medida que o gás envolvente “puxa” de volta.

Num disco circumplanetário - um anel de gás em torno de um mundo em formação - as forças magnéticas podem transferir rotação para o material próximo e, assim, travar o corpo.

Um artigo propôs este cenário de travagem, e os novos dados dão finalmente um teste à escala de uma população.

Como os companheiros mais massivos parecem perder mais rotação cedo, a rotação observada mais tarde poderá conservar um registo desses primeiros encontros.

Planetas gigantes com companheiros mais lentos

A massa continuou a contar, mas a separação mais nítida apareceu quando os investigadores compararam a massa de cada objecto com a massa da sua estrela.

Um limiar abaixo de 0,8% separou planetas gigantes de rotação rápida de companheiros de baixa massa mais lentos com mais clareza do que uma regra simples baseada apenas no tamanho.

Segundo Hsu, tanto a massa do planeta como a sua razão de massas com a estrela ajudam a definir a rotação final.

Esta conclusão empurra a classificação para longe de rótulos de um só número e mais para uma narrativa sobre o ambiente, e não apenas sobre o volume.

Um padrão que nos é familiar

O resultado também ecoa no nosso Sistema Solar: Júpiter e Saturno completam uma rotação em cerca de 9,9 e 10,7 horas.

Estes “dias” curtos tornam-nos a comparação mais óbvia para qualquer estudo sobre rotação de planetas gigantes.

Neste enquadramento, esse padrão conhecido facilita comparar planetas gigantes entre sistemas e idades muito diferentes.

O padrão sugere ainda que a forma como a rotação foi “dividida” no início pode influenciar a configuração final de toda uma família planetária.

Para lá dos mundos companheiros

O levantamento não se limitou a planetas junto de estrelas: também os comparou com anãs castanhas e objectos de massa planetária a flutuar livremente.

Verificou-se que anãs castanhas companheiras rodam mais lentamente do que anãs castanhas isoladas, apontando para uma “infância” distinta no gás circundante.

Ao longo de 221 objectos, corpos entre cinco e 40 massas de Júpiter conservaram mais momento angular - a quantidade armazenada de rotação - após 10 milhões de anos.

Este padrão mais amplo indica que a história de travagem inicial não desaparece rapidamente quando os discos originais se dissipam.

O que vem a seguir

O KPIC já terminou a sua campanha de observação, mas o projecto deixou um ponto de partida muito mais robusto para estudos de rotação.

A equipa quer agora testar planetas errantes, comparar química atmosférica e levar estas medições a mundos mais pequenos com o próximo instrumento, o HISPEC.

“Estamos apenas a começar a explorar o que a rotação planetária nos pode dizer”, disse Hsu, descrevendo o levantamento actual como um primeiro passo.

Esta actualização deverá permitir aos astrónomos testar mundos menores e perguntar se o nosso Júpiter é comum ou invulgar.

Alvos futuros ao longo de idades e massas

Apesar do alcance, o grupo de planetas mais robusto neste trabalho inclui ainda apenas seis planetas gigantes inequívocos.

Mundos mais velhos continuam a ser especialmente difíceis de medir, porque planetas mais frios são mais ténues e exigem instrumentos mais precisos e espelhos maiores.

Assim, o resultado actual funciona como o primeiro mapa fiável para orientar onde devem incidir as próximas medições.

Mais alvos ao longo de idades e massas irão determinar se a rotação se torna uma ferramenta padrão para distinguir planetas de anãs castanhas.

A rotação planetária parece agora menos um pormenor e mais um registo de formação, ligando massa, travagem magnética e arquitectura do sistema.

À medida que as amostras aumentarem, esse registo poderá ajudar os astrónomos a ordenar mundos distantes que se formaram como planetas, como estrelas, ou algures entre ambos. O estudo foi publicado no Jornal Astronómico.