Num estudo que acaba de ser publicado na revista «Nature», e que contou com a participação do investigador Tiago Campante, do Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA), uma equipa internacional investigou um exoplaneta, semelhante a Júpiter, a uma distância da sua estrela correspondente a cerca de metade da distância da Terra ao Sol. No entanto, a esta distância, a estrela deveria ter engolido o planeta quando expandiu até à fase de gigante vermelha.

Quando o Sol chegar ao fim da sua vida, daqui a aproximadamente 5 mil milhões de anos, irá esgotar o hidrogénio no seu núcleo e para não colapsar, irá expandir-se até para lá da órbita da Terra, transformando-se numa estrela gigante vermelha. A determinada altura, esta gigante vermelha começará a fundir hélio no núcleo.

Com dados de asterossismologia, provenientes do observatório espacial TESS (NASA), a equipa descobriu que a estrela 8 Ursa Minor (8 UMi), também conhecida por Baekdu, está a fundir hélio no seu núcleo, o que significa que já passou pela expansão até à fase de gigante vermelha.

Imagem artística de ondas a propagarem-se no interior de uma gigante vermelha – 0s modos p, ondas acústicas (ou de pressão), a branco, passam a maior parte do tempo na camada mais exterior da estrela; os modos g, ondas de gravidade, a preto, atravessam a zona radiativa e contêm informação acerca do núcleo. (Crédito: Tania Cunha (Planetário do Porto – Centro Ciência Viva)/Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço)

Tiago Campante, líder da equipa “Rumo a um estudo abrangente de estrelas” do IA e professor do Departamento de de Física e Astronomia (DFA) da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto (FCUP), explica que “o satélite TESS permite-nos medir o brilho de uma estrela com uma precisão da ordem de algumas partes por milhão. Através da medição das subtis oscilações do brilho à superfície desta estrela, foi-nos então possível inferir a sua estrutura interna e avaliar com exatidão o seu estado evolutivo”.

Mas observações de velocidades radiais, obtidas com os observatórios W. M. Keck e Canada-France-Hawaiʻi Telescope (CFHT), confirmaram que o exoplaneta Halla (8 UMi b) está a cerca de 70 milhões de quilómetros de distância da estrela. De acordo com os modelos evolutivos, a estrela terá expandido até 1,5 vezes o diâmetro da órbita do planeta (cerca de 225 milhões de quilómetros), voltando depois a encolher para o seu tamanho atual.

Então, como é que este planeta conseguiu sobreviver?

A equipa apresenta alguns cenários, que podem explicar a presença do planeta. No primeiro, Halla seria um “júpiter quente”, um tipo de exoplaneta gigante gasoso, que se forma numa órbita mais longínqua e que mais tarde migra para próximo da estrela. No entanto, dada a rápida evolução da estrela, esta parece ser uma hipótese muito pouco provável.

No entanto, se o planeta de facto sobreviveu a uma eventual expansão da estrela, isto parece indicar outros cenários evolutivos, que implicam a existência de um binário de estrelas, em que as duas estrelas se fundiram numa só.

Num segundo cenário, a fusão teria impedido qualquer uma das estrelas individuais de se expandir o suficiente para engolir Halla. Há ainda um terceiro cenário, em que a fusão das estrelas teria formado uma nuvem de gás à volta da nova estrela, a partir da qual o planeta se teria formado. Neste caso Halla seria um planeta recém-nascido, de segunda geração.

Esquema dos três possíveis cenários para a evolução do sistema 8 UMi:
Cima: O cenário “normal”, com uma estrela solitária, que ao expandir engole o planeta.
Meio: A fusão de duas estrelas, que impede a estrela resultante de expandir o suficiente para engolir o planeta.
Fundo: A fusão de duas estrelas, que dá origem a um novo disco protoplanetário, no qual se forma o planeta. (Crédito: Brooks G. Bays, Jr, SOEST/University of Hawai’i)

A explicação para a existência destes planetas improváveis é algo a que Campante se dedica desde 2019, quando investigou outro desses planetas. “As estrelas gigantes vermelhas sofrem alterações dramáticas das suas propriedades físicas, como tamanho, massa e luminosidade, proporcionando um ‘laboratório de testes’ ideal para o estudo da evolução e destino final de sistemas planetários”, nota o docente e investigador da U.Porto.

A asterossismologia desempenhou um papel central na avaliação definitiva do estado evolutivo destas estrelas, avaliação que dificilmente poderia ser feita com recurso a técnicas tradicionais.

Ao longo das duas últimas décadas, esta técnica teve um impacto significativo no estudo de estrelas do tipo solar e gigantes vermelhas. Inicialmente, estes estudos foram possíveis graças a missões espaciais como a CoRoT (CNES/ESA) e a Kepler (NASA).

O satélite TESS, e em breve a missão espacial PLATO (ESA), com lançamento previsto para 2026, nas quais o IA conta com um forte envolvimento a nível da coordenação científica, continuarão a sustentar estudos desta natureza.