Video: HD 131399Ab

Créditos: video cortesia do Observatório Austral Europeu/L. Calçada/M. Kornmesser

Se você achava que  o planeta de Luke Skywalker, Tatooine, era um mundo estranho, com dois sóis no céu, imagine este: um planeta com luz diurna constante ou triplos nasceres-do-sol e pores-do-sol a cada dia, conforme as estações do ano (que duram mais que o tempo de uma vida humana).

Pois um mundo assim acaba de ser descoberto por uma equipe de astrônomos liderada pela Universidade do Arizona com o uso de imagens diretas. O planeta, HD 131399Ab, é diferente de qualquer outro conhecido – um que tem, de longe, a mais ampla órbita conhecida em sistemas multiestelares. A descoberta foi publicada em uma edição online da revista Science, em 7 de julho.

Esta concepção artística em vídeo mostra a órbita do planeta no sistema triestelar HD 131399. Duas das estrelas estão juntas, bem próximas, e a terceira, a mais brilhante, é orbitada por um planeta gasoso gigantesco denominado HD 131399Ab.

Localizado a cerca de 340 anos-luz da Terra, na constelação do Centauro, acredita-se que HD 131399Ab  tenha cerca de 16 milhões de anos, o que o torna um dos mais jovens exoplanetas até hoje descobertos. Com uma temperatura de 850 kelvins (cerca de 1.070º F ou 580º C) e pesando aproximadamente quatro vezes a massa de Júpiter, ele é também um dos exoplanetas mais frios e  de menor massa observados  diretamente.

"HD 131399Ab é um dos poucos exoplanetas que foram fotografados diretamente, sendo o primeiro com essa interessante configuração dinãmica," disse Daniel Apai, professor assistente de Astronomia e Ciências Planetárias da Universidade do Arizona. Ele é o principal investigador de uma das equipes da NASA no Nexus for Exoplanet System Science (NExSS), que é uma rede interdisciplinar dedicada à busca por vida em planetas fora do Sistema Solar.

"Durante aproximadamente a metde da órbita do planeta, que dura 550 anos terrestres, três estrelas são visíveis no céu,  com as duas menos brilhantes muito mais próximas uma da outra, e mudando em aparente separação da estrela mais brilhante ao longo do ano," disse Kevin Wagner, estudante de doutorado do grupo de pesquisas da Apai e primeiro autor do artigo, que descobriu HD 131399Ab. "Durante boa parte do ano do planeta as estrelas aparecem muito próximas, dando a ele  familiare ladoe noturno e  diurno com um singular triplo pôr-do-sol e nascer-do-sol a cada dia. À medida que o planeta orbita e as estrelas  se afastam a cada dia, atingem um ponto onde o pôr de uma coincide com o nascer da outra – quando o planeta fica em quase constante horário diurno durante cerca de um quarto de sua órbita, o equivalente a 140 anos terrestres."

O planeta marca a primeira descoberta de um exoplaneta feita com o SPHERE, que significa Spectro-Polarimetric High-Contrast Exoplanet Research Instrument (Instrumento de Pesquisas Espectro-Poliméricas de Alto Contraste de Exoplanetas). Ele está instalado no Very Large Telescope operado pelo Observatório Austral Europeu, em Cerro Paranal, no deserto Atacama, no norte do Chile, e dedicado a encontrar planetas ao redor de outras estrelas. O SPHERE é sensível à luz infravermelha, o que o torna capaz de detectar as "digitais" de calor de jovens planetas, juntamente com sofisticadas caracteristicas  que corrigem perturbações atmosféricas e bloqueiam a luz ofuscante de suas estrelas-mães.

Embora observações repetidas e de longo prazo venham a ser necessárias para determinar precisamente a trajetória do planeta em meio a suas estrelas-mães, observações e simulações parecem sugerir o seguinte cenário: Ao centro do sistema situa-se uma estrela que se  estima ter  uma massa 80 por cento maior que a do Sol, e denominada HD 131399A, a qual é orbitada pelas duas estrelas remanesentes, B e C, a cerca de 300 UA (uma UA, ou unidade astronômica, equivale á distância média entre a Terra e o Sol). Durante todo o tempo, B  e C giram ao redor uma da outra como um haltere giratório, separadas por um distância semelhante àquela entre o Sol e Saturno.

Neste cenário, o planeta HD 131399Ab viaja ao redor da estrela central, A, em uma órbita cerca de duas vezes maior que a de Plutão, se comparada ao Sistema Solar, e traz o planeta para cerca de um terço da separação das estrelas. Os autores apontam que  uma variedade de cenários orbitais é possível, e o verrdito sobre a estabilidade do sistema a longo prazo terá de esperar pot observações de acompanhamento planejadas que irão melhor estabelecer a órbita do planeta.

"Se o planeta estivesse mais distante da estrela de maior massa do sistema, seria jogado para fora dele," explicou Apai. "Nossas  simulações por computadores mostraram que esse tipo de órbita pode ser estável, mas se houver qualquer pequena mudança ao redor, ela pode se tornar instável rapidamente."

Planetas em sistemas multiestelares são de especial interesse para os astrônomos e cientistas planetários porque proprorcionam um exemplo  de como funciona a formação planetária nesses cenários extremos. Embora sistemas multiestelares nos pareçam exóticos em nossa órbita ao redor de nossa estrela solitária – esses sistemas são, na verdade, tão comuns quanto os de estrela única.

"Não está claro como esse planeta acabou nesta órbita ampla nesse sistema  extremo, e nós ainda não podemos dizer o que isso significa para nossa compreensão mais ampla dos tipos de sistemas planetários lá fora, mas mostra que há mais variedade por aí do que muito imaginariam possível," disse Wagner. "O que nós sabemos é que planetas em sistemas multiestelares são muito menos explorados, e potencialmente tão numerosos quanto planetas em sistemas monoestelares."

“Esse é o tipo de descoberta que nos ajuda a situar nosso sistema solar no contexto da diversidade de mundos além dele, ao encontrarmos sistemas que são muito diferentes do nosso,” diz Mary Voytek,  cientista senior para astrobiologia e gerente de programa da rede NExSS na sede da NASA emWashington. “Ao combinar esses resultados com pesquisas sobre a formação de mundos habitáveis, nós teremos uma melhor compreensão dos sistemas nos quais mundos habitáveis podem se formar. O NExSS irá assegurar que tais conexões sejam feitas, nas nossas equipes NExSS e além.”

A NExSS é uma rede de coordenação de pesquisas liderada pela NASA, dedicada ao estudo da habitabilidade planetária reunindo pesquisadores de diferentes áreas. A NExSS busca construir uma comunidade internaciona de pesquisadores interdisciplinares, inclusive os apoiados por outras agências, dedicada á pesquisa de exoplanetas através de investimentos da NASA. Essa rede irá explorar a diversidade de exoplanetas e aprender como sua história, geologia e clima interagem para criar as  condições para a formação de vida. os investigadores da NExSS também se esforçam para pôr os planetas em um contexto arquitetônico – como sistemas solares formados durante os eões através de processos dinâmicos e esculpidos por estrelas. Baseados em nossa compreensão do nosso sistema solar system e do planeta habitável Terra, os pesquisadores da rede procuram identificar onde há maior probabilidade de ocorrerem nichos habitáveis, quais planetas são mais prováveis de ser habitáveis. A NExSS irá acelerar a descoberta e caracterização de outros mundos potencialmente portadores de vida na galáxia.


Tradução de Luiz Leitão da Cunha

If you thought Luke Skywalker's home planet, Tatooine, was a strange world with its two suns in the sky, imagine this: a planet with either constant daylight or triple sunrises and sunsets each day depending on the seasons (which last longer than human lifetimes).

Such a world has been discovered by a team of astronomers led by the University of Arizona using direct imaging. The planet, HD 131399Ab, is unlike any other known world – one with, by far, the widest known orbit within a multi-star system. The discovery will be published in an early online edition of the journal Science on July 7.

This artists impression shows the orbit of the planet in the triple-star system HD 131399. Two of the stars are close together and the third, brighter component is orbited by a gas giant planet named HD 131399Ab.
Credits: video courtesy European Southern Observatory/L. Calçada/M. Kornmesser
Located about 340 light years from Earth in the constellation Centaurus, HD 131399Ab is believed to be about 16 million years old, making it one of the youngest exoplanets discovered to date. With a temperature of 850 kelvins (about 1,070 F or 580 C) and weighing in at an estimated four Jupiter masses, it is also one of the coldest and least massive directly-imaged exoplanets.

"HD 131399Ab is one of the few exoplanets that have been directly imaged, and it's the first one in such an interesting dynamical configuration," said Daniel Apai, an assistant professor of Astronomy and Planetary Sciences at the University of Arizona. He is the principal investigator of one of NASA’s teams in the Nexus for Exoplanet System Science (NExSS), which is an interdisciplinary network dedicated to the search for life on planets outside our solar system.

"For about half of the planet’s orbit, which lasts 550 Earth-years, three stars are visible in the sky, the fainter two always much closer together, and changing in apparent separation from the brightest star throughout the year," said Kevin Wagner, a doctoral student in Apai's research group and the paper's first author, who discovered HD 131399Ab. "For much of the planet’s year the stars appear close together, giving it a familiar night-side and day-side with a unique triple-sunset and sunrise each day. As the planet orbits and the stars grow farther apart each day, they reach a point where the setting of one coincides with the rising of the other – at which point the planet is in near-constant daytime for about one-quarter of its orbit, or roughly 140 Earth-years."

The planet marks the first discovery of an exoplanet made with SPHERE, which stands for the Spectro-Polarimetric High-Contrast Exoplanet Research Instrument. It is installed on the Very Large Telescope operated by the European Southern Observatory on Cerro Paranal in the Atacama Desert of northern Chile, and dedicated to finding planets around other stars. SPHERE is sensitive to infrared light, making it capable of detecting the heat signatures of young planets, along with sophisticated features correcting for atmospheric disturbances and blocking out the otherwise blinding light of their host stars.

Although repeated and long-term observations will be needed to precisely determine the planet's trajectory among its host stars, observations and simulations seem to suggest the following scenario: At the center of the system lies a star estimated to be 80 percent more massive than the sun and dubbed HD 131399A, which itself is orbited by the two remaining stars, B and C, at about 300 AU (one AU, or astronomical unit, equals the average distance between Earth and the sun). All the while, B and C twirl around each other like a spinning dumbbell, separated by a distance roughly equal to that between our sun and Saturn.

In this scenario, planet HD 131399Ab travels around the central star, A, in an orbit about twice as large as Pluto’s if compared to our solar system, and brings the planet to about one-third of the separation of the stars themselves. The authors point out that a range of orbital scenarios is possible, and the verdict on long-term stability of the system will have to wait for planned follow-up observations that will better constrain the planet's orbit.

"If the planet was further away from the most massive star in the system, it would be kicked out of the system," Apai explained. "Our computer simulations showed that this type of orbit can be stable, but if you change things around just a little bit, it can become unstable very quickly."

Planets in multi-star systems are of special interest to astronomers and planetary scientists because they provide an example of how planet formation functions in these extreme scenarios. While multi-star systems seem exotic to us in our orbit around our solitary star – multi-star systems are in fact just as common as single stars.

"It is not clear how this planet ended up on its wide orbit in this extreme system, and we can't say yet what this means for our broader understanding of the types of planetary systems out there, but it shows there is more variety out there than many would have deemed possible," Wagner said. "What we do know is that planets in multi-star systems are much less explored, and potentially just as numerous as planets in single-star systems."

“This is the kind of discovery that helps us place our own solar system in the context of the diversity of worlds beyond it, by finding systems that are much different from our own,” says Mary Voytek, senior scientist for astrobiology and program manager of the NExSS network at NASA Headquarters in Washington. “By combining these results with research on the formation of habitable worlds, we will have a better understanding of the systems in which habitable worlds might form. NExSS will ensure such connections are made, within and beyond our NExSS teams.”

NExSS is a NASA-led research coordination network dedicated to the study of planetary habitability by bringing together researchers from different fields. NExSS aims to build an international community of interdisciplinary researchers, including those supported by other agencies, dedicated to exoplanet research through NASA investments. This network will explore the diversity of exoplanets and to learn how their history, geology and climate interact to create the conditions for life. NExSS investigators also strive to put planets into an architectural context – as solar systems built over the eons through dynamical processes and sculpted by stars. Based on our understanding of our own solar system and habitable planet Earth, researchers in the network aim to identify where habitable niches are most likely to occur, which planets are most likely to be habitable. NExSS will accelerate the discovery and characterization of other potentially life-bearing worlds in the galaxy.