O sistema exoplanetário que orbita a estrela HD 110067 exibe uma configuração dinâmica rara conhecida como cadeia de ressonância. Os seis planetas têm períodos orbitais em proporções inteiras com os planetas adjacentes no sistema.

Esse padrão harmônico indica que as órbitas têm sido estáveis ao longo da vida do sistema, permitindo que ele persista relativamente imperturbável por bilhões de anos. A configuração ressonante do HD 110067 o torna um exemplo notável de arquitetura de sistema planetário, mostrando a diversidade de sistemas além do nosso Sistema Solar.

“Acreditamos que apenas cerca de 1% de todos os sistemas permanecem em ressonância”, diz o astrofísico Rafael Luque, da Universidade de Chicago. “Isso nos mostra a configuração primitiva de um sistema planetário que sobreviveu intocado.”

As ressonâncias orbitais constituem fenômenos não atípicos nem imprevistos no contexto astronômico. Elas manifestam-se quando dois corpos celestes, que orbitam um terceiro corpo, exercem recíproca influência gravitacional de tal maneira que seus períodos orbitais se encontram em alinhamento.

Embora não seja comum ocorrer uma ressonância exata de 1:1, tal evento parece ser excepcionalmente raro, sendo mais frequentemente expresso como uma razão numérica.

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Um exemplo paradigmático de ressonância orbital é evidenciado na dinâmica entre Plutão e Netuno, os quais mantêm uma ressonância de 2:3. Nesse contexto, Plutão completa duas órbitas ao redor do Sol para cada três órbitas efetuadas por Netuno.

Analogamente, algumas das luas que orbitam Júpiter apresentam-se em uma sequência de ressonância. A título de ilustração, para cada órbita realizada por Ganimedes, Europa conclui duas órbitas, enquanto Io completa quatro órbitas, configurando, assim, uma cadeia de ressonância denominada 1:2:4, também conhecida como ressonância de Laplace.

Entretanto, a observação de uma cadeia de ressonância composta por seis corpos exoplanetários representa um fenômeno notável e singular. Tal descoberta foi efetuada nas proximidades de uma estrela anã laranja situada a aproximadamente 100 anos-luz de distância, na constelação boreal de Coma Berenices.

O telescópio TESS, operado pela NASA e destinado à busca de exoplanetas, identificou indícios da presença de dois planetas em órbita durante o ano de 2020. Enquanto o período orbital de um deles foi estimado em 5,642 dias, a determinação do período orbital do segundo planeta permaneceu inicialmente desconhecida.

Quando o TESS revisitou o sistema após um intervalo de dois anos, a persistência de dados enigmáticos foi observada. Diante dessa ambiguidade, Luque e seus colaboradores optaram por empregar o telescópio espacial Cheops, dedicado ao estudo de exoplanetas e mantido pela Agência Espacial Europeia, com o propósito de realizar uma investigação mais minuciosa.

Nesse escopo, constataram que o período orbital previamente deduzido apresentava imprecisões e que os dados indicavam a existência não apenas de dois, mas sim de três exoplanetas. Notavelmente, essa tríade exoplanetária revelou-se estar em uma configuração de ressonância orbital.

Posteriormente, os elementos astronômicos adicionais foram elucidados.

“O Quéops nos deu essa configuração ressonante que nos permitiu prever todos os outros períodos”, diz Luque. “Sem essa detecção de Quéops, teria sido impossível.”

O sistema em análise abriga um total de seis exoplanetas, com dimensões compreendidas entre 1,94 e 2,85 vezes o raio terrestre, caracterizando-os como exemplares da classe denominada mini-Netunos.

Os períodos orbitais desses corpos celestes, listados em ordem crescente de proximidade em relação à estrela hospedeira, são de 9,11 dias, 13,67 dias, 20,52 dias, 30,79 dias, 41,06 dias e 54,77 dias. Vale ressaltar que os pares de exoplanetas exibem ressonâncias orbitais nas razões de 3:2, 3:2, 3:2, 4:3 e 4:3, respectivamente.

Nesse contexto, destaca-se que o exoplaneta mais próximo à estrela-mãe do sistema HD 110067 completa seis órbitas para cada órbita realizada pelo exoplaneta mais distante.

Essa configuração singular posiciona o sistema como apenas o terceiro conhecido a hospedar seis exoplanetas dispostos em uma cadeia de ressonância, revelando-se, assim, uma contribuição significativa ao escopo crescente de conhecimento astronômico sobre sistemas planetários complexos.

A estrela em questão é presumivelmente formada há mais de um bilhão de anos; a notável harmonia orbital de seus planetas sugere que ela não foi sujeita a perturbações significativas decorrentes de influências como migração planetária, impacto gigante, ou a presença temporária de uma estrela intrusa.

Este contraste com alguns planetas do Sistema Solar, que se acredita terem experimentado processos migratórios em épocas passadas.

A manutenção da ressonância orbital é uma tarefa delicada, suscetível a interrupções. Embora se tenham identificado diversos sistemas com períodos orbitais próximos à ressonância, a ocorrência de verdadeiras cadeias de ressonância é escassa e distante entre elas.

Nesse contexto, o sistema HD 110067 assume uma natureza excecional, representando um achado raro que proporciona uma oportunidade única para aprofundar o entendimento acerca desse fascinante fenômeno orbital.

A investigação detalhada desse sistema oferece, portanto, uma contribuição valiosa ao conhecimento astronômico, permitindo insights mais substanciais sobre a dinâmica e a estabilidade de sistemas planetários complexos ao longo de escalas de tempo astronômicas.

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“A delicada configuração atual das órbitas planetárias em HD 110067 exclui qualquer evento violento ao longo da história de bilhões de anos do sistema, tornando-o um raro ‘fóssil’ para estudar os mecanismos de migração e as propriedades de seu disco protoplanetário em um ambiente intocado”, escreveram os pesquisadores em seu artigo.

“A combinação do brilho da estrela hospedeira e a presença inferida de atmosferas estendidas na maioria de seus planetas torna o HD 110067 o sistema multiplanetário sub-Netuno mais favorável a ser observado em espectroscopia de transmissão com o Telescópio Espacial James Webb. O HD 110067 oferece uma chance de obter informações sobre a natureza dos planetas subnetunares e onde, como e sob quais condições as cadeias ressonantes se formam e sobrevivem.”

A pesquisa foi publicada na Nature.