Os astrônomos há muito suspeitam que a massa de um planeta e sua velocidade de rotação estão ligadas. Em nosso próprio Sistema Solar, Júpiter e Saturno são exemplos impressionantes. Apesar de seu tamanho enorme, ambos completam uma rotação completa em cerca de 10 horas e respondem por uma grande parte da energia rotacional total do Sistema Solar.
Para testar se essa relação se estende além de nossa vizinhança cósmica, pesquisadores usaram o Observatório W. M. Keck em Maunakea, Havaí, para estudar uma grande amostra de mundos gigantes distantes. Sua pesquisa incluiu 32 gigantes gasosos e companheiros anãs marrons em outros sistemas estelares, incluindo 6 planetas maiores que Júpiter e 25 companheiros anãs marrons.
As observações revelaram uma tendência intrigante. Quando fatores como massa, tamanho e idade são considerados, os gigantes gasosos tendem a girar mais rápido do que as anãs marrons mais massivas. Para fortalecer sua análise, os pesquisadores também incorporaram medições de rotação anteriores de outros estudos, criando um conjunto de dados cuidadosamente selecionado que incluía 43 companheiros estelares/subestelares e planetas gigantes, juntamente com 54 anãs marrons e objetos de massa planetária flutuantes.
A equipe internacional foi liderada por cientistas do Centro de Exploração e Pesquisa Interdisciplinar em Astrofísica (CIERA) da Universidade Northwestern. Colaboradores incluíram pesquisadores do Centro de Astrofísica e Ciências Espaciais (CASS) da UC San Diego, da Divisão de Ciências Geológicas e Planetárias (GPS) da Caltech, do Observatório W. M. Keck, do Observatório Steward, do James C. Wyant College of Optical Sciences, do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA e várias outras instituições. Suas descobertas foram publicadas no The Astronomical Journal.
Muitos dos planetas examinados orbitam suas estrelas a distâncias que variam de dezenas a centenas de Unidades Astronômicas (UAs), a distância entre a Terra e o Sol. Os cientistas ainda estão tentando determinar como esses mundos distantes se formam. Alguns podem emergir gradualmente dentro de discos de gás e poeira ao redor de estrelas jovens, enquanto outros podem se formar através de um processo mais semelhante ao colapso que cria as próprias estrelas.
Para investigar, os pesquisadores usaram o Keck Planet Imager and Characterizer (KPIC), um instrumento especializado capaz de isolar a luz que vem diretamente desses mundos distantes. Conforme um planeta gira, características em sua atmosfera causam um alargamento sutil em seu espectro. Ao medir essas mudanças, os astrônomos podem determinar a rapidez com que o objeto está girando.
O autor principal, Dino Chih-Chun Hsu, pesquisador do CIERA, explicou o significado dessas medições em um comunicado de imprensa do Observatório W. M. Keck: "A rotação é um registro fóssil de como um planeta se formou. Ao medir a rapidez com que esses mundos giram, podemos começar a juntar as peças dos processos físicos que os moldaram dezenas a centenas de milhões de anos atrás. Com o KPIC, podemos detectar esses sinais minúsculos que revelam a rotação de um planeta ao redor de outras estrelas próximas. Nossos resultados sugerem que tanto a massa do planeta quanto a razão entre a massa do planeta e a massa de sua estrela influenciam a rapidez com que o planeta finalmente gira. Isso nos ajuda a restringir a física de como esses sistemas se formam."
Um Planeta Gigante Gira Mais Rápido que um Vizinho Muito Maior
Um dos exemplos mais claros vem do sistema HR 8799. Lá, um gigante gasoso com cerca de 7 vezes a massa de Júpiter gira seis vezes mais rápido que uma anã marrom companheira que tem aproximadamente 24 vezes a massa de Júpiter.
Os pesquisadores acreditam que a diferença pode estar ligada a interações magnéticas no início da história dos objetos. Um campo magnético mais forte pode interagir mais intensamente com o disco circumplanetário ao redor, diminuindo a rotação ao longo do tempo. Neste caso, a anã marrom mais massiva provavelmente perdeu mais de sua rotação original devido ao seu campo magnético mais forte.
As descobertas estão ajudando os cientistas a entender melhor não apenas sistemas planetários distantes, mas também as origens do nosso próprio Sistema Solar. Hsu disse: "A forma como o momento angular é distribuído entre os planetas influencia a arquitetura geral de um sistema planetário."