Estes enormes mundos não deveriam existir. Mas eles existem.

Para um astrônomo do Departamento de Astronomia e Ciências Planetárias da Universidade do Norte do Arizona, a resposta é simples: começar a construir modelos melhores.

Com financiamento da Fundação Nacional de Ciências e colaboração com co-investigadores da Universidade de Indiana em Bloomington, ele está liderando um estudo de três anos sobre as origens dos Júpiter quentes excêntricos — gigantes gasosos fora do nosso sistema solar que seguem órbitas incomumente alongadas.

Quando a pesquisa for concluída em 2028, a equipe espera desenvolver uma compreensão teórica mais profunda sobre como esses planetas incomuns se formaram e se as mesmas forças poderiam ter moldado nosso próprio sistema solar.

“A variabilidade dos planetas extrassolares é simplesmente enorme”, disse Muñoz. “Sistemas extrassolares podem se parecer com o nosso sistema solar, mas em alguns casos, eles se parecem totalmente diferentes e exóticos. Estamos muito interessados em ver como o sistema solar se forma em contexto, entendendo sistemas que se parecem com o nosso e aqueles que parecem completamente diferentes. Podemos ter uma noção de quais são os extremos, quão média é a nossa história de formação planetária e quão médio é o nosso sistema solar.”

Entre esses sistemas planetários extremos, os Júpiter quentes excêntricos se destacam como alguns dos mais fascinantes.

Durante anos, os cientistas pensaram que os Júpiter quentes se formaram da mesma maneira que seus parentes mais conhecidos, os hot Jupiters, que compartilham tamanho e massa semelhantes, mas orbitam muito mais perto de suas estrelas. No entanto, à medida que os telescópios melhoraram e mais dados precisos se tornaram disponíveis, os astrônomos perceberam que os Júpiter quentes poderiam ter origens muito mais complicadas.

Ao contrário dos hot Jupiters, que podem orbitar suas estrelas em quase qualquer ângulo, os Júpiter quentes são quase sempre alinhados com os equadores de suas estrelas. Observações também revelam que quanto mais alongada a órbita de um Júpiter quente, mais precisamente alinhada ela tende a ser — um padrão surpreendente que nenhuma teoria atual de formação planetária consegue explicar.

Para explorar esse mistério, o pesquisador está desenvolvendo um novo e crescente catálogo de Júpiter quentes excêntricos usando dados do Satélite de Pesquisa de Exoplanetas em Transito (TESS) da NASA. Essas descobertas servirão de base tanto para modelos atualizados quanto para completamente novos que poderão finalmente revelar como esses mundos estranhos vieram a existir.

“Os dados nos dizem que os Júpiter quentes não são apenas o extremo dos hot Jupiters”, disse Muñoz. “Isso nos informa que eles podem ter uma história diferente. Precisamos entender se isso é apenas uma peculiaridade — se esses são casos patológicos que ocorrem talvez uma vez a cada milhão de casos — ou se há um processo físico adicional que ignoramos no passado e que talvez possamos revelar.”

Compreender quais processos estão em jogo durante a formação de um Júpiter quente excêntrico poderia ajudar os astrônomos a descobrir verdades ocultas sobre a evolução do nosso sistema solar e a criação de incontáveis outros semelhantes a ele. Mas antes de se aprofundar nas implicações, Muñoz precisa investigar várias hipóteses até encontrar uma que seja prática e plausível.

Uma possibilidade é que esses Júpiter quentes excêntricos tenham planetas companheiros que de alguma forma alteram suas órbitas sem desalinhá-los em relação ao equador de suas estrelas. Ter diferentes excentricidades e inclinações variando simultaneamente é bem compreendido do ponto de vista modelagem, mas ter uma e não a outra não é tão facilmente explicado.

Outra hipótese diz respeito às nebulosas gasosas nas quais os planetas e suas estrelas se formaram. Muñoz argumenta que esses planetas poderiam ter interagido com o ambiente de maneiras que os astrônomos nunca poderiam ter antecipado enquanto se desenvolviam. Descobertas dessa natureza poderiam mudar permanentemente a forma como os astrônomos mapeiam a formação de planetas.

Por último, e a favorita de Muñoz, está a ideia de que as estrelas nesses sistemas são as responsáveis. Como as estrelas são corpos fluidos, elas podem desenvolver ondas internas que às vezes podem colidir e extrair energia da órbita de um planeta de maneiras peculiares. Ele disse que é matematicamente viável que essas ondas possam também ser a razão pela qual os Júpiter quentes se alinham tão de perto com os equadores de suas estrelas anfitriãs.

A resposta para qual teoria está correta, até agora, é um mistério, mas é um que Muñoz estará empenhado em resolver com inúmeras técnicas de modelagem.

“Sou um teórico, então trabalho em modelos usando computadores potentes, cálculos à mão e qualquer coisa entre esses extremos”, disse Muñoz. “Não temos um modelo que previu isso a princípio, então vamos nos desafiar e mergulhar nas maneiras mais criativas que podemos pensar sobre esse problema. Mas uma vez que você tem um modelo matemático, isso é apenas o começo.”

No próximo ano, Muñoz contratará um estudante de pós-graduação que se destaque em resolução criativa de problemas para auxiliá-lo ao longo de seu estudo de modelagem. Enquanto isso, ele disse que sua pesquisa sobre a hipótese de sua estrela anfitriã tem sido promissora e espera publicar suas descobertas em um futuro próximo.