Estranho mistério de planetas ‘faltando’ no espaço pode finalmente ser resolvido

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(Créditos: Mark Garlick/Science Photo Library/Getty Images)

Traduzido por Julio Batista
Original de Matt Williams para o Universe Today

Hoje, o número de exoplanetas confirmados é de 5.197 em 3.888 sistemas planetários, com outros 8.992 candidatos aguardando confirmação.

A maioria tem sido planetas particularmente massivos, variando de gigantes gasosos do tamanho de Júpiter e Netuno, que têm raios cerca de 2,5 vezes os da Terra.

Outra população estatisticamente significativa são os planetas rochosos que medem cerca de 1,4 raios terrestres (também conhecidos como ‘super-Terras’).

Isso representa um mistério para os astrônomos, especialmente no que diz respeito aos exoplanetas descobertos pelo venerável Telescópio Espacial Kepler.

Dos mais de 2.600 planetas descobertos pelo Kepler, há uma aparente raridade de exoplanetas com um raio de cerca de 1,8 vezes o da Terra – que eles chamam de “vale do raio”.

Uma ilustração que mostra a escassez de exoplanetas com cerca de 1,8 vezes o tamanho da Terra que foram observados pela espaçonave Kepler da NASA. Tradução da imagem: número de planetas (number of planetas) e tamanho do planeta [Terra] (Planet Size [Earth]). (Créditos: A. Izidoro/Universidade Rice)

Um segundo mistério, conhecido como “ervilhas em uma vagem”, refere-se a planetas vizinhos de tamanho semelhante encontrados em centenas de sistemas planetários com órbitas harmoniosas.

Em um estudo liderado pelo projeto Cycles of Life-Essential Volatile Elements in Rocky Planets (CLEVER – Ciclos de Elementos Voláteis Essenciais à Vida em Planetas Rochosos, na tradução livre) da Universidade Rice, nos EUA, uma equipe internacional de astrofísicos fornece um novo modelo que explica a interação de forças que atuam em planetas recém-nascidos que poderiam explicar esses dois mistérios.

A pesquisa foi liderada por André Izidoro, um bolsista de pós-doutorado Welch no projeto CLEVER Planets, financiado pela NASA, da Universidade Rice. Ele foi acompanhado pelos investigadores do CLEVER Planets Rajdeep DasguptaAndrea IsellaHilke Schlichting da Universidade da Califórnia, Los Angeles (UCLA), nos EUA, e Christian Zimmermann e Bertram Bitsch do Instituto Max Planck para Astronomia (MPIA).

Como eles descrevem em seu trabalho de pesquisa, que apareceu recentemente no Astrophysical Journal Letters, a equipe usou um supercomputador para executar um modelo de migração planetária que simulou os primeiros 50 milhões de anos de desenvolvimento do sistema planetário.

Em seu modelo, discos protoplanetários de gás e poeira também interagem com planetas em migração, puxando-os para mais perto de suas estrelas-mãe e prendendo-os em cadeias orbitais ressonantes.

Dentro de alguns milhões de anos, o disco protoplanetário desaparece, quebrando as cadeias e causando instabilidades orbitais que fazem com que dois ou mais planetas colidam. Embora os modelos de migração planetária tenham sido usados ​​para estudar sistemas planetários que retiveram ressonâncias orbitais, essas descobertas representam uma novidade para os astrônomos.

Como Izidoro disse em uma declaração da Universidade Rice:

“Acredito que somos os primeiros a explicar o vale do raio usando um modelo de formação de planetas e evolução dinâmica que auto-consistentemente responde por várias restrições de observações.

“Também somos capazes de mostrar que um modelo de formação de planetas incorporando impactos gigantes é consistente com a característica de exoplanetas ervilhas em uma vagem”.

Este trabalho baseia-se em trabalhos anteriores de Izidoro e do projeto CLEVER Planets. No ano passado, eles usaram um modelo de migração para calcular a perturbação máxima do sistema de sete planetas do TRAPPIST-1.

Em um paper publicado em 21 de novembro de 2021 na Nature Astronomy, eles usaram a simulação de N-corpos para mostrar como esse sistema de “ervilhas em uma vagem” poderia ter mantido sua estrutura orbital harmoniosa, apesar das colisões causadas pela migração planetária. Isso permitiu que eles colocassem restrições no limite superior de colisões e na massa dos objetos envolvidos.

Seus resultados indicam que as colisões no sistema TRAPPIST-1 foram comparáveis ​​ao impacto que criou o sistema Terra-Lua.

Izidoro disse:

“A migração de planetas jovens para suas estrelas hospedeiras cria superlotação e frequentemente resulta em colisões cataclísmicas que tiram os planetas de suas atmosferas ricas em hidrogênio.

“Isso significa que impactos gigantes, como o que formou nossa Lua, são provavelmente um resultado genérico da formação do planeta.”

Esta pesquisa mais recente sugere que os planetas vêm em duas variantes, consistindo em planetas secos e rochosos que são 50% maiores que a Terra (super-Terras) e planetas ricos em gelo de água cerca de 2,5 vezes o tamanho da Terra (mini-Netunos).

Além disso, eles sugerem que uma fração de planetas com o dobro do tamanho da Terra manterá sua atmosfera primordial rica em hidrogênio e será rica em água.

De acordo com Izidoro, esses resultados são consistentes com novas observações que sugerem que super-Terras e mini-Netunos não são exclusivamente planetas secos e rochosos.

Essas descobertas apresentam oportunidades para pesquisadores de exoplanetas, que contarão com o Telescópio Espacial James Webb para realizar observações detalhadas de sistemas de exoplanetas.

Usando seu conjunto avançado de óptica, imagens infravermelhas, coronógrafos e espectrômetros, o Webb e outros telescópios de próxima geração caracterizarão as atmosferas e superfícies dos exoplanetas como nunca antes.