Júpiter é maior do que algumas estrelas, então por que não temos um segundo sol?

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(Créditos: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Kevin M. Gill)

Traduzido por Julio Batista
Original de Michelle Starr para o ScienceAlert

A menor estrela da sequência principal conhecida na nossa galáxia Via Láctea é um verdadeiro sub-treco de um sub-troço.

É chamada EBLM J0555-57Ab, uma anã vermelha a 600 anos-luz de distância. Com um raio médio de cerca de 59.000 quilômetros, é apenas um pouquinho maior que Saturno. Isso a torna a menor estrela conhecida a suportar a fusão de hidrogênio em seu núcleo, o processo que mantém as estrelas queimando até que fiquem sem combustível.

Em nosso Sistema Solar, existem dois objetos maiores do que esta pequena estrela. Um é o Sol, obviamente. O outro é Júpiter, que se parece com uma bola gigante de sorvete, com um raio médio de 69.911 quilômetros.

Então, por que Júpiter é um planeta e não uma estrela?

A resposta curta é simples: Júpiter não tem massa suficiente para fundir o hidrogênio em hélio. EBLM J0555-57Ab tem cerca de 85 vezes a massa de Júpiter, quase tão leve quanto o mínimo exigido para ser uma estrela – se fosse menor, também não seria capaz de fundir hidrogênio. Mas se nosso Sistema Solar fosse diferente, Júpiter poderia ter se transformado em uma estrela?

Júpiter e o Sol são mais parecidos do que você imagina

O gigante gasoso pode não ser uma estrela, mas Júpiter ainda é um brutamontes. Sua massa é 2,5 vezes a de todos os outros planetas combinados. Só que, por ser um gigante gasoso, tem densidade realmente baixa: cerca de 1,33 gramas por centímetro cúbico; a densidade da Terra, de 5,51 gramas por centímetro cúbico, é pouco mais de quatro vezes maior do que a de Júpiter.

Mas é interessante notar as semelhanças entre Júpiter e o Sol. A densidade do Sol é 1,41 gramas por centímetro cúbico. E os dois objetos são muito semelhantes em termos de composição. Em massa, o Sol é cerca de 71 por cento de hidrogênio e 27 por cento de hélio, com o restante sendo composto de vestígios de outros elementos. Júpiter em massa é cerca de 73% hidrogênio e 24% hélio.

Ilustração de Júpiter e sua lua Io. (Créditos: Centro de Voos Espaciais Goddard da NASA/CI Lab)

É por essa razão que Júpiter às vezes é chamado de estrela falida.

Mas ainda é improvável que, se levar em contar a disposição do Sistema Solar, Júpiter chegue perto de ser uma estrela.

Estrelas e planetas nascem por meio de dois mecanismos muito diferentes. As estrelas nascem quando um denso conjunto de material em uma nuvem molecular interestelar entra em colapso sob sua própria gravidade – puff! -, girando enquanto caminha para um processo chamado colapso das nuvens. À medida que gira, ele junta mais material da nuvem ao seu redor em um disco de acreção estelar.

Conforme a massa – e, portanto, a gravidade – cresce, o núcleo da estrela bebê é cada vez mais pressionado, o que faz com que fique cada vez mais quente. Eventualmente, ele se torna tão comprimido e quente que o núcleo se inflama e a fusão termonuclear começa.

De acordo com nosso entendimento sobre a formação de estrelas, uma vez que a estrela tenha terminado de acretar o material, uma parte do disco de acreção ainda sobra. É dessa sobra que os planetas são feitos.

Os astrônomos acham que, para gigantes gasosos como Júpiter, esse processo (chamado de acúmulo de aerolitos) começa com pequenos pedaços de rocha congelada e poeira no disco. À medida que orbitam a estrela bebê, esses pedaços de material começam a colidir, aderindo à eletricidade estática. Eventualmente, esses aglomerados crescentes atingem um tamanho grande o suficiente – cerca de 10 massas terrestres – que podem atrair gravitacionalmente mais e mais gás do disco circundante.

A partir desse ponto, Júpiter veio crescendo gradualmente até sua massa atual – cerca de 318 vezes a massa da Terra e 0,001 vezes a massa do Sol. Depois de sugar todo o material de que dispunha – bem distante da massa necessária para a fusão do hidrogênio – ele parou de crescer.

Portanto, Júpiter nunca esteve nem perto de crescer o suficiente para se tornar uma estrela. Júpiter tem uma composição semelhante à do Sol, não porque era uma ‘estrela falida’, mas porque nasceu da mesma nuvem de gás molecular que deu origem ao Sol.

(Créditos: NASA/SwRI/MSSS/Gerald Eichstädt/Seán Doran/Flickr/CC-BY-2.0)

As verdadeiras estrelas falidas

Existe uma classe diferente de objetos que podem ser considerados ‘estrelas falidas’. Essas são as anãs marrons e elas preenchem a lacuna entre os gigantes gasosos e as estrelas.

Tendo em média cerca de 13 vezes a massa de Júpiter, esses objetos são massivos o suficiente para suportar a fusão do núcleo – não de hidrogênio normal, mas de deutério. O deutério também é conhecido como hidrogênio “pesado”; é um isótopo de hidrogênio com um próton e um nêutron no núcleo em vez de apenas um único próton. Sua temperatura e pressão de fusão são mais baixas do que a temperatura e pressão de fusão do hidrogênio.

Por ocorrer em massa, temperatura e pressão mais baixas, a fusão do deutério é uma etapa intermediária da fusão do hidrogênio para as estrelas, à medida que continuam a acumular massa. Mas alguns objetos nunca atingem essa massa; estas são conhecidas como anãs marrons.

Por um tempo depois que sua existência foi confirmada em 1995, não se sabia se as anãs marrons eram “estrelas com baixo desempenho” ou “planetas ambiciosos demais”; mas vários estudos demonstraram que elas se formam exatamente como estrelas, a partir do colapso das nuvens, e não do acúmulo do núcleo. E algumas anãs marrons estão até abaixo da massa necessária para queima de deutério, sendo indistinguíveis de planetas.

Júpiter está bem no limite inferior de massa de colapso das nuvens; a menor massa de um objeto de colapso de nuvem foi estimada em cerca de uma massa de Júpiter. Portanto, se Júpiter tivesse se formado a partir do colapso das nuvens, poderia ser considerada uma estrela falida.

Mas os dados da sonda Juno da NASA sugerem que, pelo menos uma vez, Júpiter tinha um núcleo sólido – e isso é mais consistente com o método de formação de acreção do núcleo.

A modelagem sugere que o limite superior para a massa de um planeta, formando-se via acreção do núcleo, é pouco menos de 10 vezes a massa de Júpiter – apenas algumas poucas massas de Júpiter para a fusão de deutério.

Então, Júpiter não é uma estrela falida. Mas pensar a razão pra ele não ser pode nos ajudar a entender melhor como o cosmos funciona. Além disso, Júpiter é uma maravilha listrada, tempestuosa e ondulante de cor caramelo. E sem ele, nós, humanos, talvez nem mesmo tivéssemos sido capazes de existir

Essa, porém, é uma outra história, a ser contada em outra ocasião.