Um exoplaneta gigante gasoso foi descoberto com o dobro da densidade da Terra

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Impressão artística de um gigante gasoso nascendo. (Créditos: L.Calçada/OES)

Traduzido por Julio Batista
Original de Michelle Starr para o ScienceAlert

Um exoplaneta recém-pesado deixou os astrônomos profundamente intrigados.

Depois de fazer medições de um exoplaneta muito jovem do tamanho de Júpiter chamado HD-114082b, cientistas descobriram que suas propriedades não correspondem perfeitamente a nenhum dos dois modelos populares de formação de planetas gigantes gasosos.

Simplificando, é muito pesado para sua idade.

“Comparado aos modelos atualmente aceitos, o HD-114082b é cerca de duas a três vezes mais denso para um jovem gigante gasoso com apenas 15 milhões de anos de idade”, explicou a astrofísica Olga Zakhozhay, do Instituto Max Planck de Astronomia, na Alemanha.

Orbitando uma estrela chamada HD-114082 a cerca de 300 anos-luz de distância, o exoplaneta tem sido objeto de uma intensa campanha de coleta de dados. Com apenas 15 milhões de anos, HD-114082b é um dos exoplanetas mais jovens já encontrados, e entender suas propriedades pode fornecer pistas sobre como os planetas se formam – um processo não totalmente compreendido.

Dois tipos de dados são necessários para uma caracterização abrangente de um exoplaneta, com base no efeito que tem em sua estrela hospedeira. Os dados de trânsito são um registro de como a luz de uma estrela diminui quando um exoplaneta em órbita passa na frente dela. Se soubermos o quão brilhante é a estrela, esse leve escurecimento pode revelar o tamanho do exoplaneta.

Os dados de velocidade radial, por outro lado, são um registro de quanto uma estrela oscila em resposta ao puxão gravitacional do exoplaneta. Se conhecermos a massa da estrela, então a amplitude de sua oscilação pode nos dar a massa do exoplaneta.

Por quase quatro anos, pesquisadores coletaram observações de velocidade radial de HD-114082. Usando os dados combinados de trânsito e velocidade radial, eles determinaram que HD-114082b tem o mesmo raio de Júpiter – mas tem 8 vezes a massa de Júpiter. Isso significa que o exoplaneta tem aproximadamente o dobro da densidade da Terra e quase 10 vezes a densidade de Júpiter.

O tamanho e a massa deste jovem exoplaneta significam que é altamente improvável que seja um planeta rochoso supergrande; o limite superior para estes é de cerca de 3 raios terrestres 25 massas terrestres.

Há também uma faixa de densidade muito pequena em exoplanetas rochosos. Acima dessa faixa, o corpo se torna mais denso e a gravidade do planeta começa a reter uma atmosfera significativa de hidrogênio e hélio.

HD-114082b está em grande excesso desses parâmetros, o que significa que é um gigante gasoso. Mas os astrônomos simplesmente não sabem como ele surgiu.

“Achamos que os planetas gigantes podem se formar de duas maneiras possíveis”, disse o astrônomo Ralf Launhardt, do MPIA. “Ambos ocorrem dentro de um disco protoplanetário de gás e poeira distribuído em torno de uma jovem estrela central.”

As duas formas são chamadas de ‘começo frio’ ou ‘começo quente’. Em um começo frio, acredita-se que o exoplaneta se forma, pedrinha por pedrinha, a partir de detritos no disco que orbita a estrela.

Os detritos são atraídos, primeiro eletrostaticamente, depois gravitacionalmente. Quanto mais massa ele ganha, mais rápido ele cresce, até se tornar maciço o suficiente para desencadear o acúmulo descontrolado de hidrogênio e hélio, os elementos mais leves do Universo, resultando em uma enorme camada gasosa em torno de um núcleo rochoso.

Dado que os gases perdem calor à medida que caem em direção ao núcleo do planeta e formam uma atmosfera, é vista como uma opção relativamente fria.

Um começo quente também é conhecido como instabilidade do disco, e acredita-se que ocorra quando uma região turbulenta de instabilidade no disco colapsa diretamente sobre si mesma sob a gravidade. O corpo resultante é um exoplaneta totalmente formado que não possui um núcleo rochoso, onde os gases retêm mais calor.

Os exoplanetas que experimentam um começo frio ou um começo quente devem esfriar em taxas diferentes, produzindo características distintas que devemos ser capazes de observar.

As propriedades do HD-114082b não se encaixam no modelo de começo quente, disseram os pesquisadores; seu tamanho e massa são mais consistentes com a acreção do núcleo. Mas mesmo assim, ainda é muito grande para seu tamanho. Ou ele tem um núcleo extraordinariamente grosso ou algo mais está acontecendo.

“É muito cedo para abandonar a noção de um começo quente”, disse Launhardt. “Tudo o que podemos dizer é que ainda não entendemos muito bem a formação de planetas gigantes.”

O exoplaneta é um dos três que conhecemos com menos de 30 milhões de anos, para os quais os astrônomos obtiveram medidas de raio e massa. Até agora, todos os três parecem inconsistentes com o modelo de instabilidade do disco.

Obviamente, três é um tamanho de amostra muito pequeno, mas os três sugerem que talvez o aumento do núcleo possa ser o mais comum dos dois.

“Embora sejam necessários mais planetas desse tipo para confirmar essa tendência, acreditamos que os teóricos devem começar a reavaliar seus cálculos”, disse Zakhozhay.

“É emocionante como nossos resultados observacionais alimentam a teoria da formação de planetas. Eles ajudam a melhorar nosso conhecimento sobre como esses planetas gigantes crescem e nos dizem onde estão as lacunas de nossa compreensão.”

A pesquisa foi publicada na revista Astronomy & Astrophysics.