Descoberto o mistério das “pedras planetárias” que formaram Júpiter e Saturno

JPL-Caltech / NASA

Impressão de artista de um sistema estelar jovem mostra que os gigantes gasosos se formam primeiro, enquanto a nebulosa ainda está presente.

Impressão de artista de um sistema estelar jovem, que mostra que os gigantes gasosos se formam primeiro, enquanto a nebulosa ainda está presente.

Investigadores do Southwest Research Institute e da Universidade de Queen, no Canadá, desvendaram o mistério de como Júpiter e Saturno foram provavelmente formados.

A descoberta, que muda a nossa visão de como todos os planetas se podem ter formado, foi publicada na edição desta quinta-feira da revista Nature.

Ironicamente, os maiores planetas do Sistema Solar foram provavelmente formados primeiro. Júpiter e Saturno, que são na sua maioria hidrogénio e hélio, presumivelmente acumularam os seus gases antes da nebulosa solar se dispersar.

As observações de sistemas estelares jovens mostram que os discos gasosos que formam planetas geralmente têm uma vida útil de apenas 1 a 10 milhões de anos, o que significa que os gigantes gasosos no nosso Sistema Solar formaram-se provavelmente dentro desse espaço de tempo.

Em contraste, a Terra provavelmente demorou pelo menos 30 milhões de anos a formar-se e, no máximo, até 100 milhões de anos. Assim sendo, como é que Júpiter e Saturno formaram-se tão rapidamente?

A teoria mais aceite para a formação dos gigantes gasosos é o modelo de acreção de núcleo. Neste modelo, um núcleo do tamanho de um planeta, constituído por gelo e rocha, forma-se primeiro.

Em seguida, o fluxo de gás e poeira interestelar anexa-se ao planeta em crescimento. No entanto, este modelo tem um calcanhar de Aquiles; especificamente, o primeiro passo do processo.

A acumulação de uma atmosfera massiva requer um núcleo sólido com cerca de 10 vezes a massa da Terra. No entanto, estes objetos grandes, semelhantes a Úrano e Neptuno, tiveram de formar-se em apenas alguns milhões de anos.

No modelo padrão de formação planetária, os núcleos rochosos crescem à medida que objetos de tamanho similar são acumulados e assimilados através de um processo chamado acreção.

As rochas incorporam outras rochas, criando montanhas; montanhas fundem-se com outras montanhas, levando a objetos do tamanho de cidades, e assim por diante.

No entanto, este modelo não é capaz de produzir núcleos planetários suficientemente grandes num suficientemente curto espaço de tempo, a fim de explicar Saturno e Júpiter.

“O problema da escala de tempo está preso nas nossas gargantas há já algum tempo,” afirma o Dr. Hal Levison, cientista do Diretorado de Ciência Planetária do SwRI e autor principal do artigo.

“Não se sabia exatamente como objetos como Júpiter e Saturno podiam sequer existir,” continua Levison.

Kevin Baird / Flickr

Harold F. Levison, cientista planetário, especialista em dinâmica dos planetas

Harold F. Levison, cientista planetário, especialista em dinâmica dos planetas

Novos cálculos feitos pela equipa mostram que os núcleos de Júpiter e Saturno podem formar-se dentro do espaço de tempo de 10 milhões de anos caso cresçam acumulando gradualmente uma população de “pedras” planetárias – objetos gelados com cerca de 30 centímetros em diâmetro.

Observações recentes mostraram que o gás pode desempenhar um papel fundamental no aumento da eficiência da acreção. Assim, as pedras que entrem em órbita podem espiralar para o protoplaneta e ser assimiladas, assistidas pelo gás.

A Dra. Katherine Kretke e o Dr. Martin Duncan, ambos da Universidade de Queen em Kingston, no Ontário, mostram que a acreção de “seixos” planetários pode produzir a estrutura observada do Sistema Solar desde que os seixos se tenham formado a um ritmo suficientemente lento para que os planetas em crescimento tenham tempo para interagir gravitacionalmente uns com os outros.

“Caso as pedras se formem demasiado depressa, a acreção levaria à formação de centenas de Terra geladas,” afirma Kretke.

“Os núcleos em crescimento precisam de algum tempo para arremessar os seus concorrentes para longe dos seixos, efetivamente fazendo com que ‘passem fome’. É por isso que foram formados apenas um par de gigantes gasosos”, acrescenta.

“Que eu saiba, este é o primeiro modelo a reproduzir a estrutura do Sistema Solar exterior, com dois gigantes gasosos, dois gigantes de gelo (Úrano e Neptuno) e uma cintura de Kuiper intocada,” comenta Levison.

“Depois de muitos anos a realizar simulações computacionais do modelo padrão sem sucesso, é um alívio encontrar um novo modelo que é tão bem sucedido,” acrescenta Duncan.

CCVAlg

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