NASA/JPL-Caltech
Impressão de artista de um sistema com cinco exoplanetas.
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”).
Isto representa um mistério para os astrónomos, 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 “raio do vale”. Um segundo mistério, conhecido como “ervilhas numa vagem”, refere-se a planetas vizinhos de tamanho semelhante encontrados em centenas de sistemas planetários com órbitas harmoniosas.
Num estudo liderado pelo projeto Cycles of Life-Essential Volatile Elements in Rocky Planets (CLEVER) da Rice University, uma equipa internacional de astrofísicos fornece um novo modelo que explica a interação de forças que atuam em planetas recém-nascidos que poderiam explicar estes dois mistérios.
Como eles descrevem no seu trabalho de pesquisa, que apareceu recentemente no Astrophysical Journal Letters, a equipa usou um supercomputador para executar um modelo de migração planetária que simulou os primeiros 50 milhões de anos de desenvolvimento do sistema planetário.
No seu modelo, os discos protoplanetários de gás e poeira também interagem com planetas em migração, puxando-os para mais perto das 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, estas descobertas representam a primeira vez para os astrónomos. Como disse Izidoro num comunicado da Rice University:
“Acredito que somos os primeiros a explicar o raio do vale usando um modelo de formação de planetas e evolução dinâmica que responde de forma consistente 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 de ervilhas em vagem.”
Este trabalho baseia-se em trabalhos anteriores de Izidoro e do projeto CLEVER Planets. No ano passado, usaram um modelo de migração para calcular a interrupção máxima do sistema de sete planetas do TRAPPIST-1.
Num artigo que apareceu em 21 de novembro de 2021, na Nature Astronomy, usaram a simulação de N-corpos para mostrar como esse sistema de “ervilhas em uma vagem” poderia ter mantido a sua estrutura orbital harmoniosa, apesar das colisões causadas pela migração planetária. Isso permitiu que colocassem restrições no limite superior de colisões e na massa dos objetos envolvidos.
Os seus resultados indicam que as colisões no sistema TRAPPIST-1 foram comparáveis ao impacto que criou o sistema Terra-Lua. Disse Izidoro:
“A migração de planetas jovens para as suas estrelas hospedeiras cria superlotação e frequentemente resulta em colisões cataclísmicas que tiram os planetas das suas atmosferas ricas em hidrogénio. Isto significa que impactos gigantes, como o que formou a nossa Lua, são provavelmente um resultado genérico da formação do planeta.”
Esta última pesquisa 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-Neptunos).
Além disso, sugerem que uma fração de planetas com o dobro do tamanho da Terra manterá a sua atmosfera primordial rica em hidrogénio e será rica em água. Segundo Izidoro, estes 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 investigadores de exoplanetas, que contarão com o Telescópio Espacial James Webb para realizar observações detalhadas de sistemas de exoplanetas.
ZAP // Universe Today
