Por que os planetas rochosos de um determinado sistema estelar costumam ser relativamente semelhantes? Uma nova teoria desenvolvida por Konstantin Batygin, professor de ciências planetárias da Caltech, junto com Alessandro Morbidelli do Observatoire de la Côte d’Azur, na França, poderia explicar isto.

“Com o aumento das observações exoplanetas na última década, tornou-se claro que a teoria padrão da formação do planeta precisa ser revisada, começando com o básico. Precisamos de uma teoria que possa explicar tanto a formação de planetas terrestres em nosso sistema solar quanto a formação de sistemas auto-similares de super-terra, muitos dos quais têm uma composição rochosa”, diz Batygin.

Os sistemas planetários começam seu ciclo de vida como grandes discos rotativos de gás e poeira que se condensam ao longo de alguns milhões de anos. A maior parte do gás se acumula na estrela no centro do sistema, enquanto o material sólido coalescente lentamente em asteróides, cometas, planetas e luas. Em nosso sistema solar, isto deu origem a dois tipos diferentes de planetas: os planetas internos menores, rochosos e mais próximos do Sol, e os gigantes de gás externos, maiores, ricos em água e hidrogênio, mais distantes do Sol. Isto provavelmente aconteceu em dois anéis diferentes no disco protoplanetário: um interno onde se formaram os planetas rochosos, e um externo para os planetas mais maciços de gelo (dois dos quais – Júpiter e Saturno – mais tarde se tornaram gigantes de gás).

As superterras, como o nome sugere, são mais maciças do que a Terra. Alguns têm até uma atmosfera de hidrogênio que os faz parecer quase como gigantes de gás. Eles também estão frequentemente perto de suas estrelas, sugerindo que migraram de órbitas mais distantes para sua posição atual.

“Há alguns anos, desenvolvemos um modelo no qual super-terras se formaram na parte gelada do disco protoplanetário e migraram para a borda interna do disco, perto da estrela”, diz Morbidelli. “O modelo foi capaz de explicar as massas e órbitas das super-terras, mas previu que todas elas eram ricas em água. Entretanto, observações recentes mostraram que a maioria das super-terras são feitas de rochas, como a Terra, mesmo que estejam rodeadas por uma atmosfera de hidrogênio. Esse foi o toque da morte para nosso velho modelo”. Nos últimos cinco anos, a história se tornou ainda mais estranha, pois os cientistas estudaram estes exoplanetas e fizeram uma descoberta incomum: Embora haja uma variedade de tipos de superterras, todas as superterras dentro de um único sistema planetário são semelhantes em termos de distância orbital, tamanho, massa e outras características importantes. Parece que existe praticamente uma fábrica planetária que só sabe fazer planetas com uma certa massa e apenas os agita um após o outro.

Que processo em tal fábrica poderia ter produzido não apenas os planetas rochosos em nosso sistema solar, mas também sistemas uniformes de super-terras rochosas? “A resposta está relacionada a algo que descobrimos em 2020”, diz Batygin. Naquela época, Batygin e Morbidelli propuseram uma nova teoria para a formação das quatro maiores luas de Júpiter. Essencialmente, eles provaram que para uma determinada faixa de tamanho de grãos de pó, a força puxando os grãos em direção a Júpiter e a força (ou arrastamento) puxando esses grãos ao longo de um fluxo de gás para fora cancelou completamente um ao outro. Este equilíbrio de forças criou um anel de material que formou os blocos de construção sólidos para a formação posterior das luas. A teoria também afirma que os corpos no anel crescem até serem suficientemente grandes para deixarem o anel através da migração movida a gás. Depois disso, eles deixam de crescer, o que explica porque o processo produz corpos de tamanho semelhante.

Em seu novo trabalho, Batygin e Morbidelli propõem que o mecanismo para a formação de planetas ao redor das estrelas é em grande parte o mesmo. No caso de planetas, a concentração em larga escala de material rochoso sólido ocorre em uma faixa estreita no disco chamada linha de sublimação do silicato – uma região onde os vapores de silicato se condensam e formam seixos sólidos e rochosos. “Se você é um grão de pó, você sente um vento de cabeça considerável no disco porque o gás está orbitando um pouco mais devagar, e você está em espiral em direção à estrela; mas se você está na forma de vapor, você está apenas se movendo para fora, junto com o gás no disco em expansão. Assim, no ponto em que você passa de vapor a sólido, o material se acumula”, diz Batygin. Traduzido com www.DeepL.com/Translator (versão gratuita)

A nova teoria identifica esta banda como o provável local para uma “fábrica de planetas” que pode produzir vários planetas rochosos de tamanho semelhante ao longo do tempo. Quando os planetas atingem uma massa suficiente, sua interação com o disco os aproximará mais da estrela. A teoria de Batygin e Morbidelli se baseia em uma extensa modelagem computadorizada, mas começou com uma simples pergunta. “Nós olhamos para o modelo de formação do planeta existente, sabendo que ele não reflete o que vemos, e nos perguntamos: ‘Que afirmação tomamos como certa?”” diz Batygin. “O truque é olhar para algo que todos acreditam ser verdade sem nenhuma boa razão para fazê-lo”.

Neste caso, a suposição era que o material sólido estava espalhado pelos discos protoplanetários. Ao descartar essa suposição e, em vez disso, assumindo que os primeiros corpos sólidos se formam em anéis, a nova teoria pode explicar diferentes tipos de sistemas planetários com uma estrutura unificada, disse Batygin. Se o anel rochoso contém muita massa, os planetas crescem até se afastarem do anel, levando a um sistema de super-terra semelhante. Se, por outro lado, o anel contém pouca massa, forma-se um sistema muito mais parecido com os planetas terrestres de nosso sistema solar.