Crédito de imagem: NASA
Se astrônomos alienígenas em torno de uma estrela distante tivessem estudado o jovem Sol há quatro bilhões e meio de anos atrás, eles poderiam ter visto sinais de uma Terra recém-formada orbitando essa inócua estrela amarela? A resposta é sim, de acordo com Scott Kenyon (Observatório Astrofísico Smithsonian) e Benjamin Bromley (Universidade de Utah). Além disso, o modelo de computador deles diz que podemos usar os mesmos sinais para localizar lugares onde planetas do tamanho da Terra atualmente estão se formando - mundos jovens que, um dia, podem ter vida própria.
A chave para localizar as Terras recém-nascidas, dizem Kenyon e Bromley, é procurar não o próprio planeta, mas um anel de poeira orbitando a estrela que é uma impressão digital da formação do planeta terrestre (rochoso).
"As chances são de que, se houver um anel de poeira, houver um planeta", diz Kenyon.
Bons planetas são difíceis de encontrar
Nosso sistema solar se formou a partir de um disco rodopiante de gás e poeira, chamado disco protoplanetário, orbitando o jovem Sol. Os mesmos materiais são encontrados em toda a nossa galáxia, de modo que as leis da física prevêem que outros sistemas estelares formarão planetas de maneira semelhante.
Embora os planetas possam ser comuns, eles são difíceis de detectar porque são muito fracos e estão localizados muito perto de uma estrela muito mais brilhante. Portanto, os astrônomos buscam planetas procurando evidências indiretas de sua existência. Nos sistemas planetários jovens, essa evidência pode estar presente no próprio disco e em como o planeta afeta o disco empoeirado do qual se forma.
Planetas grandes, do tamanho de Júpiter, possuem forte gravidade. Essa gravidade afeta fortemente o disco empoeirado. Um único Júpiter pode limpar uma lacuna em forma de anel no disco, entortar o disco ou criar faixas concentradas de poeira que deixam um padrão no disco como um velório de um barco. A presença de um planeta gigante pode explicar o padrão de vigília visto no disco em torno da estrela Vega, com 350 milhões de anos.
Por outro lado, mundos pequenos do tamanho da Terra possuem uma gravidade mais fraca. Eles afetam o disco mais fracamente, deixando sinais mais sutis de sua presença. Em vez de procurar distorções ou distorções, Kenyon e Bromley recomendam olhar para ver o quão brilhante é o sistema estelar nos comprimentos de onda da luz infravermelha (IR). (A luz infravermelha, que percebemos como calor, é uma luz com comprimentos de onda mais longos e menos energia que a luz visível.)
Estrelas com discos empoeirados são mais brilhantes no IR do que estrelas sem discos. Quanto mais poeira um sistema estelar possui, mais brilhante fica no IR. Kenyon e Bromley mostraram que os astrônomos podem usar o brilho do infravermelho não apenas para detectar um disco, mas também para saber quando um planeta do tamanho da Terra está se formando dentro desse disco.
"Fomos os primeiros a calcular os níveis esperados de produção de poeira e os excessos infravermelhos associados, e os primeiros a demonstrar que a formação de planetas terrestres produz quantidades observáveis de poeira", diz Bromley.
Construindo planetas desde o início
A teoria mais predominante da formação de planetas exige a construção de planetas "desde o início". De acordo com a teoria da coagulação, pequenos pedaços de material rochoso em um disco protoplanetário colidem e grudam. Ao longo de milhares de anos, pequenos aglomerados se tornam cada vez maiores, como construir um boneco de neve, um punhado de neve por vez. Eventualmente, os aglomerados rochosos crescem tanto que se tornam planetas de pleno direito.
Kenyon e Bromley modelam o processo de formação do planeta usando um complexo programa de computador. Eles “semeiam” um disco protoplanetário com um bilhão de planetesimais de 1 km de tamanho, todos orbitando uma estrela central, e avançam o sistema no tempo para ver como os planetas evoluem a partir desses ingredientes básicos.
"Tornamos a simulação o mais realista possível e ainda concluímos os cálculos em um período de tempo razoável", diz Bromley.
Eles acharam o processo de formação do planeta extraordinariamente eficiente. Inicialmente, colisões entre planetesimais ocorrem em baixas velocidades, de modo que objetos em colisão tendem a se fundir e crescer. A uma distância típica Terra-Sol, são necessários apenas cerca de 1000 anos para que objetos de 1 km se transformem em objetos de 100 km (60 milhas). Outros 10.000 anos produzem protoplanetas de 600 milhas de diâmetro, que crescem mais de 10.000 anos para se tornarem protoplanetas de 1200 milhas de diâmetro. Portanto, objetos do tamanho da lua podem se formar em menos de 20.000 anos.
À medida que os planetesimais dentro do disco se tornam maiores e mais massivos, sua gravidade se torna mais forte. Uma vez que alguns dos objetos atingem o tamanho de 600 milhas, eles começam a "agitar" os objetos menores restantes. A gravidade lança os pedaços de rocha menores, do tamanho de um asteróide, para velocidades cada vez mais altas. Eles viajam tão rápido que, quando colidem, não se fundem - pulverizam, esmagando-se violentamente. Enquanto os maiores protoplanetas continuam a crescer, o restante dos planetesimais rochosos se transformam em poeira.
"A poeira se forma exatamente onde o planeta está se formando, à mesma distância de sua estrela", diz Kenyon. Como resultado, a temperatura da poeira indica onde o planeta está se formando. A poeira em uma órbita semelhante a Vênus será mais quente que a poeira em uma órbita semelhante à Terra, dando uma pista da distância do planeta infantil em relação à sua estrela.
O tamanho dos maiores objetos no disco determina a taxa de produção de poeira. A quantidade de poeira atinge o pico quando protoplanetas de 600 milhas se formam.
"O Telescópio Espacial Spitzer deve ser capaz de detectar esses picos de poeira", diz Bromley.
Atualmente, o modelo de formação de planeta terrestre de Kenyon e Bromley cobre apenas uma fração do sistema solar, desde a órbita de Vênus até uma distância a meio caminho entre a Terra e Marte. No futuro, eles planejam estender o modelo para abranger órbitas tão próximas do Sol quanto Mercúrio e tão distantes quanto Marte.
Eles também modelaram a formação do Cinturão de Kuiper - uma região de objetos pequenos, gelados e rochosos além da órbita de Netuno. O próximo passo lógico é modelar a formação de gigantes gasosos como Júpiter e Saturno.
"Estamos começando nas bordas do sistema solar e trabalhando para dentro", diz Kenyon com um sorriso. "Também estamos trabalhando em massa. A Terra é 1000 vezes mais massiva que um objeto do Cinturão de Kuiper, e Júpiter é 1000 vezes mais massiva que a Terra. ”
"Nosso objetivo final é modelar e entender a formação de todo o nosso sistema solar". Kenyon estima que seu objetivo seja atingido dentro de uma década, à medida que a velocidade do computador continua a aumentar, permitindo a simulação de um sistema solar inteiro.
Esta pesquisa foi publicada na edição de 20 de fevereiro de 2004 do The Astrophysical Journal Letters. Informações e animações adicionais estão disponíveis online em http://cfa-www.harvard.edu/~kenyon/.
Sediado em Cambridge, Massachusetts, o Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics é uma colaboração conjunta entre o Smithsonian Astrophysical Observatory e o Harvard College Observatory. Os cientistas da CfA, organizados em seis divisões de pesquisa, estudam a origem, evolução e destino final do universo.
Fonte original: Comunicado de imprensa da CfA
