Como dois planetas tão semelhantes em alguns aspectos podem ter densidades tão diferentes? Segundo um novo estudo, uma colisão catastrófica pode ser culpada.
Em nosso Sistema Solar, todos os planetas internos são pequenos mundos rochosos com densidades semelhantes, enquanto os exteriores são gigantes gasosos com suas próprias densidades similares. Mas nem todos os sistemas solares são como os nossos.
A missão Kepler descobriu uma grande variedade de exoplanetas durante seus nove anos de operação. Graças a essa missão, agora sabemos apenas 2.000 exoplanetas confirmados que possuem menos de três raios da Terra. E embora esses 2.000 planetas possuam uma variedade bastante pequena de tamanhos, suas densidades podem variar bastante.
O novo artigo foi publicado na Nature Astronomy pelos astrônomos Aldo S. Bonomo e Mario Damasso, do Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF), e pelo Center for Astrophysics | Astrofísico de Harvard e Smithsonian (CfA), Li Zeng. Uma grande equipe de colegas numerosos demais para listar também esteve envolvida no estudo.
Alguns dos 2.000 exoplanetas mencionados anteriormente têm densidades mais baixas que o gigante gasoso Netuno, que consiste em voláteis de baixa densidade, enquanto alguns têm densidades mais altas que a Terra, que consiste principalmente de rochas (cerca de 32% de ferro). Um novo estudo examinou exoplanetas em o sistema Kepler-107 para tentar entender como os planetas no mesmo sistema e com tamanhos semelhantes podem ter uma gama tão ampla de densidades.
A equipe se concentrou no sistema Kepler-107 porque ele contém quatro planetas do tamanho de um sub-Netuno: Kepler-107b, c, d e e. Os dois planetas mais internos, 107b e 107c, têm raios quase idênticos de 1,5 e 1,6 raios terrestres, mas 107c é mais que o dobro da densidade que 107b. Como esses gêmeos, que fazem parte de um sistema muito compacto de planetas, têm composições tão diferentes?
"Este é um dos muitos sistemas interessantes de exoplanetas que o telescópio espacial Kepler descobriu e caracterizou".
Li Zeng, Departamento de Ciências da Terra e Planetárias, Universidade de Harvard.
A resposta curta é que eles se formaram sob condições muito diferentes ou que algo dramático aconteceu após a formação para alterar suas densidades tão drasticamente.
Antes de Kepler, os astrônomos tinham apenas nosso próprio sistema solar. E em nosso Sistema, parece que Júpiter, Saturno, Urano e Netuno se formaram nos confins do disco protoplanetário, a partir de gelados e gases frios que compunham a maior parte do material no Sistema Solar externo. Nas áreas internas do jovem Sistema Solar, os planetas rochosos se formavam a partir de materiais que sobreviveram à radiação do Sol, como silicatos e ferro.
Mas a missão Kepler nos mostrou que o que pensamos como norma, ou seja, nosso próprio sistema solar, é apenas um caminho que os sistemas solares podem seguir. Kepler descobriu numerosos chamados "Júpiteres Quentes", mundos grandes e gasosos orbitando muito perto de suas próprias estrelas. Esses gigantes gasosos maciços não poderiam ter se formado tão perto de suas estrelas, porque os gases dos quais eles formaram não teriam sobrevivido tão próximo da estrela. Eles devem ter se formado mais longe e depois migrado.
Há evidências de que Júpiter se formou nos confins do nosso Sistema Solar e depois migrou para mais perto do Sol, antes de encontrar o caminho para sua órbita atual. Mas até onde sabemos, os planetas rochosos internos não migraram: eles se formaram no Sistema Solar interno e ficaram aqui.
O sistema Kepler 107 também nos mostra que os sistemas solares podem se formar de maneira diferente da nossa e que uma colisão catastrófica entre dois mundos pode alterar suas densidades.
Kepler 107b e 107c têm raios de 1,53 e 1,59 raios terrestres, períodos orbitais de 3,18 e 4,9 dias, mas densidades de 5,3 e 12,65 gramas por centímetro cúbico, respectivamente. O que pode explicar a enorme disparidade nas densidades? Se a radiação solar fosse responsável, fervendo os voláteis, os dois planetas não seriam submetidos a ela? Além disso, o planeta exterior tem a maior densidade, e não o interior.
A equipe de astrônomos argumenta que foi uma colisão catastrófica responsável pelas densidades díspares.
O que eles acham que aconteceu é que o Kepler 107c, o planeta externo e mais denso, sofreu uma colisão catastrófica que arrancou seu manto de silicato, deixando apenas o núcleo de ferro.
"Este é um dos muitos sistemas interessantes de exoplanetas que o telescópio espacial Kepler descobriu e caracterizou", disse Li Zeng, de Harvard. “Essa descoberta confirmou trabalhos teóricos anteriores, sugerindo que um impacto gigante entre planetas teve um papel durante a formação do planeta. Espera-se que a missão TESS encontre mais desses exemplos. ”
Colisões planetárias não são uma idéia nova. As evidências mostram que a Lua da Terra foi criada como resultado de uma colisão catastrófica entre a Terra e outro corpo chamado Theia. Esta nova pesquisa sugere que eles podem ser muito mais comuns do que se pensava.
Se interrupções catastróficas ocorrem com frequência em sistemas planetários, os astrônomos prevêem encontrar muitos outros exemplos como o Kepler-107, pois um número crescente de densidades de exoplanetas é determinado com mais precisão.
Fontes:
- Artigo: Um impacto gigante como a provável origem de gêmeos diferentes no sistema de exoplanetas Kepler-107
- Press Release: Colisão de exoplanetas
- Wikipedia: Kepler-107
- Cal-Tech: Júpiteres Quentes
- Wikipedia: Hot Jupiter
