Por que alguns exoplanetas estão encolhendo? Cientistas podem ter resposta

Alguns exoplanetas (planetas detectados fora do Sistema solar) parecem estar desaparecidos ou encolhendo em suas próprias atmosferas, segundo estudos mais recentes.

Mas uma pesquisa que utilizou o Telescópio Espacial Kepler, da Nasa (agência espacial americana), encontrou evidências de uma possível causa para esse fenômeno: os núcleos destes planetas estão se afastando das suas atmosferas de dentro para fora.

O estudo foi conduzido usando o Arquivo de Exoplanetas da Nasa, que é operado pela Caltech (Instituto de Tecnologia da Califórnia) em Pasadena sob contrato com a agência espacial como parte do Programa de Exploração de Exoplanetas, localizado no Laboratório de Propulsão a Jato (JPL) da Nasa no sul da Califórnia. JPL é uma divisão da Caltech.

Os exoplanetas vêm em uma variedade de tamanhos, desde planetas pequenos e rochosos até colossais gigantes gasosos. Um meio-termo são as super-Terras rochosas e os sub-Netunos maiores com atmosferas macias.

Mas há uma ausência notável – uma “lacuna de tamanho” – de planetas que têm entre 1,5 a 2 vezes o tamanho da Terra (ou entre super-Terras e sub-Netunos), nos quais os cientistas têm trabalhado para compreender melhor.

“Os astrônomos já confirmaram a detecção de mais de cinco mil exoplanetas, mas há menos planetas do que o esperado, com um diâmetro entre 1,5 e 2 vezes o da Terra”, disse a cientista pesquisadora do Caltech/IPAC Jessie Christiansen, líder científica do Arquivo de Exoplanetas da Nasa e autora principal do novo estudo, publicado no The Astronomical Journal.

Conheça os planetas do Sistema Solar

“Os cientistas de exoplanetas têm agora dados suficientes para dizer que esta lacuna não é um acaso. Há algo acontecendo que impede os planetas de atingir ou permanecer neste tamanho”, avalia.

Os investigadores acreditam que essa lacuna pode ser explicada pelo fato de alguns sub-Netunos terem perdido as suas atmosferas ao longo do tempo. Esta perda aconteceria se o planeta não tivesse massa suficiente e, portanto, força gravitacional, para manter a sua atmosfera.

Assim, os sub-Netunos que não sejam massivos o suficiente encolheriam para aproximadamente o tamanho das super-Terras, deixando uma lacuna entre os dois tamanhos de planetas.

Mas exatamente como é que estes planetas estão perdendo suas atmosferas permanece um mistério. Os cientistas avaliam dois mecanismos prováveis: um é chamado de perda de massa alimentada pelo núcleo; e o outro, de fotoevaporação. O estudo descobriu novas evidências que apoiam a primeira.

Mistério dos exoplanetas

Segundo a primeira teoria, a perda de massa alimentada pelo núcleo ocorre quando a radiação emitida pelo núcleo quente de um planeta empurra a sua atmosfera para longe do planeta ao longo do tempo, “e essa radiação empurra a atmosfera por baixo”, disse Christiansen.

A outra explicação para a lacuna planetária, a fotoevaporação, acontece quando a atmosfera de um planeta é essencialmente destruída pela radiação quente da sua estrela hospedeira. Neste cenário, “a radiação de alta energia da estrela age como um secador de cabelo sobre um cubo de gelo”, disse a pesquisadora.

Embora se pense que a fotoevaporação ocorre durante os primeiros 100 milhões de anos de um planeta, pensa-se que a perda de massa provocada pelo núcleo ocorre muito mais tarde – perto dos bilhões de anos de vida de um planeta.

Mas em qualquer um dos mecanismos, “se não tivermos massa suficiente, não conseguimos aguentar e perdemos a atmosfera e encolhemos”, acrescentou Jessie Christiansen.

Para este estudo, Chistiansen e os seus coautores usaram dados do K2 da NASA, uma missão alargada do Telescópio Espacial Kepler, para observar os aglomerados estelares Praesepe e Hyades, que têm entre 600 milhões e 800 milhões de anos de idade.

Como geralmente se pensa que os planetas têm a mesma idade da sua estrela hospedeira, os sub-Netunos neste sistema já teriam passado da idade em que a fotoevaporação poderia ter ocorrido, mas não o suficiente para terem experimentado perda de massa alimentada pelo núcleo.

Portanto, se a equipe percebesse que havia muitos sub-Neptunos em Praesepe e Hyades (em comparação com estrelas mais antigas em outros aglomerados), poderia concluir que a fotoevaporação não ocorreu. Nesse caso, a perda de massa alimentada pelo núcleo seria a explicação mais provável do que acontece com os sub-Netunos menos massivos ao longo do tempo.

Ao observar Praesepe e Hyades, os investigadores descobriram que quase 100% das estrelas nestes grupos ainda têm um planeta sub-Netuno ou um candidato a planeta na sua órbita. A julgar pelo tamanho destes planetas, os investigadores pensam que eles mantiveram as suas atmosferas.

Isto se difere das outras estrelas mais antigas observadas por K2 (estrelas com mais de 800 milhões de anos), das quais apenas 25% têm sub-Neptunos em órbita. A idade mais avançada destas estrelas está mais próxima do período de tempo em que se pensa que ocorre a perda de massa alimentada pelo núcleo.

A partir destas observações, a equipe concluiu que a fotoevaporação não poderia ter ocorrido em Praesepe e Hyades. Se tivesse acontecido, teria ocorrido centenas de milhões de anos antes, e estes planetas teriam pouca ou nenhuma atmosfera sobrando. Isto deixa a perda de massa alimentada pelo núcleo como a principal explicação para o que provavelmente acontece com as atmosferas destes planetas.

A equipe de Christiansen passou mais de cinco anos construindo o catálogo de candidatos a planetas necessário para o estudo. Mas a pesquisa está longe de estar completa, disse ela, e é possível que a compreensão atual da fotoevaporação e/ou perda de massa alimentada pelo núcleo possa evoluir.

As descobertas provavelmente serão postas à prova por estudos futuros antes que alguém possa declarar o mistério desta lacuna planetária resolvido de uma vez por todas.

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