Dimitris Stamatellos, Universidade de Central Lancashire
Um novo planeta começa sua vida em um círculo giratório de gás e poeira, um berço conhecido como um disco protostelar. Meus colegas e eu usamos simulações computacionais para mostrar que os recém-nascidos planetas gasosos nesses discos provavelmente têm formas surpreendentemente achatadas. Essa descoberta, publicada na Astronomy and Astrophysics Letters, poderia contribuir para a nossa compreensão de como exatamente os planetas se formam.
Observar protoplanetas que acabaram de se formar e ainda estão dentro de seus discos protostelares é extremamente difícil. Até agora, apenas três desses jovens protoplanetas foram observados, com dois deles no mesmo sistema, PDS 70.
Precisamos encontrar sistemas que sejam jovens e próximos o suficiente para que nossos telescópios consigam detectar a luz fraca do próprio planeta e distingui-la da do disco. Todo o processo de formação planetária dura apenas alguns milhões de anos, o que não passa de um piscar de olhos em escalas astrofísicas. Isso significa que precisamos ter sorte para pegá-los no ato de se formar.
Nosso grupo de pesquisa realizou simulações computacionais para determinar as propriedades de protoplanetas gasosos sob uma variedade de condições térmicas nos berços dos planetas.
"As simulações têm resolução suficiente para poder acompanhar a evolução de um protoplaneta no disco desde um estágio inicial, quando é apenas uma mera condensação dentro do disco. Tais simulações são computacionalmente exigentes e foram executadas no DiRAC, a instalação de supercomputação em astrofísica do Reino Unido.
Tipicamente, vários planetas se formam dentro de um disco. O estudo descobriu que os protoplanetas têm uma forma conhecida como esferoides oblato, como Smarties ou M&M’s, em vez de serem esféricos. Eles crescem ao atrair gás predominantemente através de seus pólos em vez de seus equadores.
Tecnicamente, os planetas em nosso Sistema Solar também são esferoides oblato, mas seu achatamento é pequeno. Saturno tem um achatamento de 10%, Júpiter 6%, enquanto a Terra meros 0,3%.
Em comparação, o achatamento típico dos protoplanetas é de 90%. Esse achatamento afetará as propriedades observadas dos protoplanetas, e precisa ser levado em conta ao interpretar observações.
Como os planetas começam
A teoria mais amplamente aceita para a formação de planetas é a de “acréscimo de núcleo”. De acordo com esse modelo, partículas de poeira minúsculas menores que areia colidem entre si, se agrupam e crescem progressivamente em corpos cada vez maiores. Isso é efetivamente o que acontece com a poeira embaixo da sua cama quando não é limpa.
Uma vez que um núcleo de poeira com massa suficiente se forma, ele atrai gás do disco para formar um planeta gasoso gigante. Essa abordagem de baixo para cima levaria alguns milhões de anos.
A abordagem oposta, de cima para baixo, é a teoria da instabilidade do disco. Nesse modelo, os discos protostelares que cercam estrelas jovens são gravitacionalmente instáveis. Em outras palavras, eles são muito pesados para serem mantidos e, portanto, se fragmentam em pedaços, que evoluem para planetas.
A teoria do acréscimo de núcleo existe há muito tempo e pode explicar muitos aspectos de como nosso Sistema Solar se formou. No entanto, a instabilidade do disco pode explicar melhor alguns dos sistemas exoplanetários que descobrimos nas últimas décadas, como aqueles onde um planeta gasoso gigante orbita muito, muito longe de sua estrela hospedeira.
O apelo dessa teoria é que a formação planetária acontece muito rapidamente, dentro de alguns milhares de anos, o que é consistente com observações que sugerem que planetas existem em discos muito jovens.
Nosso estudo se concentrou em planetas gasosos gigantes formados via o modelo de instabilidade do disco. Eles são achatados porque se formam a partir da compressão de uma estrutura já plana, o disco protostelar, mas também por causa de como eles giram.
Nenhum Planeta Terra plano
Embora esses protoplanetas como um todo sejam muito achatados, seus núcleos, que eventualmente evoluirão para planetas gasosos gigantes como os conhecemos, são menos achatados – apenas cerca de 20%. Isso é apenas duas vezes o achatamento de Saturno. Com o tempo, espera-se que eles se tornem mais esféricos.
Os planet as rochosos, como Terra e Marte, não podem se formar através da instabilidade do disco. Acredita-se que eles se formem reunindo lentamente partículas de poeira para seixos, rochas, objetos do tamanho de quilômetros e eventualmente planetas. Eles são muito densos para serem significativamente achatados mesmo quando recém-nascidos. Não há possibilidade de que a Terra fosse tão achatada em um grau tão alto quando era jovem.
Mas nosso estudo apoia um papel para a instabilidade do disco no caso de alguns mundos em alguns sistemas planetários.
Agora estamos passando da era das descobertas de exoplanetas para a era da caracterização de exoplanetas. Muitos novos observatórios estão prestes a se tornarem operacionais. Estes ajudarão a descobrir mais protoplanetas embutidos em seus discos. As previsões de modelos computacionais também estão se tornando mais sofisticadas.
A comparação entre esses modelos teóricos e observações está nos aproximando cada vez mais de entender as origens de nosso Sistema Solar.
Dimitris Stamatellos, Professor Associado em Astrofísica, Universidade de Central Lancashire
Este artigo foi republicado do The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.
