Com 40 vezes a massa da Terra, novo planeta é o maior mundo rochoso conhecido

Possivelmente o núcleo de um gigante gasoso fracassado, o incomum objeto desafia teorias da formação de planetas defendidas por astrônomos.

Wednesday, July 1, 2020,
Por Nadia Drake
O planeta TOI-849b possui quase a mesma largura de Netuno, mas é um mundo rochoso incrivelmente ...

O planeta TOI-849b possui quase a mesma largura de Netuno, mas é um mundo rochoso incrivelmente denso que orbita sua estrela-mãe de perto.

Foto de Illustration by Mark Garlick, University of Warwick

A cerca de 730 anos-luz, não muito longe para os padrões de nossa galáxia, um planeta extraordinário orbita uma estrela parecida com o Sol. Grande, denso e firmemente preso à sua estrela anfitriã, o planeta é diferente de tudo já visto pelos astrônomos — em nosso próprio Sistema Solar ou além dele.

O mundo tórrido conhecido como TOI-849b é o planeta rochoso de maior massa já observado, apresentando até 40 vezes mais materiais comprimidos em seu interior do que a Terra. Surpreendentemente, o enorme volume do TOI-849b sugere que ele deveria ser um gigante gasoso como Júpiter, apesar de praticamente não possuir atmosfera. A explicação sobre a origem desse planeta refuta as teorias de formação dos planetas desenvolvidas pelos cientistas.

“É muito difícil o surgimento de um planeta tão denso e tão grande quanto o TOI-849b sem que ele se torne um gigante gasoso”, escreveu por e-mail David Armstrong, pesquisador de exoplanetas da Universidade de Warwick e autor principal de um estudo que descreve o novo planeta publicado hoje no periódico Nature, “Algo no processo normal deu errado.” Armstrong e seus colegas acreditam que o planeta seja o núcleo exposto e desprovido de ar de um planeta gigante que deveria ser maior do que Júpiter.

“Esse é um dos objetos celestes que testam os limites das teorias e tornam tão interessante o estudo dos exoplanetas e da ciência planetária”, afirma Ravit Helled, coautor do estudo, da Universidade de Zurique.

“É bastante curioso!”, acrescenta Jonathan Fortney, diretor do Laboratório de Outros Planetas da Universidade da Califórnia em Santa Cruz, que não participou das observações. “Mas não sei ao certo quais são as repercussões disso.”

Um esquisito entre gigantes

Durante a última década, os caçadores de planetas localizaram milhares de planetas distantes entre os campos estelares da galáxia. A maioria é definitivamente pouco familiar, enquadrando-se em categorias como “Júpiteres quentes” — planetas grandes e gasosos em órbitas estreitas — ou “superterras”, planetas rochosos maiores do que o nosso, mas menores do que Netuno. O TOI-849b, no entanto, desafia a classificação.

O planeta foi avistado pelo telescópio espacial de busca de planetas da Nasa, o TESS (Satélite de Pesquisa de Exoplanetas em Trânsito, na sigla em inglês), que conduz pesquisas nas 200 mil estrelas mais brilhantes e mais próximas de nós. O planeta revelou sua existência ao passar na frente de sua estrela e, com isso, escurecer brevemente uma quantidade ínfima da luz emitida por ela. Essas movimentações passageiras e sombreadas indicaram que o planeta alienígena circula sua estrela a cada 18 horas, o que significa que a temperatura de sua superfície é de aproximadamente 1540°C.

As observações do TESS também demonstraram que o planeta possui aproximadamente 3,4 vezes a largura da Terra ou 85% da largura de Netuno: tornando-o um planeta de tamanho incomum diante da estreita proximidade com sua estrela. Até agora, os astrônomos observaram principalmente Júpiteres quentes ou superterras muito menores em órbitas bastante estreitas, e não havia nada na região chamada de deserto netuniano.

“De fato não existem planetas com essa massa nessa região”, afirma Fortney. O TOI-849b possui o raio exato para ser um Netuno quente, porém sua massa é entre duas e três vezes maior.

Outras observações da oscilação gravitacional da estrela anfitriã, feitas com o instrumento HARPS, no Observatório La Silla, no Chile, determinaram que, embora o TOI-849b possua a largura aproximada de Netuno, ele apresenta no mínimo o dobro de sua massa. Todo esse volume implica que o TOI-849b é extremamente denso. O planeta rochoso pode ter uma camada delgada de atmosfera, provavelmente composta de hidrogênio e hélio — mas não tanto gás quanto um planeta dessa dimensão normalmente teria.

“Acreditamos que ele tenha uma mistura de metais, silicatos, água e possivelmente uma atmosfera (muito) pequena”, afirma Helled.

Uma relíquia do passado distante?

As propriedades peculiares do planeta sugerem a Armstrong e seus colegas que o planeta misterioso seja provavelmente o núcleo de um gigante gasoso — algo que deveria ter desenvolvido uma massa maior do que a de Júpiter. Os gigantes gasosos em nosso Sistema Solar provavelmente possuem núcleos densos de rochas e materiais exóticos, embora não se acredite que nenhum dos núcleos seja tão denso quanto o do TOI-849b.

“Nossas melhores estimativas da massa dessa parte do núcleo de Júpiter são surpreendentemente incertas”, admite Armstrong. “Mas alguns estudos recentes sugeriram um limite máximo aproximado de 25 vezes a massa da Terra. O TOI-849b possui uma massa ainda maior do que essa estimativa.”

As teorias atuais da formação de planetas descrevem que os planetas se desenvolveriam a partir de pequenas sementes de rocha e gelo plantadas em discos giratórios de gás e poeira ao redor de estrelas recém-nascidas. Alguns planetas, como a Terra, acumularam uma quantidade limitada de materiais e permaneceram pequenos, ao passo que outros reuniram gases e se expandiram em mundos inflados com atmosferas gigantescas, como Júpiter e Saturno.

Armstrong explica que, quando um planeta alcança aproximadamente 10 vezes a massa terrestre, ele inicia um processo chamado acúmulo descontrolado de gases e a gravidade do planeta atrai rapidamente o hidrogênio e o hélio ao redor. Uma semente com 40 massas terrestres deveria, muito provavelmente, acumular uma quantidade absolutamente surpreendente de gás — mas essa hipótese não condiz com a aparência atual do TOI-849b.

“Já é possível afirmar que planetas como o TOI-849b são raros, mas existem mesmo assim, e agora é preciso descobrir como e por que se formam”, afirma Helled.

Uma possibilidade é que o TOI-849b tenha criado uma região sem gás ao redor de sua estrela e, assim, tenha ficado sem material para extrair e tenha interrompido o processo. Outra possibilidade é que o TOI-849b seja a estrutura remanescente de um planeta anteriormente imenso que perdeu de alguma forma sua atmosfera, talvez por causa de sua proximidade com a estrela — embora, se esse for o caso, os cientistas planetários não saibam como o planeta poderia ter eliminado a quantidade de várias centenas de massas terrestres em gás ao longo de alguns bilhões de anos.

Um terceiro cenário é que cataclismos durante os primeiros anos do planeta — como colisões com outras sementes planetárias de dimensão semelhante — expandiram o núcleo rochoso do planeta e removeram sua atmosfera.

“Acho que o principal vestígio é que o TOI-849b está na região do deserto netuniano, o que é indício de uma história rara e sugere, para mim, um caminho bastante peculiar”, afirma Armstrong.

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