Planeta em órbita de estrela morta fornece pistas sobre o destino do Sistema Solar

Do tamanho de Júpiter, o planeta escapou por pouco da destruição durante a expansão de sua estrela, em seus últimos momentos de vida — exatamente como deverá acontecer com o nosso Sol em cerca de cinco bilhões de anos.

Publicado 25 de out. de 2021 07:00 BRT
Debris

Um planeta gasoso gigante foi recentemente descoberto orbitando uma estrela anã branca, fornecendo indícios de como seria o nosso Sistema Solar no futuro depois que o Sol se expandir e se transformar em uma gigante vermelha, destruindo a maioria dos planetas a sua volta.

Foto de Illustration by Adam Makarenko, W. M. Keck Observatory

Talvez o planeta mais sortudo da Via Láctea esteja localizado a cerca de 6,5 mil anos-luz de distância, no centro de nossa galáxia: um mundo grande e gasoso que por pouco não foi exterminado pelo processo de morte de sua estrela.

Astrônomos avistaram o sistema, descrito na revista científica Nature, quando o planeta e sua estrela distorceram a luz da estrela ao fundo. O distante e afortunado planeta, que possui o tamanho de Júpiter, orbita um minúsculo cadáver estelar — uma estrela anã branca fraca do tamanho da Terra, que já foi muito parecida com o Sol. Conforme a estrela envelheceu, ela se expandiu e se transformou em uma gigante vermelha antes de entrar em colapso e virar uma densa anã branca — um processo que pode facilmente destruir planetas em órbita.

“Esse planeta poderia ter sido facilmente destruído”, afirma Juliette Becker do Caltech, que não participou da identificação. “Provavelmente, escapou da destruição por muito pouco.”

Se o planeta estivesse localizado um pouco mais perto de sua estrela, poderia ter enfrentado graves consequências, como ser consumido pelo fogo ou totalmente fragmentado. Esse provavelmente será o destino da Terra quando o Sol em sua fase final se transformar em uma estrela gigante vermelha. Os cientistas acreditam que esse sistema planetário longínquo possa ser semelhante ao nosso Sistema Solar no futuro, depois que o Sol for reduzido à brasa.

“Este sistema é muito semelhante ao que prevemos para o nosso Sistema Solar em seu estágio final”, comenta o autor do estudo, David Bennett, do Goddard Space Flight Center da Nasa.

O sistema também ajuda os cientistas a entender com que frequência os planetas conseguem sobreviver à morte violenta de suas estrelas. Se for constatado que planetas intactos orbitando anãs brancas são comuns, então há “mais planetas lá fora do que pensávamos”, diz o astrônomo Scott Gaudi, da Universidade Estadual de Ohio.

“Isso significa que provavelmente o número de planetas na nossa galáxia foi subestimado até o momento”, afirma ele. “No campo dos exoplanetas, há uma piada que diz que a cada rocha que viramos, encontramos um novo planeta.”

Saindo de cena com estilo

Conforme as estrelas envelhecem, elas ficam sem hidrogênio para alimentar suas fornalhas nucleares, desencadeando uma sequência de eventos que pode ser extremamente perigosa para qualquer planeta em órbita. Em cerca de cinco bilhões de anos, isso acontecerá com o Sol, e quando esse dia chegar, a Terra estará em apuros.

O Sol, que ficará sem hidrogênio, gradualmente se transformará em uma estrela gigante vermelha. À medida que se expande, irá engolir e queimar Mercúrio e depois Vênus. A Terra, se escapar do fogo, quase certamente será dilacerada pela gravidade da estrela. Marte provavelmente está longe o suficiente para sobreviver. No Sistema Solar externo, os quatro planetas gigantes serão deslocados, provavelmente para órbitas mais distantes — embora, em alguns casos excepcionais, eles possam ser totalmente expulsos do Sistema Solar ou até mesmo arremessados ao Sol.

“Conforme uma estrela evolui, muitas coisas estranhas podem acontecer aos planetas daquele sistema”, explica Becker. “O processo é bastante violento, especialmente para planetas na parte interna do sistema.”

Cerca de um bilhão de anos depois de se expandir em uma gigante vermelha, o Sol entrará em colapso e se transformará em um corpo estelar denso — uma estrela anã branca com cerca de metade de sua massa original, espremida em uma esfera do tamanho da Terra. Esse processo também pode causar danos a planetas próximos. Se algum planeta for poupado, se encontrará em uma vizinhança totalmente diferente. E mesmo se os quatro planetas gigantes sobreviverem, é bem provável que todos se percam ao longo de bilhões de anos em encontros com estrelas em movimento.

Sobrevivendo ao inferno

Embora os astrônomos suspeitem que os planetas possam sobreviver às mortes caóticas de suas estrelas hospedeiras, eles não encontraram muitos exemplos de planetas que tenham sobrevivido aos caos. O sistema recém-descrito foi avistado pela primeira vez em 2010 por cientistas envolvidos na iniciativa colaborativa Microlensing Observations in Astrophysics, quando o planeta sobrevivente e sua estrela anã branca passaram diretamente na frente de uma estrela mais distante ao fundo.

Esse alinhamento permitiu que a gravidade da dupla ampliasse e distorcesse a luz da estrela distante, produzindo o que os astrônomos chamam de evento de microlente. Até agora, a técnica de microlente revelou a presença de cerca de 90 mundos, incluindo alguns planetas flutuantes, ou mundos invasores que escaparam de suas estrelas natais e vagam pela galáxia sozinhos.

A forma precisa como o planeta gigante e a anã branca distorceram a luz da estrela de fundo revelou diversas características importantes do sistema, incluindo seu movimento no céu, a presença de uma estrela e de um planeta, e a longa órbita do planeta. As observações também ajudaram os astrônomos a calcular as massas relativas dos dois objetos. Batizado de MOA-2010-BLG-477Lb, o sistema intrigou os astrônomos, mas eles teriam que esperar alguns anos para tentar observá-lo mais de perto.

“É difícil distinguir a estrela no primeiro plano da estrela ao fundo quando o evento [microlente] ocorre, pois elas precisam estar exatamente uma sobre a outra”, explica Bennett. “Então, esperamos até que se separem.”

Em 2015, Bennett e seus colegas utilizaram o poderoso telescópio Keck-II instalado no topo do monte Mauna Kea, no Havaí, para procurar pela estrela. Eles sabiam a distância que o sistema deveria ter percorrido nesses cinco anos, então direcionaram Keck para o alvo, olharam na escuridão e não encontraram nada que se parecesse com a estrela que procuravam — apenas uma estrela diferente, movendo-se na direção errada.

A equipe repetiu as observações em 2016 e, novamente, em 2018, e não obtiveram sucesso em nenhuma das vezes. Mas sabiam que o sistema tinha que estar lá, baseado na distorção da luz da estrela. Segundo Bennett e seus colegas, não foi possível avistar o alvo porque ele era tão fraco que nem mesmo Keck conseguia detectá-lo.

“Sabíamos que deveria ser uma estrela escura com um pouco menos de massa do que o Sol, e anãs brancas são a escolha óbvia”, afirma Bennett.

Depois de fazer mais alguns cálculos, a equipe concluiu que o sistema envolvia um mundo com a massa de Júpiter e uma estrela anã branca com cerca de metade da massa do Sol. A órbita do planeta o leva pelo menos 2,8 vezes mais longe de sua estrela do que a Terra em relação ao Sol, colocando-o aproximadamente no mesmo lugar que o cinturão de asteroides do nosso Sistema Solar.

“Este planeta está onde esperamos que planetas gigantes se formem”, diz Gaudi. “E isso mostra que esses planetas análogos a Júpiter conseguem sobreviver à evolução de uma estrela semelhante ao Sol.”

De alguma forma, o mundo gigantesco cresceu e ficou no lugar certo para evitar as consequências letais da transformação de sua estrela — uma distância que depende não apenas da estrela moribunda, mas das características do planeta e dos movimentos de quaisquer irmãos que ele possa ter.

Procurando por mais planetas ao redor de anãs brancas

Astrônomos já encontraram evidências de planetas orbitando anãs brancas antes, mas nenhuma dessas descobertas é como a atual. Em 2019, uma equipe internacional de astrônomos avistou um anel de destroços gasosos ao redor de uma anã branca e presumiu que um pequeno e denso remanescente planetário poderia fazer parte dos destroços — um mundo destruído que pode servir de exemplo ao que acontecerá com a Terra. Diversos outros discos de destroços também foram identificados, considerados restos fragmentados de planetas e asteroides sem sorte.

No ano passado, outra equipe que utilizava o instrumento TESS da Nasa para procurar exoplanetas identificou um candidato a planeta — um mundo gigante — que orbitava uma anã branca em apenas 34 horas. Esse planeta está tão perto de sua estrela hospedeira que “definitivamente teria sido engolido durante a fase de gigante vermelha”, diz Becker. “O que significa que teve que migrar para sua localização após a estrela ter se transformado em uma anã branca.”

E nas últimas duas décadas, os cientistas observaram vestígios de elementos químicos na face de estrelas anãs brancas — que são as migalhas de mundos rochosos triturados.

Todas essas observações, além do sistema recém-descoberto, sugerem que alguns planetas conseguem sobreviver às transformações evolutivas de suas estrelas hospedeiras — pelo menos por um tempo. Mas os processos que determinam se um planeta sobreviverá ou não ainda são confusos.

O Telescópio Espacial Nancy Grace Roman da Nasa, com lançamento previsto para meados da década de 2020, deve revelar diversos planetas orbitando anãs brancas. E conforme os astrônomos localizam mais planetas circundando esses corpos estelares, aprenderão mais sobre como o fim da vida de uma estrela altera a arquitetura dos sistemas planetários, permitindo-nos contemplar o futuro do nosso Sistema Solar.

“O sistema recém-descoberto pode inclusive ter outros planetas orbitando a anã branca”, comenta Bennett. Ao passo que nosso próprio planeta não sobreviverá à morte dramática do Sol — pelo menos não em um estado reconhecível — talvez outros mundos sobrevivam e o Sistema Solar continue a existir, mesmo que transformado.

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