Sistema Solar invertido que não deveria existir é encontrado

Um sistema exoplanetário a cerca de 116 anos-luz da Terra pode mudar completamente a forma como os planetas se formam, de acordo com pesquisadores que o descobriram usando telescópios da Nasa e da Agência Espacial Europeia (ESA).

Quatro planetas orbitam LHS 1903 — uma estrela anã vermelha, o tipo mais comum de estrela no Universo — e estão dispostos em uma sequência peculiar. O planeta mais interno é rochoso, enquanto os dois seguintes são gasosos e, inesperadamente, o planeta mais externo também é rochoso.

Essa configuração contradiz um padrão comumente observado em toda a galáxia e em nosso próprio Sistema Solar, onde os planetas rochosos (Mercúrio, Vênus, Terra e Marte) orbitam mais perto do Sol e os gasosos (Júpiter, Saturno, Urano e Netuno) estão mais distantes.

Os astrônomos suspeitam que esse padrão comum surge porque os planetas se formam dentro de um disco de gás e poeira ao redor de uma estrela jovem, onde as temperaturas são muito mais altas perto do corpo celeste. Nessas regiões internas, compostos voláteis como água e dióxido de carbono são vaporizados, enquanto apenas materiais que podem suportar calor extremo — como ferro e minerais formadores de rochas — conseguem se aglomerar em grãos sólidos. Os planetas que se formam ali são, portanto, principalmente rochosos.

Mais distante da estrela, além do que os cientistas chamam de "linha de gelo", as temperaturas são baixas o suficiente para que a água e outros compostos se condensem em gelo sólido — um processo que permite que os núcleos planetários cresçam rapidamente. Quando um planeta em formação atinge cerca de 10 vezes a massa da Terra, sua gravidade é forte o suficiente para atrair grandes quantidades de hidrogênio e hélio e, em alguns casos, esse crescimento descontrolado produz um planeta gigante gasoso como Júpiter ou Saturno.

“O paradigma da formação de planetas é que temos planetas rochosos internos muito próximos das estrelas, como em nosso Sistema Solar”, disse Thomas Wilson, professor assistente do departamento de física da Universidade de Warwick, na Inglaterra, e primeiro autor de um estudo sobre a descoberta, publicado na quinta-feira na revista Science. “Esta é a primeira vez que temos um planeta rochoso tão distante de sua estrela hospedeira, e depois desses planetas ricos em gás.”

O planeta rochoso inesperado, chamado LHS 1903 e, tem um raio cerca de 1,7 vezes maior que o da Terra, o que o torna o que os astrônomos chamam de "Super-Terra" — uma versão maior do nosso planeta com densidade e composição semelhantes. Mas por que ele está lá, desafiando a lógica e as observações anteriores?

“Acreditamos que esses planetas se formaram em ambientes muito diferentes uns dos outros, e isso é o que torna esse sistema único”, disse Wilson. “Este planeta externo, que é mais rochoso em comparação com os dois planetas do meio, não deveria ter existido, com base na teoria padrão de formação. Mas o que acreditamos que aconteceu é que ele se formou mais tarde do que os outros planetas.”

Formação "com depleção de gás"

O sistema planetário foi descoberto inicialmente pelo Satélite de Pesquisa de Exoplanetas em Trânsito (TESS), um telescópio espacial da Nasa lançado em 2018 para descobrir novos exoplanetas. Em seguida, o sistema foi analisado pelo Satélite de Caracterização de Exoplanetas (CHEOPS) da ESA, lançado em 2019 para estudar estrelas já conhecidas por abrigarem exoplanetas. Os pesquisadores também utilizaram dados de outros telescópios ao redor do mundo, resultando em uma ampla colaboração internacional.

Após confirmarem a descoberta peculiar de um sistema planetário "invertido", os cientistas testaram algumas hipóteses para explicar a presença do planeta rochoso mais externo, na esperança de compreender se ele poderia ter se formado por meio de uma colisão entre outros planetas ou se poderia ser o remanescente de um planeta rico em gás que perdeu sua camada externa.

“Realizamos muitas análises dinâmicas neste estudo, basicamente lançando esses planetas uns contra os outros e lançando outros planetas contra esses planetas, para ver se seria possível remover a atmosfera, se seria possível criar esses planetas por meio de impactos”, disse Wilson, referindo-se a dois possíveis processos de formação. “Mas não podemos criar esses planetas dessa maneira.”

Após descartarem essas possibilidades, os pesquisadores chegaram ao que Wilson chama de mecanismo de formação "com escassez de gás", no qual os planetas se formaram um após o outro e na ordem inversa à do nosso próprio Sistema Solar, começando pelo planeta mais interno e seguindo para o mais externo.

“Esse mecanismo de formação, em que se começa com o planeta mais interno e depois se afasta da estrela hospedeira, significa que o planeta mais externo se formou milhões de anos depois do mais interno”, disse Wilson. “E como se formou mais tarde, na verdade não havia muito gás e poeira no disco para formar esse planeta.”

Em nosso Sistema Solar, os gigantes gasosos se formaram primeiro e rapidamente, seguidos pelos quatro planetas rochosos internos. Existem também corpos rochosos além da órbita de Netuno, como Plutão, mas, em comparação com LHS 1903 e, segundo Wilson, eles são muito menores, ricos em gelo e provavelmente se formaram muito mais tarde do que os outros planetas do sistema solar, como resultado de colisões.

A descoberta pode oferecer "algumas das primeiras evidências para mudar a forma como os planetas se formam ao redor das estrelas mais comuns em nossa galáxia", de acordo com Sara Seager, professora de ciência planetária e física do Instituto de Tecnologia de Massachusetts e coautora do estudo.

No entanto, ela acrescentou que o estudo se concentra em uma interpretação complexa, portanto o debate permanece em aberto. "Mesmo em uma área em desenvolvimento, novas descobertas podem nos lembrar que ainda temos um longo caminho a percorrer para entender como os sistemas planetários são construídos", disse ela em um e-mail.

Uma questão em debate

Segundo Heather Knutson, professora de ciência planetária do Instituto de Tecnologia da Califórnia, que não participou do estudo, LHS 1903 é um sistema planetário intrigante que pode ensinar muito aos cientistas sobre como pequenos planetas se formam e evoluem. "O planeta e é particularmente intrigante, pois pode potencialmente abrigar muitos tipos diferentes de atmosferas e pode ser frio o suficiente para que a água se condense", disse ela em um e-mail. "Este seria um planeta fascinante para observar com o Telescópio Espacial James Webb, que poderia nos dizer mais sobre suas propriedades atmosféricas."

Segundo Ana Glidden, pesquisadora de pós-doutorado no Instituto Kavli de Astrofísica e Pesquisa Espacial do MIT, o sistema de quatro planetas LHS 1903 pode servir como um laboratório natural para estudar como pequenos planetas se formam ao redor de uma estrela diferente do nosso Sol. Ela também não participou da pesquisa.

“Os autores concluem, de forma razoável, que o planeta mais externo provavelmente se formou em uma região com pouco gás, em vez de perder sua atmosfera por meio de uma colisão violenta”, escreveu Glidden em um e-mail, acrescentando que observações futuras poderão permitir que os cientistas investiguem suas atmosferas e compreendam melhor como diferentes tipos de planetas se formam e evoluem.

A hipótese de formação descrita no artigo é empolgante, mas a formação de planetas é um processo complexo que os cientistas ainda estão tentando entender, alertou Néstor Espinoza, astrônomo do Instituto de Ciência do Telescópio Espacial em Baltimore, que não participou do estudo.

A forma como os planetas se formam ao redor de estrelas pequenas como a LHS 1903 é agora um tema de debate, acrescentou Espinoza em um e-mail. "Este sistema adiciona um dado muito interessante que fará com que os modelos de formação planetária tentem explicá-lo nos próximos anos — e tenho certeza de que aprenderemos algo novo sobre o processo de formação planetária quando eles forem comparados entre si!"

Com informações da CNN Brasil