p Jovens planetas gigantes nascem do gás e da poeira. Pesquisadores da ETH Zürich e das Universidades de Zurique e Berna simularam diferentes cenários contando com o poder de computação do Centro Nacional de Supercomputação da Suíça (CSCS) para descobrir como eles se formam e evoluem exatamente. Eles compararam seus resultados com observações e foram capazes de mostrar, entre outros, uma grande diferença entre os mecanismos de formação postulados. p Os astrônomos elaboraram duas teorias explicando como planetas gigantes gasosos como Júpiter ou Saturno poderiam nascer. Um mecanismo de formação de baixo para cima afirma que primeiro, um núcleo sólido é agregado com aproximadamente dez vezes o tamanho da Terra. "Então, este núcleo é massivo o suficiente para atrair uma quantidade significativa de gás e mantê-lo, "explica Judit Szulágyi, pós-doutorado na ETH Zürich e membro do Swiss NCCR PlanetS. A segunda teoria é um cenário de formação de cima para baixo:aqui, o disco gasoso em torno da jovem estrela é tão massivo, que devido à autogravidade do pó de gás, braços espirais estão se formando com aglomerados dentro. Então, esses aglomerados colapsam por meio de sua própria gravidade diretamente em um planeta gasoso, semelhante à forma como as estrelas se formam. O primeiro mecanismo é chamado de "acréscimo de núcleo, "o segundo" instabilidade do disco. "Em ambos os casos, um disco se forma em torno dos gigantes gasosos, chamado de disco circunplanetário, que servirá como um ninho de nascimento para a formação de satélites.

p Para descobrir qual mecanismo realmente ocorre no Universo, Judit Szulágyi e Lucio Mayer, Professor da Universidade de Zurique, simulou os cenários no supercomputador Piz Daint no Swiss National Supercomputing Center (CSCS) em Lugano. "Levamos nossas simulações ao limite em termos de complexidade da física adicionada aos modelos, "explica Judit Szulágyi:" E alcançamos uma resolução mais alta do que qualquer um antes. "

p Em seus estudos publicados no Avisos mensais da Royal Astronomical Society , os pesquisadores encontraram uma grande diferença entre os dois mecanismos de formação:no cenário de instabilidade do disco, o gás nas proximidades do planeta permaneceu muito frio, cerca de 50 Kelvins, enquanto no caso de acreção central, o disco circunplanetário foi aquecido a várias centenas de Kelvin. "As simulações de instabilidade de disco são as primeiras que podem resolver o disco circunplanetário em torno de vários protoplanetas, usando dezenas de milhões de elementos de resolução no domínio computacional. Exploramos o Piz Daint para acelerar os cálculos usando unidades de processamento gráfico (GPUs), "acrescenta Mayer.

p Essa enorme diferença de temperatura é facilmente observável. "Quando os astrônomos olham para os novos sistemas planetários em formação, apenas medir as temperaturas nas proximidades do planeta será o suficiente para dizer qual mecanismo de formação construiu o planeta em questão, "explica Judit Szulágyi. Uma primeira comparação dos dados calculados e observados parece favorecer a teoria de acreção do núcleo. Outra diferença que era esperada não aparecia na simulação de computador. Antes, a astrofísica pensou que o disco circunplanetário difere significativamente em massa nos dois cenários de formação. “Mostramos que isso não é verdade, "diz o membro do PlanetS.

p Frente de choque luminoso detectado

p Em relação ao tamanho do planeta recém-nascido, observações podem ser enganosas, pois o astrofísico descobriu em um segundo estudo junto com Christoph Mordasini, Professor da Universidade de Berna. No modelo de acreção do núcleo, os pesquisadores observaram mais de perto o disco em torno de planetas com massas três a dez vezes maiores que as de Júpiter. As simulações de computador mostraram que o gás que cai de fora no disco aquece e cria uma frente de choque muito luminosa na camada superior do disco. Isso altera significativamente a aparência observacional dos jovens, formando planetas.

p "Quando vemos um ponto luminoso dentro de um disco circunplanetário, não podemos ter certeza se vemos a luminosidade do planeta, ou também a luminosidade do disco circundante, "diz Judit Szulágyi. Isso pode levar a uma superestimativa da massa do planeta em até quatro vezes." Então, talvez um planeta observado tenha apenas a mesma massa de Saturno em vez de algumas massas de Júpiter, "conclui o cientista.

p Em suas simulações, os astrofísicos imitaram os processos de formação usando as leis físicas básicas, como a gravidade ou as equações hidrodinâmicas do gás. Por causa da complexidade dos modelos físicos, as simulações consumiam muito tempo, até mesmo no supercomputador mais rápido da Europa no CSCS:"Na ordem de nove meses de tempo de execução em centenas a vários milhares de núcleos de computação" estima Judit Szulágyi:"Isso significa que em um núcleo de computação teria demorado mais do que toda a minha vida."

p No entanto, ainda existem desafios pela frente. Simulações de instabilidade de disco ainda não cobrem uma longa escala de tempo. É possível que depois que o protoplaneta tenha colapsado na densidade de Júpiter, seu disco aqueça mais como no acúmulo de núcleo. Da mesma forma, o gás mais quente encontrado no caso de acreção do núcleo seria parcialmente ionizado, um ambiente favorável para efeitos de campos magnéticos, completamente negligenciado até agora. Rodar simulações ainda mais caras com uma descrição mais rica da física será o próximo passo.