Estudo revela mecanismos de escape hidrodinâmico em exoplanetas de baixa massa

Vários mecanismos de condução que afetam os escapes hidrodinâmicos em exoplanetas de baixa massa. Crédito:Academia Chinesa de Ciências/Guo Jianheng.

Um estudo publicado na Nature Astronomy e conduzido por Guo Jianheng dos Observatórios de Yunnan da Academia Chinesa de Ciências oferece uma perspectiva sobre os violentos processos de escape atmosférico de exoplanetas de baixa massa, especificamente um processo conhecido como escape hidrodinâmico.

Revela vários mecanismos de condução que afetam os escapes hidrodinâmicos e propõe um novo método de classificação para compreender esses processos de escape.

Os exoplanetas, que se referem a planetas fora do nosso sistema solar, são um assunto popular na pesquisa astronômica. As atmosferas desses planetas podem sair do planeta e entrar no espaço por vários motivos. Uma dessas razões é o escape hidrodinâmico, que é o processo em que a alta atmosfera deixa o planeta como um todo. Este processo é muito mais intenso do que o comportamento de fuga das partículas observado nos planetas do sistema solar.

O escape atmosférico hidrodinâmico pode ter acontecido nos estágios iniciais dos planetas do sistema solar. Se a Terra tivesse perdido toda a sua atmosfera através do escape hidrodinâmico naquela época, poderia ter se tornado tão desolada quanto Marte. Agora, essa fuga intensa não acontece mais em planetas como a Terra. No entanto, telescópios espaciais e terrestres observaram que o escape hidrodinâmico ainda ocorre em alguns exoplanetas que estão muito próximos das suas estrelas hospedeiras. Este processo não só altera a massa do planeta, mas também afecta o clima e a habitabilidade do planeta.

Neste estudo, Guo Jianheng descobriu que o escape atmosférico hidrodinâmico de exoplanetas de baixa massa poderia ser impulsionado isoladamente ou em conjunto pela energia interna do planeta, pelo trabalho realizado pelas forças de maré da estrela ou pelo aquecimento pela radiação ultravioleta extrema da estrela.

Antes deste estudo, os investigadores tinham que confiar em modelos complexos para descobrir qual o mecanismo físico que provocava a fuga de fluido num planeta, e as conclusões eram muitas vezes obscuras. Este estudo propôs que apenas utilizando os parâmetros físicos básicos da estrela e do planeta, como massa, raio e distância orbital, pode-se classificar os mecanismos de escape hidrodinâmico de planetas de baixa massa.

Em planetas com massa baixa e raio grande, energia interna suficiente ou alta temperatura podem levar ao escape atmosférico. Este estudo mostrou que o uso do clássico parâmetro de Jeans, uma relação entre a energia interna do planeta e a energia potencial, pode determinar se a referida fuga ocorre.

Para planetas onde a energia interna não pode conduzir à fuga atmosférica, Guo Jianheng definiu um parâmetro Jeans atualizado, introduzindo forças de maré das estrelas. Com o parâmetro Jeans atualizado, os papéis das forças de maré da estrela e da radiação ultravioleta extrema na condução do escape atmosférico podem ser distinguidos com facilidade e precisão.

Além disso, este estudo revelou que planetas com alto potencial gravitacional e baixa radiação estelar têm maior probabilidade de experimentar um escape atmosférico hidrodinâmico lento; caso contrário, o planeta sofrerá principalmente um rápido escape de fluidos.

As descobertas deste estudo elucidam como a atmosfera de um planeta evolui ao longo do tempo, o que é importante para explorar a evolução e as origens dos planetas de baixa massa e pode ajudar a compreender melhor a habitabilidade e as histórias evolutivas destes mundos distantes.

Mais informações: JH Guo, Caracterização dos regimes de escape hidrodinâmico de exoplanetas de baixa massa, Nature Astronomy (2024). DOI:10.1038/s41550-024-02269-w
Informações do diário: Astronomia da Natureza

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