Um novo planeta começa a sua vida num círculo giratório de gás e poeira, um berço conhecido como disco protoestelar. Meus colegas e eu usamos simulações de computador para mostrar que os planetas gasosos recém-nascidos nesses discos provavelmente terão formas surpreendentemente achatadas. Esta descoberta, publicada em Astronomy and Astrophysics Letters , poderia contribuir para a nossa imagem de como exatamente os planetas se formam.



Observar protoplanetas que acabaram de se formar e ainda estão dentro de seus discos protoestelares é extremamente difícil. Até agora, apenas três desses protoplanetas jovens foram observados, dois deles no mesmo sistema, PDS 70.

Precisamos de encontrar sistemas que sejam jovens e suficientemente próximos para que os nossos telescópios sejam capazes de detectar a luz fraca do próprio planeta e distingui-la da luz do disco. Todo o processo de formação planetária dura apenas alguns milhões de anos, o que nada mais é do que um piscar de olhos nas escalas astrofísicas. Isso significa que precisamos ter sorte para pegá-los no ato da formação.

Nosso grupo de pesquisa realizou simulações computacionais para determinar as propriedades de protoplanetas gasosos sob uma variedade de condições térmicas nos berços dos planetas.

As simulações têm resolução suficiente para poder acompanhar a evolução de um protoplaneta no disco desde um estágio inicial, quando é apenas uma mera condensação dentro do disco. Essas simulações são exigentes em termos computacionais e foram executadas no DiRAC, a instalação de supercomputação astrofísica do Reino Unido.

Normalmente, vários planetas se formam dentro de um disco. O estudo descobriu que os protoplanetas têm uma forma conhecida como esferóides achatados, como Smarties ou M&M's, em vez de serem esféricos. Eles crescem atraindo gás predominantemente através de seus pólos, e não de seus equadores.

Tecnicamente, os planetas do nosso sistema solar também são esferóides achatados, mas o seu achatamento é pequeno. Saturno tem um achatamento de 10%, Júpiter 6%, enquanto a Terra tem apenas 0,3%.

Em comparação, o achatamento típico dos protoplanetas é de 90%. Tal achatamento afetará as propriedades observadas dos protoplanetas e precisa ser levado em consideração ao interpretar as observações.

Como os planetas começam

A teoria mais amplamente aceita para a formação de planetas é a de "acreção central". De acordo com este modelo, minúsculas partículas de poeira menores que a areia colidem umas com as outras, agrupam-se e crescem progressivamente em corpos cada vez maiores. Isso é efetivamente o que acontece com a poeira debaixo da cama quando ela não é limpa.

Outrora um núcleo de poeira com formas massivas suficientes, ele extrai gás do disco para formar um planeta gigante gasoso. Esta abordagem de baixo para cima levaria alguns milhões de anos.

A abordagem oposta, de cima para baixo, é a teoria da instabilidade do disco. Neste modelo, os discos protoestelares que frequentam estrelas jovens são gravitacionalmente instáveis. Em outras palavras, eles são pesados ​​demais para serem mantidos e, portanto, fragmentam-se em pedaços, que evoluem para planetas.

A teoria da acreção central já existe há muito tempo e pode explicar muitos aspectos de como o nosso sistema solar se formou. No entanto, a instabilidade do disco pode explicar melhor alguns dos sistemas exoplanetários que descobrimos nas últimas décadas, como aqueles em que um planeta gigante gasoso orbita muito, muito longe da sua estrela hospedeira.

O apelo desta teoria é que a formação planetária ocorre muito rapidamente, no espaço de alguns milhares de anos, o que é consistente com observações que sugerem que os planetas existem em discos muito jovens.

Nosso estudo concentrou-se em planetas gigantes gasosos formados através do modelo de instabilidade do disco. Eles são achatados porque se formam a partir da compressão de uma estrutura já plana, o disco protoestelar, mas também pela forma como giram.

Não há Terras planas

Embora estes protoplanetas em geral sejam muito achatados, os seus núcleos, que acabarão por evoluir para planetas gigantes gasosos como os conhecemos, são menos achatados – apenas cerca de 20%. Isto é apenas o dobro do achatamento de Saturno. Com o tempo espera-se que se tornem mais esféricos.

Planetas rochosos, como a Terra e Marte, não podem formar-se através da instabilidade do disco. Acredita-se que eles se formam pela agregação lenta de partículas de poeira em seixos, rochas, objetos do tamanho de quilômetros e, eventualmente, planetas. Eles são muito densos para serem significativamente achatados, mesmo quando recém-nascidos. Não há possibilidade de a Terra ter sido achatada em um grau tão elevado quando era jovem.

Mas o nosso estudo apoia um papel para a instabilidade do disco no caso de alguns mundos em alguns sistemas planetários.

Estamos agora passando da era das descobertas de exoplanetas para a era da caracterização de exoplanetas. Muitos novos observatórios estão prestes a entrar em funcionamento. Isso ajudará a descobrir mais protoplanetas incorporados em seus discos. As previsões baseadas em modelos computacionais também estão se tornando mais sofisticadas.

A comparação entre estes modelos teóricos e observações está nos aproximando cada vez mais da compreensão das origens do nosso sistema solar.

Fornecido por The Conversation

Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.