Nos últimos 25 anos, os cientistas descobriram mais de 4.000 planetas além das fronteiras do nosso sistema solar. De mundos relativamente pequenos de rocha e água a gigantes gasosos extremamente quentes, os planetas apresentam uma variedade notável. Essa variedade não é inesperada. Os sofisticados modelos de computador, com os quais os cientistas estudam a formação dos planetas, também geram planetas muito diferentes.
O que os modelos têm mais dificuldade de explicar é a distribuição de massa observada dos planetas descobertos em torno de outras estrelas. A maioria caiu na categoria de massa intermediária – planetas com massas de várias massas da Terra em torno de Netuno. Mesmo no contexto do sistema solar, a formação de Urano e Netuno permanece um mistério. Cientistas das Universidades de Zurique e Cambridge, associados ao NCCR PlanetS suíço, propuseram agora uma explicação alternativa apoiada por simulações abrangentes. Seus resultados foram publicados na revista científica Nature Astronomy.
Duas forças contrastantes …
“Quando os planetas se formam a partir do chamado disco protoplanetário de gás e poeira, as instabilidades gravitacionais podem ser o mecanismo de condução”, Lucio Mayer, co-autor do estudo e professor de astrofísica computacional da Universidade de Zurique, e membro do NCCR PlanetS, explica. Nesse processo, a poeira e o gás no disco se aglomeram devido à gravidade e formam estruturas espirais densas. Estes então crescem em blocos de construção planetários e eventualmente planetas.
A escala em que esse processo ocorre é muito grande – abrangendo a escala do disco protoplanetário. “Mas em distâncias mais curtas – a escala de planetas individuais – outra força domina: a dos campos magnéticos se desenvolvendo ao lado dos planetas”, explica Mayer. Esses campos magnéticos agitam o gás e a poeira do disco e, portanto, influenciam a formação dos planetas. “Para obter uma imagem completa do processo de formação planetária, é importante não apenas simular a estrutura espiral de grande escala no disco. Os campos magnéticos de pequena escala em torno dos blocos de construção planetários em crescimento também devem ser incluídos”, diz lead- autor do estudo, ex-aluno de doutorado de Mayer e agora pesquisador da Universidade de Cambridge, Hongping Deng.
… que são difíceis de entender simultaneamente
No entanto, as diferenças em escala e natureza da gravidade e magnetismo tornam as duas forças muito desafiadoras para integrar no mesmo modelo de formação planetária. Até agora, as simulações de computador que capturaram bem os efeitos de uma das forças geralmente se deram mal com a outra. Para ter sucesso, a equipe desenvolveu uma nova técnica de modelagem. Isso exigia especialização em várias áreas diferentes: primeiro, eles precisavam de um conhecimento teórico profundo da gravidade e do magnetismo. Então, os pesquisadores tiveram que encontrar uma maneira de traduzir o entendimento em um código que pudesse computar com eficiência essas forças contrastantes em uníssono. Finalmente, devido ao imenso número de cálculos necessários, um computador poderoso foi necessário – como o ‘Piz Daint’ no Centro Nacional de Supercomputação da Suíça (CSCS). “Além dos insights teóricos e das ferramentas técnicas que desenvolvemos, também éramos dependentes do avanço da capacidade de computação”, diz Lucio Mayer.
Um quebra-cabeça de décadas resolvido?
Contra todas as probabilidades, tudo se encaixou na hora certa e possibilitou um avanço. “Com nosso modelo, pudemos mostrar pela primeira vez que os campos magnéticos tornam difícil para os planetas em crescimento continuarem acumulando massa além de um certo ponto. Como resultado, planetas gigantes se tornam mais raros e planetas de massa intermediária muito mais frequentes – Semelhante ao que observamos na realidade “, explica Hongping Deng.
“Esses resultados são apenas um primeiro passo, mas mostram claramente a importância de contabilizar mais processos físicos nas simulações de formação de planetas. Nosso estudo ajuda a entender os caminhos potenciais para a formação de planetas de massa intermediária que são muito comuns em nossa galáxia. também nos ajuda a entender os discos protoplanetários em geral “, conclui Ravit Helt, co-autor do estudo e professor de Astrofísica Teórica da Universidade de Zurique e membro do NCCR PlanetS.
Publicado em 14/02/2021 21h39
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