Os astrônomos desenvolveram o modelo mais realista até o momento da formação de planetas em sistemas estelares binários.
Os pesquisadores, da Universidade de Cambridge e do Instituto Max Planck de Física Extraterrestre, mostraram como exoplanetas em sistemas estelares binários – como os planetas ‘Tatooine’ avistados pelo Telescópio Espacial Kepler da NASA – surgiram sem serem destruídos em seus ambiente caótico de nascimento.
Eles estudaram um tipo de sistema binário em que a estrela companheira menor orbita a estrela-mãe maior aproximadamente uma vez a cada 100 anos – nosso vizinho mais próximo, Alpha Centauri, é um exemplo de tal sistema.
“Um sistema como este seria o equivalente a um segundo Sol onde Urano está, o que faria nosso próprio sistema solar parecer muito diferente”, disse o co-autor Dr. Roman Rafikov, do Departamento de Matemática Aplicada e Física Teórica de Cambridge.
Rafikov e seu co-autor Dr. Kedron Silsbee do Instituto Max Planck de Física Extraterrestre descobriram que para os planetas se formarem nesses sistemas, os planetesimais – blocos de construção planetários que orbitam em torno de uma jovem estrela – precisam começar pelo menos 10 quilômetros de diâmetro, e o disco de poeira, gelo e gás ao redor da estrela, dentro do qual os planetas se formam, precisa ser relativamente circular.
A pesquisa, publicada na Astronomy and Astrophysics, traz o estudo da formação de planetas em binários a um novo nível de realismo e explica como tais planetas, alguns dos quais já foram detectados, poderiam ter se formado.
Acredita-se que a formação do planeta comece em um disco protoplanetário – feito principalmente de hidrogênio, hélio e minúsculas partículas de gelo e poeira – orbitando uma jovem estrela. De acordo com a teoria atual sobre como os planetas se formam, conhecida como acréscimo de núcleo, as partículas de poeira aderem umas às outras, formando corpos sólidos cada vez maiores. Se o processo parar antes do tempo, o resultado pode ser um planeta rochoso parecido com a Terra. Se o planeta ficar maior que a Terra, sua gravidade será suficiente para reter uma grande quantidade de gás do disco, levando à formação de um gigante gasoso como Júpiter.
“Esta teoria faz sentido para sistemas planetários formados em torno de uma única estrela, mas a formação de planetas em sistemas binários é mais complicada, porque a estrela companheira atua como um batedor de ovos gigante, excitando dinamicamente o disco protoplanetário”, disse Rafikov.
“Em um sistema com uma única estrela, as partículas no disco estão se movendo em baixas velocidades, então elas facilmente se unem quando colidem, permitindo que cresçam”, disse Silsbee. “Mas por causa do efeito gravitacional de ‘batedor de ovos’ da estrela companheira em um sistema binário, as partículas sólidas colidem umas com as outras a uma velocidade muito maior. Então, quando elas colidem, elas se destroem.”
Muitos exoplanetas foram localizados em sistemas binários, então a questão é como eles chegaram lá. Alguns astrônomos até sugeriram que talvez esses planetas estivessem flutuando no espaço interestelar e tenham sido sugados pela gravidade de um binário, por exemplo.
Rafikov e Silsbee realizaram uma série de simulações para ajudar a resolver esse mistério. Eles desenvolveram um modelo matemático detalhado de crescimento planetário em um binário que usa entradas físicas realistas e leva em conta processos que muitas vezes são esquecidos, como o efeito gravitacional do disco de gás no movimento dos planetesimais dentro dele.
“O disco é conhecido por afetar diretamente os planetesimais por meio do arrasto do gás, agindo como uma espécie de vento”, disse Silsbee. “Há alguns anos, percebemos que, além do arrasto do gás, a gravidade do próprio disco altera dramaticamente a dinâmica dos planetesimais, em alguns casos permitindo que os planetas se formem mesmo apesar das perturbações gravitacionais devidas ao companheiro estelar.”
“O modelo que construímos reúne este trabalho, bem como outros trabalhos anteriores, para testar as teorias de formação do planeta”, disse Rafikov.
Seu modelo descobriu que os planetas podem se formar em sistemas binários como Alpha Centauri, desde que os planetesimais comecem pelo menos 10 quilômetros de diâmetro e que o próprio disco protoplanetário seja quase circular, sem grandes irregularidades. Quando essas condições são satisfeitas, os planetesimais em certas partes do disco acabam se movendo devagar o suficiente entre si para que fiquem juntos em vez de se destruírem.
Essas descobertas dão suporte a um mecanismo particular de formação de planetesimal, chamado de instabilidade de fluxo, sendo parte integrante do processo de formação do planeta. Essa instabilidade é um efeito coletivo, envolvendo muitas partículas sólidas na presença de gás, que é capaz de concentrar grãos de poeira do tamanho de pedregulho a pedregulho para produzir alguns planetesimais grandes, que sobreviveriam à maioria das colisões.
Os resultados deste trabalho fornecem informações importantes para as teorias de formação de planetas em torno de estrelas binárias e únicas, bem como para as simulações hidrodinâmicas de discos protoplanetários em binários. No futuro, o modelo também poderia ser usado para explicar a origem dos planetas ‘Tatooine’ – exoplanetas orbitando ambos os componentes de um binário – cerca de uma dúzia dos quais foram identificados pelo Telescópio Espacial Kepler da NASA.
Publicado em 28/07/2021 02h03
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