Uma ligação composicional entre os planetas e suas respectivas estrelas hospedeiras foi assumida há muito tempo na astronomia. Pela primeira vez agora, uma equipe de cientistas fornece evidências empíricas para apoiar a suposição – e contradizê-la parcialmente ao mesmo tempo.
Estrelas e planetas são formados do mesmo gás cósmico e poeira. No curso do processo de formação, parte do material se condensa e forma planetas rochosos, o resto é acumulado pela estrela ou torna-se parte de planetas gasosos. A suposição de uma conexão entre a composição das estrelas e seus planetas é, portanto, razoável e é confirmada, por exemplo, no sistema solar pela maioria dos planetas rochosos (Mercúrio sendo a exceção). No entanto, suposições, especialmente em astrofísica, nem sempre se provam verdadeiras. Um estudo liderado pelo Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA) de Portugal, que também envolve investigadores do NCCR PlanetS da Universidade de Bern e da Universidade de Zürich, publicado hoje na revista Science, fornece a primeira evidência empírica para esta suposição – e ao mesmo tempo a contradiz parcialmente.
Estrela condensada vs planeta rochoso
Para determinar se as composições das estrelas e seus planetas estão relacionadas, a equipe comparou medições muito precisas de ambos. Para as estrelas, sua luz emitida foi medida, que carrega a impressão digital espectroscópica característica de sua composição. A composição dos planetas rochosos foi determinada indiretamente: sua densidade e composição foram derivadas de sua massa e raio medidos. Só recentemente um número suficiente de planetas foi medido com tanta precisão que investigações significativas desse tipo são possíveis.
“Mas, uma vez que estrelas e planetas rochosos são de natureza bastante diferente, a comparação de sua composição não é direta”, como Christoph Mordasini, co-autor do estudo, professor de astrofísica na Universidade de Berna e membro do NCCR PlanetS começa a explique. “Em vez disso, comparamos a composição dos planetas com uma versão teórica resfriada de sua estrela. Enquanto a maior parte do material da estrela – principalmente hidrogênio e hélio – permanece como um gás quando esfria, uma pequena fração se condensa, consistindo de rocha -formando materiais como ferro e silicato “, explica Christoph Mordasini.
Na Universidade de Berna, o “Modelo de Berna de Formação e Evolução do Planeta” tem sido desenvolvido continuamente desde 2003 (ver infobox). Christoph Mordasini diz que “os insights sobre os múltiplos processos envolvidos na formação e evolução dos planetas são integrados ao modelo.” Usando este modelo de Berna, os pesquisadores foram capazes de calcular a composição desse material formador de rocha da estrela resfriada. “Nós então comparamos isso com os planetas rochosos”, disse Christoph Mordasini.
Indicações da habitabilidade dos planetas
“Nossos resultados mostram que nossas suposições sobre as composições de estrelas e planetas não estavam fundamentalmente erradas: a composição dos planetas rochosos está de fato intimamente ligada à composição de sua estrela hospedeira. No entanto, a relação não é tão simples quanto esperávamos”, autor principal de o estudo e pesquisador do IA, Vardan Adibekyan, diz. O que os cientistas esperavam era que a abundância desses elementos na estrela estabelecesse o limite superior possível. “No entanto, para alguns dos planetas, a abundância de ferro no planeta é ainda maior do que na estrela”, afirma Caroline Dorn, co-autora do estudo e membro do NCCR PlanetS, bem como Ambizione Fellow na Universidade de Zurique , explica. “Isso pode ser devido a impactos gigantescos nesses planetas que quebram alguns dos materiais externos, mais leves, enquanto o denso núcleo de ferro permanece”, de acordo com o pesquisador. Os resultados podem, portanto, dar aos cientistas pistas sobre a história dos planetas.
“Os resultados deste estudo também são muito úteis para restringir as composições planetárias que são assumidas com base na densidade calculada a partir de medições de massa e raio”, explica Christoph Mordasini. “Uma vez que mais de uma composição pode se ajustar a uma certa densidade, os resultados do nosso estudo nos dizem que podemos reduzir as composições potenciais, com base na composição da estrela hospedeira”, disse Mordasini. E como a composição exata de um planeta influencia, por exemplo, quanto material radioativo ele contém ou quão forte é seu campo magnético, ele pode determinar se o planeta é favorável à vida ou não.
“Modelo de Berna de formação e evolução do planeta”
Podem ser feitas declarações sobre como um planeta foi formado e como ele evoluiu usando o “Modelo de Berna de Formação e Evolução do Planeta”. O modelo de Berna tem sido continuamente desenvolvido na Universidade de Berna desde 2003. Insights sobre os múltiplos processos envolvidos na formação e evolução dos planetas são integrados ao modelo. Estes são, por exemplo, submodelos de acreção (crescimento do núcleo de um planeta) ou de como os planetas interagem gravitacionalmente e influenciam uns aos outros, e de processos nos discos protoplanetários em que os planetas são formados. O modelo também é usado para criar as chamadas sínteses populacionais, que mostram quais planetas se desenvolvem com freqüência sob certas condições em um disco protoplanetário.
Publicado em 15/10/2021 14h38
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