Exoplanetas lançam dúvidas sobre teorias astronômicas

Planetas de outros sistemas solares estão para mudar as idéias sobre como os mundos se formam

Por Katharine Sanderson

Fonte: Nature

Quatro gigantes gasosos, todos mais massivos que Júpiter, orbitam o sistema estelar HR 8799, mostrado nesta imagem do telescópio Keck II. (Créditos da Imagem: NRC-HIA, C. Marois & Keck Observatory)

 

Os astrônomos que estudam como os planetas se formam estão coçando a cabeça depois que dois estudos mostraram que nem tudo é como prevê a teoria no mundo dos mundos de outro mundo.

Os artigos, ambos publicados online na Nature hoje (08/12), se referem a planetas fora de nosso Sistema Solar. A existência de um confunde as idéias atuais sobre formação de planetas, enquanto as medições da atmosfera do outro põem em dúvida as teorias sobre a composição atmosférica e sua relação com o interior do planeta.

Como nascem os planetas

O primeiro desafio foi proposto por Christian Marois, um astrônomo do Instituto Herzberg de Astrofísica em Victoria, no Canadá, e por seus colegas, que usaram o telescópio Keck II em Mauna Kea, no Havaí, para localizar um quarto planeta no sistema estelar HR 8799, a mais ou menos 39 parsecs (129 anos-luz) de distância da Terra.

O planeta, HR 8799e, é um gigante gasoso bastante parecido com Júpiter, mas cerca de 10 vezes mais massivo – similar aos outros três planetas do sistema, os quais Marois descobriu em 2008. Ele está localizado bem perto de sua estrela, a 14,5 unidades astronômicas (AU ou UA; uma UA é a distância média entre a Terra e nosso Sol. Saturno está a aproximadamente 9,5 UA de nosso Sol e Urano está a uma distância de aproximadamente 19,6 UA). Os outros planetas no sistema HR 8799 estão a 24, 38 e 68 UA de sua estrela, respectivamente.

A relativa proximidade de HR8799e com sua estrela torna difícil explicar como ele e seus companheiros gigantes gasosos se formaram. “Tem algo estranho acontecendo”, avalia Marois.

As teorias atuais sugerem duas formas pelas quais um anel de poeira gasoso ao redor de uma estrela jovem pode se transformar em um planeta gigante gasoso. Na primeira – o modelo de ‘acreção’ – pequenos aglomerados de poeira se acumulam durante milhões de anos para formar o núcleo sólido de um planeta, que então atrai gases para si. O outro modelo, de ‘fragmentação’, sugere que pequenos aglomerados de um disco gasoso se formam diretamente em planetas com mais de 10 mil anos.  

Nenhum dos modelos explica, sozinho, todos os quatro planetas ao redor de HR 8799. O modelo de acreção não consegue responder pelos três gigantes gasosos externos. Considerando suas distâncias da estrela, o núcleo planetário rochoso teria levado tanto tempo para se formar que o disco gasoso teria se dissipado antes que pudesse ser atraído.

Por outro lado, de acordo com a teoria, o processo de fragmentação se adéqua aos planetas externos, mas não ao interno. Laird Close, um astrônomo da Universidade do Arizona, em Tucson, explica em um comentário que acompanha o artigo de Marois que isso acontece porque a 14,5 UA o disco gasoso teria sido muito quente e teria rotacionado muito rápido para que um aglomerado se formasse.

Marois acredita que apenas um – não os dois – dos mecanismos de formação pode ser responsável pelo sistema, porque os planetas têm massas semelhantes e parecem estar travados em ressonância orbital, o que significa que os tempos que demoram para orbitar a estrela está relacionado em proporções, mais ou menos da mesma forma que a freqüência das notas musicais em um piano. Ele sugere que os planetas provavelmente  migraram para suas posições atuais depois de se formarem.

No entanto, Melvyn Davies do Observatório Lund, na Suécia, que trabalha com teorias de formação planetária, prefere a idéia de que os planetas permanecem onde se formaram, talvez diretamente a partir de um disco gasoso pelo processo de fragmentação. Até compreendermos mais sobre a formação de planetas, o sistema permanecerá um mistério.

A questão do carbono

Os teóricos planetários também têm um segundo problema em suas mãos graças ao trabalho de Nikku Madhusudhan, um astrofísico da Princeton University, em Nova Jersey. Ele e seus colegas deram uma olhada mais detalhada em outro exoplaneta: WASP 12b, um gigante gasoso a 267 parsecs da Terra que foi descoberto em 2009. Ao combinar medições novas com pré-existentes, Madhusudhan descobriu que há mais carbono do que oxigênio na atmosfera do planeta, algo nunca antes visto. A maioria dos modelos planetários parte do princípio de que eles [os planetas] são semelhantes aos planetas terrestres em nosso próprio Sistema Solar, com quantidades aproximadamente iguais de carbono e oxigênio na atmosfera.

 Impressão artística do exoplaneta extremamente quente WASP 12b e de sua estrela-mãe. (Créditos da Imagem: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (SSC) )

Madhusudhan afirma que a atmosfera de WASP 12b implica que o centro sólido do planeta não é rico em silicatos (minerais compostos principalmente de silício e oxigênio), como o da Terra, mas rico em carbono. Montanhas de diamante ou grafite poderiam existir por lá, sugere Madhusudhan, e formas de vida poderiam se desenvolver em metano rico em carbono em vez de água ou oxigênio. 

Mas é difícil traçar comparações entre WASP 12b e planetas que conhecemos, por causa da falta de dados sobre as proporções carbono/oxigênio dos gigantes gasosos de nosso próprio Sistema Solar. “O único análogo [a WASP 12b] é Júpiter. E para Júpiter, no momento, nós não temos uma resposta”, observa Sushil Atreya, um cientista planetário da Universidade de Michigan, em Ann Arbor.

A proporção carbono/oxigênio de Júpiter não pode ser estabelecida através de observações espectroscópicas, porque a maior parte de seu oxigênio está presa debaixo d’água, que se condensou fora da atmosfera porque Júpiter é muito frio. Mas esforços estão em andamento para corrigir essa falha: Atreya é um co-investigador na missão Juno, da NASA, que será lançada em 2011 e chegará a Júpiter em 2016 para mapear água e medir a abundância de oxigênio. Se Júpiter for rico em carbono como WASP 12b, isso pode significar que os pequenos corpos dos quais alguns planetas se formam em nosso próprio Sistema Solar – e em outros, também – deveriam ser vistos mais como tártaro rico em carbono do que como gelo, compara Madhusudhan.

Os resultados dos estudos, tanto de Marois quanto de Madhusudhan, estão prestes a encontrar muito mais anomalias para os caçadores de planetas – e eles cobrem apenas alguns, das centenas de exoplanetas que foram descobertos e estão prontos para análise. “Nós ainda temos muitas perguntas mas, até agora, muito poucas respostas. Nossa comunidade tem muito trabalho pela frente”, conclui Marois.

• Referências

1. Marois, C. , Zuckerman, B. , Konopacky, Q. M. , Macintosh, B. & Barman, T. Nature doi:10.1038/nature09684 (2010).
2. Madhusudhan, N. et al. Nature doi:10.1038/nature09602 (2010).
3. Close, L. Nature doi:10.1038/nature09716 (2010).