Sete planetas do tamanho da Terra orbitam a estrela TRAPPIST-1 em harmonia quase perfeita, e pesquisadores americanos e europeus usaram essa harmonia para determinar quanto abuso físico os planetas poderiam ter suportado em sua infância.
“Depois que os planetas rochosos se formam, as coisas se chocam contra eles”, disse o astrofísico Sean Raymond, da Universidade de Bordeaux, na França. “É chamado de bombardeio, ou acréscimo tardio, e nos preocupamos com isso, em parte, porque esses impactos podem ser uma importante fonte de água e elementos voláteis que fomentam a vida.”
Em um estudo disponível online hoje na Nature Astronomy, Raymond e colegas do projeto CLEVER Planets, financiado pela NASA da Rice University, e sete outras instituições usaram um modelo de computador da fase de bombardeio da formação planetária no TRAPPIST-1 para explorar os impactos que seus planetas poderiam ter resistido sem perder a harmonia.
Decifrar a história do impacto dos planetas é difícil em nosso sistema solar e pode parecer uma tarefa impossível em sistemas a anos-luz de distância, disse Raymond.
“Na Terra, podemos medir certos tipos de elementos e compará-los com meteoritos”, disse Raymond. “Isso é o que fazemos para tentar descobrir quanta coisa se chocou contra a Terra depois que ela estava quase toda formada.”
Mas essas ferramentas não existem para estudar o bombardeio de exoplanetas.
“Nunca vamos conseguir pedras deles”, disse ele. “Nunca veremos crateras neles. Então, o que podemos fazer? É aqui que entra a configuração orbital especial do TRAPPIST-1. É uma espécie de alavanca que podemos puxar para colocar limites nisso.”
A TRAPPIST-1, a cerca de 40 anos-luz de distância, é muito menor e mais fria que o nosso sol. Seus planetas são nomeados em ordem alfabética de b a h na ordem de sua distância da estrela. O tempo necessário para completar uma órbita em torno da estrela – equivalente a um ano na Terra – é de 1,5 dias no planeta b e 19 dias no planeta h. Notavelmente, seus períodos orbitais formam proporções quase perfeitas , um arranjo ressonante que lembra notas musicais harmoniosas . Por exemplo, para cada oito “anos” no planeta b, cinco passam no planeta c, três no planeta d, dois no planeta e e assim por diante.
“Não podemos dizer exatamente quanto material se chocou contra qualquer um desses planetas, mas por causa dessa configuração ressonante especial, podemos colocar um limite máximo nisso”, disse Raymond. “Podemos dizer: ‘Não pode ter sido mais do que isso.’ E descobriu-se que esse limite superior é, na verdade, bastante pequeno.
“Descobrimos que depois que esses planetas se formaram, eles não foram bombardeados por mais do que uma pequena quantidade de coisas”, disse ele. “Isso é legal. É uma informação interessante quando pensamos sobre outros aspectos dos planetas no sistema.”
Os planetas crescem em discos protoplanetários de gás e poeira em torno de estrelas recém-formadas. Esses discos duram apenas alguns milhões de anos, e Raymond disse que pesquisas anteriores mostraram que cadeias ressonantes de planetas como o TRAPPIST-1 se formam quando planetas jovens migram para mais perto de sua estrela antes que o disco desapareça. Modelos de computador mostraram que os discos podem conduzir os planetas à ressonância. Raymond disse que acredita-se que cadeias ressonantes como o TRAPPIST-1 devem ser configuradas antes que seus discos desapareçam.
O resultado é que os planetas do TRAPPIST-1 se formaram rapidamente, em cerca de um décimo do tempo que a Terra levou para se formar, disse o co-autor do estudo de Rice Andre Izidoro, astrofísico e pós-doutorado do CLEVER Planets.
CLEVER Planets, liderado pelo co-autor do estudo Rajdeep Dasgupta, o professor Maurice Ewing de Ciência dos Sistemas Terrestres em Rice, está explorando as maneiras pelas quais os planetas podem adquirir os elementos necessários para sustentar a vida. Em estudos anteriores, Dasgupta e colegas da CLEVER Planets mostraram que uma parte significativa dos elementos voláteis da Terra veio do impacto que formou a lua.
“Se um planeta se forma cedo e é muito pequeno, como a massa da lua ou de Marte, ele não pode agregar muito gás do disco”, disse Dasgupta. “Esse planeta também tem muito menos oportunidade de obter elementos voláteis essenciais à vida por meio de bombardeios tardios.”
Izidoro disse que teria sido o caso da Terra, que ganhou grande parte de sua massa relativamente tarde, incluindo cerca de 1% de impactos após a colisão com a lua.
“Sabemos que a Terra teve pelo menos um impacto gigante depois que o gás (no disco protoplanetário) foi embora”, disse ele. “Esse foi o evento de formação da lua.
“Para o sistema TRAPPIST-1, temos esses planetas com a massa da Terra que se formaram cedo”, disse ele. “Então, uma diferença potencial, em comparação com a formação da Terra, é que eles poderiam ter, desde o início, alguma atmosfera de hidrogênio e nunca experimentaram um impacto gigante tardio. E isso pode mudar muito a evolução em termos do interior do planeta, liberação de gases, perda volátil e outras coisas que têm implicações para a habitabilidade. ”
Raymond disse que o estudo desta semana tem implicações não apenas para o estudo de outros sistemas planetários ressonantes, mas para sistemas de exoplanetas muito mais comuns que se acredita terem começado como sistemas ressonantes.
“Super-Terras e sub-Netuno são muito abundantes em torno de outras estrelas, e a ideia predominante é que eles migraram para dentro durante a fase de disco de gás e então possivelmente tiveram uma fase tardia de colisões”, disse Raymond. “Mas durante a fase inicial, em que estavam migrando para dentro, achamos que eles praticamente – universalmente talvez – tiveram uma fase em que eram estruturas de cadeia ressonantes como TRAPPIST-1. Eles simplesmente não sobreviveram. Eles acabaram ficando instáveis mais tarde sobre.”
Izidoro disse que uma das maiores contribuições do estudo pode vir daqui a alguns anos, depois que o Telescópio Espacial James Webb da NASA , o Telescópio Extremamente Grande do Observatório Europeu do Sul e outros instrumentos permitirem aos astrônomos observar diretamente as atmosferas de exoplanetas.
“Hoje temos algumas restrições na composição desses planetas, como a quantidade de água que eles podem ter”, disse Izidoro sobre os planetas que se formam em uma fase ressonante de migração. “Mas temos barras de erro muito grandes.”
No futuro, as observações restringirão melhor a composição interna dos exoplanetas, e conhecer a história do último bombardeio de planetas ressonantes pode ser extremamente útil.
“Por exemplo, se um desses planetas tem muita água, digamos uma fração de massa de 20%, a água deve ter sido incorporada aos planetas no início, durante a fase gasosa”, disse ele. “Portanto, você terá que entender que tipo de processo poderia trazer essa água para este planeta.”
Outros co-autores do estudo incluem Emeline Bolmont e Martin Turbet da Universidade de Genebra, Caroline Dorn da Universidade de Zurique, Franck Selsis da Universidade de Bordeaux, Eric Agol da Universidade de Washington, Patrick Barth da Universidade de St. Andrews , Ludmila Carone do Instituto Max Planck de Astronomia em Heidelberg, Alemanha, Michael Gillon da Universidade de Liège e Simon Grimm da Universidade de Berna.
Fonte:
https://phys.org/news/2021-11-orbital-harmony-limits-late-trappist-.html
