Planetas recém-formados através das suas "impressões digitais" de poeira

Uma equipe de astrônomos, liderada pela Universidade de Warwick em colaboração com pesquisadores do MIT (Massachusetts Institute of Technology) e da Universidade McMaster, desenvolveu um método inovador para utilizar as propriedades dos anéis de poeira em torno das estrelas para estimar as massas de planetas recém-formados.

© A. Faruqi (simulação de um planeta embebido num disco protoplanetário)

Esta pesquisa oferece aos astrônomos uma nova maneira de localizar e caracterizar planetas que se encontram demasiado imersos no seu ambiente natal para serem observados diretamente.

Os planetas formam-se em discos giratórios de gás e poeira que rodeiam as estrelas jovens. Novos e potentes telescópios, como o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), revelaram que muitos destes discos protoplanetários contêm impressionantes estruturas em forma de anel. Há muito que se suspeitava que estas fossem pistas para os planetas que potencialmente orbitam dentro dos discos, mas até agora métodos robustos para as interpretar revelavam-se difíceis de encontrar.

Nesta pesquisa foram utilizadas simulações computacionais detalhadas para determinar como planetas de diferentes massas moldam os anéis de poeira à sua volta. Descobriu-se que a largura de um anel, a localização do seu ponto mais brilhante e a quantidade de poeira que contém apresentam, todas elas, sinais reveladores do planeta responsável.

Crucialmente, a equipe identificou uma relação matemática simples entre a localização do pico de brilho de um anel e a massa do seu planeta hospedeiro, uma relação que se mantém independentemente do comprimento de onda de observação ou do tamanho dos grãos de poeira que estão sendo observados. Isto implica na possibilidade de aplicar o método a observações existentes sem precisarem de conhecimento detalhado das condições do disco.

Para validar esta abordagem, os pesquisadores aplicaram o método a PDS 70, um dos poucos sistemas onde os planetas foram diretamente fotografados no interior do seu disco. Determinaram uma massa para o planeta PDS 70 c que está em forte concordância com estimativas independentes. Aplicaram também a técnica a cinco discos do recente levantamento exoALMA, prevendo novas estimativas de massa para os planetas que potencialmente se escondem no seu interior.

As descobertas abrem novas possibilidades para observações de discos que ajudarão a confirmar a existência de planetas que se suspeita estarem escondidos nos discos, revelarão outros totalmente novos e poderão elucidar os processos que podem ter desempenhado um papel na formação do nosso próprio Sistema Solar.

© ALMA (vinte discos protoplanetários próximos)

Conhecido como DSHARP (Disk Substructures at High Angular Resolution Project), este "Grande Programa" do ALMA produziu imagens impressionantes e de alta resolução de vinte discos protoplanetários próximos e proporcionou novas informações sobre a variedade de características que estes contêm e a velocidade com que os planetas podem surgir.

Outro resultado notável das simulações é que, em discos típicos, os planetas mais massivos em formação podem reter até vinte vezes a massa da Terra em poeira dentro desses anéis. Isto confirma as observações do ALMA, mas levanta a questão de por que razão não foram detectados novos planetas na poeira e nos seixos retidos no anel. Os resultados sugerem que a poeira é suficientemente abundante e concentrada para potencialmente dar início à formação de planetas.

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal.

Fonte: University of Warwick

Atividade magnética em exoplanetas

Uma equipe de astrônomos encontrou as pistas mais convincentes obtidas até à data de que alguns planetas fora do nosso Sistema Solar podem ser magnéticos.

© ESO (ilustração de um exoplaneta com campo magnético)

Com o auxílio do Very Large Telescope (VLT), do Observatório Europeu do Sul (ESO), e do telescópio Gemini North, os pesquisadores mediram as velocidades dos ventos em sete exoplanetas muito quentes, semelhantes a Júpiter.

As observações revelaram que os ventos nestes planetas são muito provavelmente regidos por campos magnéticos, proporcionando a primeira medição confiável de magnetismo em planetas fora do Sistema Solar.

O campo magnético da Terra influencia a nossa atmosfera de maneiras complexas e é, por isso, um fator determinante para compreendermos como é que o nosso planeta é capaz de suportar vida. Existem também campos magnéticos em outros planetas do Sistema Solar, como Júpiter e Saturno. No entanto, nos últimos 15 anos, ainda ninguém tinha conseguido medir diretamente a intensidade de campos magnéticos em exoplanetas, o que aconteceu agora.

A equipe, no entanto, não tinha como objetivo inicial medir campos magnéticos, mas sim ventos. Foram medidas as velocidades do vento em sete exoplanetas que orbitam estrelas diferentes: gigantes gasosos como Júpiter, cada um deles situado muito próximo da sua estrela anfitriã e com acoplamento de maré, ou seja, com a rotação sincronizada com a órbita. Tal como nós vemos apenas um lado da Lua, também estes planetas mantêm sempre uma face voltada para a sua estrela, o que resulta num lado diurno escaldante e num lado noturno gelado.

Esta diferença de temperaturas entre os dois lados do planeta dá origem a um clima muito diferente do existente na Terra, com a criação de ventos tremendamente fortes. As velocidades dos ventos nos exoplanetas observados variam entre cerca de 7.200 km/h e mais de 25.000 km/h. Em termos de comparação, em Júpiter os ventos mais rápidos atingem velocidades de cerca de 1.500 km/h.

Para as medições, a equipe utilizou dados do instrumento ESPRESSO, instalado no VLT do ESO, no deserto chileno do Atacama, e de um instrumento semelhante colocado no telescópio Gemini North, no Havaí, EUA. Ao analisarem como é que a velocidade dos ventos variava em função da temperatura do planeta, os pesquisadores viram surgir um padrão muito intrigante: quanto mais quente o planeta, mais lento o vento. Este resultado é totalmente contraintuitivo porque, em condições iguais, os planetas quentes dispõem, naturalmente, de mais energia para acelerar os ventos!

A equipe concluiu que a explicação mais plausível para este mistério passa, muito provavelmente, pela presença de campos magnéticos na globalidade do planeta, já que estes campos podem funcionar como um freio, abrandando assim o movimento de partículas carregadas na atmosfera. Os dados permitiram aos pesquisadores inferir a intensidade do campo magnético em cada um dos planetas estudados, tendo-se descoberto que é comparável à dos campos encontrados no nosso Sistema Solar: aproximadamente quatro vezes mais forte do que o de Saturno, ou cerca de metade da intensidade do de Júpiter.

Campos magnéticos tão intensos poderão afetar mais do que apenas os ventos nestes planetas distantes. Na Terra conhecemos a beleza das auroras boreais e austrais, onde partículas carregadas do Sol colidem com o nosso campo magnético e são guiadas para os polos, colidindo com gases na atmosfera para produzir espetáculos coloridos de verde, rosa e roxo. Nos exoplanetas estudados, as auroras induzidas magneticamente podem ser ainda mais espetaculares.

A equipe aguarda com expectativa a chegada do Extremely Large Telescope do ESO, que ajudará a caracterizar não só grandes exoplanetas, semelhantes a Júpiter, mas também outros menores, como a Terra, possivelmente até detectando gases que possam produzir auroras nestes mundos distantes.

Este trabalho foi descrito num artigo científico publicado na revista Nature Astronomy.

Fonte: ESO

A rotação retrógrada do planeta Vênus

Estudo mostra que uma interação de fatores gravitacionais e atmosféricos é capaz de inverter o sentido de rotação do planeta Vênus, sem necessidade de colisões com corpos externos.

© NASA / Magellan (visão hemisférica por radar de Vênus)

Cientistas brasileiros podem ter desvendado, enfim, a razão pela qual Vênus gira no sentido contrário ao da Terra, fenômeno chamado de rotação retrógrada.

O motivo pode ser uma combinação de fatores gravitacionais e atmosféricos inerentes ao próprio planeta, sem a necessidade de colisões entre corpos celestes ou outros eventos catastróficos externos, segundo um estudo realizado por pesquisadores do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas da Universidade de São Paulo (IAG-USP).

A maioria dos planetas do Sistema Solar, incluindo a Terra, gira em torno do próprio eixo de oeste para leste, à exceção de Vênus e Urano, que giram de leste para oeste; mas a origem dessa rotação retrógrada nunca foi satisfatoriamente explicada. No caso de Vênus, que é um planeta rochoso, o estudo do IAG-USP mostra que a inversão do sentido de rotação pode emergir naturalmente da interação entre marés gravitacionais e efeitos térmicos na atmosfera.

A rotação de Vênus foi determinada no início dos anos 1960, quando observações de radar conseguiram atravessar sua espessa cobertura de nuvens. Medições mais recentes indicam um período de aproximadamente 243 dias, em sentido retrógrado. Desde então, sabe-se que esse estado resulta do equilíbrio entre dois mecanismos físicos antagônicos. De um lado, atuam as marés gravitacionais, geradas principalmente pela atração do Sol, que tendem a desacelerar a rotação do planeta e levá-lo a um estado de sincronização com o movimento orbital. De outro, a atmosfera extremamente densa de Vênus, cerca de 90 vezes mais massiva que a da Terra, sofre aquecimento desigual pela radiação solar, produzindo deformações térmicas que geram um torque atmosférico capaz de acelerar a rotação em sentido oposto ao das marés.

Essa competição entre os dois mecanismos explica por que Vênus gira para trás hoje. Mas não responde a uma questão fundamental: como o planeta chegou a esse estado?

O estudo mostra que a atmosfera não apenas mantém a rotação retrógrada, mas é essencial para sua própria existência. Simulações indicam que, se Vênus fosse privado de sua atmosfera, a ação isolada das marés gravitacionais faria o planeta retornar a uma rotação direta em menos de 1 milhão de anos. Nesse cenário, ela tenderia a se sincronizar com o período orbital (o tempo que um corpo celeste leva para completar uma volta inteira ao redor de outro objeto no espaço), como ocorre com a Lua em relação à Terra.

“Se a inversão tivesse sido causada por um evento súbito, como uma colisão, o planeta voltaria depois a girar no sentido correto. Portanto, não pode ser um efeito instantâneo, tem de ser um processo contínuo”, argumenta Sylvio Ferraz Mello, professor do IAG-USP e autor principal do trabalho.

Isso significa que a rotação retrógrada não é um estado robusto por si só: ela depende continuamente da presença e das propriedades da atmosfera. Para entender a origem desse comportamento, o estudo analisa as equações que descrevem a evolução da rotação sob a ação conjunta dos dois torques. O resultado revela uma estrutura típica de sistemas dinâmicos: uma bifurcação em forquilha. Sem atmosfera significativa, o sistema possui um único estado estável, a rotação síncrona (quando o tempo que um corpo celeste leva para dar uma volta em torno de si mesmo é exatamente igual ao tempo que leva para completar uma órbita ao redor de outro corpo).

Com o aumento da influência atmosférica, ele perde estabilidade e se desdobra em dois novos estados estáveis, ambos assíncronos: um com rotação mais lenta que a órbita (subsíncrona) e outro com rotação mais rápida (supersíncrona). Um desses estados pode evoluir para rotação retrógrada. Existe um ponto em que o sistema bifurca: ou o planeta passa a girar mais rápido ou mais devagar. As duas possibilidades se apresentam. No caso de Vênus, ele seguiu o caminho mais lento até inverter o sentido.

O modelo permite reconstruir um possível cenário evolutivo para Vênus. Inicialmente, o planeta, ainda com atmosfera pouco desenvolvida, estaria sujeito principalmente às marés gravitacionais, evoluindo em direção à sincronização. No início, Vênus deve ter girado como a Terra, com o Sol nascendo a leste e se pondo a oeste. As marés foram freando essa rotação até atingir o estado síncrono. Com o tempo, o degaseamento do interior do planeta (o processo pelo qual gases são liberados para a superfície) levou à formação de uma atmosfera densa. Isso aumentou progressivamente o torque atmosférico, até que o sistema atingiu o ponto de bifurcação. A partir desse ponto, a rotação poderia evoluir para um dos dois estados possíveis, com probabilidades comparáveis. Em função das condições no momento da transição, o planeta seguiu para um regime que se tornou retrógrado.

O estudo também mostra que o estado atual de Vênus pode estar próximo de um limite de estabilidade. Pequenas variações em parâmetros como temperatura superficial ou propriedades atmosféricas tenderiam a alterar o equilíbrio entre os torques. E, em certas condições, o sistema perderia estados estacionários estáveis, com uma evolução contínua da rotação. As observações disponíveis ainda não são suficientemente precisas para descartar mudanças lentas no período de rotação, que, eventualmente, estariam ocorrendo.

Um dos resultados mais relevantes do trabalho é sua possível generalização para outros sistemas planetários. O modelo indica que a inversão do sentido de rotação não é um fenômeno raro ou excepcional. Planetas rochosos situados na zona habitável de estrelas semelhantes ao Sol, região onde a temperatura permite a existência de água líquida, podem desenvolver atmosferas suficientemente densas para produzir torques comparáveis aos de Vênus. Nesses casos, a mesma dinâmica pode levar à rotação retrógrada.

Ao substituir cenários catastróficos por um mecanismo contínuo e previsível, o estudo oferece uma nova perspectiva sobre a evolução da rotação planetária. Mais do que explicar um caso particular, ele aponta para um comportamento possivelmente comum no Universo e amplia o quadro teórico necessário para interpretar a diversidade de planetas já observados.

O trabalho foi publicado no periódico The Astronomical Journal.

Fonte: José Tadeu Arantes | Agência FAPESP