Qual é o tamanho máximo que um planeta pode atingir? A teoria de astrofísicos da Califórnia

    Novas medições químicas de um sistema estelar distante lançam luz sobre como se formam os gigantes gasosos massivos: aprenda sobre a teoria com especialistas em astrofísica da Universidade da Califórnia.

    Num novo estudo, o Telescópio Espacial James Webb capturou espectros infravermelhos detalhados de três planetas do sistema HR 8799, permitindo aos cientistas medir a composição das suas atmosferas.
    Num novo estudo, o Telescópio Espacial James Webb capturou espectros infravermelhos detalhados de três planetas do sistema HR 8799, permitindo aos cientistas medir a composição das suas atmosferas.

    Astrofísicos da Universidade da Califórnia detetaram sulfeto de hidrogénio nas atmosferas de três exoplanetas massivos a orbitar a jovem estrela HR 8799, marcando a primeira vez que esta molécula foi identificada em planetas observados através de imagens diretas.

    A medição, feita com o Telescópio Espacial James Webb da NASA, fornece mais evidências de que estes gigantes gasosos podem formar-se da mesma forma que Júpiter: por acreção de material sólido.

    Localizado a cerca de 130 anos-luz da Terra, o sistema HR 8799 contém quatro planetas conhecidos, cada um com várias vezes a massa de Júpiter. Desde a sua descoberta em 2008, estes corpos tornaram-se alvos importantes para o estudo de jovens gigantes, pois podem ser observados diretamente, em vez de inferidos a partir de mudanças subtis no movimento da sua estrela hospedeira.

    O sulfeto de hidrogénio detetado nas atmosferas dos planetas fornece evidências de que material sólido contribuiu significativamente para a sua formação.
    O sulfeto de hidrogénio detetado nas atmosferas dos planetas fornece evidências de que material sólido contribuiu significativamente para a sua formação.

    No novo estudo, publicado na revista Nature Astronomy, investigadores utilizaram o dispositivo espectrógrafo de infravermelho próximo do telescópio James Webb para analisar a luz infravermelha de três planetas: HR 8799 C, D e E. Os espectros revelaram a presença de vapor de água, metano, monóxido de carbono, dióxido de carbono e sulfeto de hidrogénio. A partir destas medições, a equipa calculou a abundância de carbono, oxigénio e enxofre em cada atmosfera.

    Os resultados mostraram que os três planetas são enriquecidos com estes elementos mais pesados em comparação com as suas estrelas hospedeiras, numa proporção de aproximadamente dois para nove.

    O que a química revela

    Planetas gigantes podem formar-se através de duas vias principais. Numa delas, uma região de um disco protoplanetário colapsa rapidamente sob a ação da gravidade, produzindo um planeta cuja composição se assemelha muito à da sua estrela. Na outra, um núcleo sólido forma-se inicialmente a partir de rocha e gelo, antes de atrair uma espessa camada de gás num processo ascendente mais lento, que pode concentrar elementos mais pesados na atmosfera.

    Carbono e oxigénio, por si só, não são críticos, pois ambos podem ser incorporados através da acreção de gás. O enxofre, no entanto, impõe uma restrição maior. Nas regiões externas e frias de um disco, espera-se que o enxofre seja encontrado quase que inteiramente como partículas sólidas, em vez de como um gás livre.

    Os planetas gigantes de HR 8799 têm várias vezes a massa de Júpiter e orbitam a grandes distâncias da sua estrela.
    Os planetas gigantes de HR 8799 têm várias vezes a massa de Júpiter e orbitam a grandes distâncias da sua estrela.

    Um planeta formado principalmente pelo colapso de gás deveria reter níveis de enxofre próximos aos estelares; um planeta que incorpora uma quantidade significativa de material sólido deveria apresentar um claro enriquecimento.

    Os planetas do sistema HR 8799 exibem níveis elevados de enxofre, e o grau de enriquecimento de enxofre corresponde em grande parte ao de carbono e oxigénio, sugerindo que o material sólido desempenhou um papel crucial na formação desses enormes corpos celestes.

    Implicações para planetas massivos

    Júpiter e Saturno exibem um enriquecimento semelhante de elementos pesados em relação ao Sol, uma característica tipicamente associada à acreção de núcleo. Os novos resultados indicam que processos semelhantes podem ocorrer em planetas com massa várias vezes maior que a de Júpiter e a distâncias muito maiores das suas estrelas.

    As observações em infravermelho feitas pelo Telescópio Espacial James Webb permitem que os cientistas meçam a composição atmosférica de exoplanetas fotografados diretamente com um nível de detalhe sem precedentes.
    As observações em infravermelho feitas pelo Telescópio Espacial James Webb permitem que os cientistas meçam a composição atmosférica de exoplanetas fotografados diretamente com um nível de detalhe sem precedentes.

    O estudo estima que os quatro planetas de HR 8799 contenham coletivamente aproximadamente 600 massas terrestres de elementos pesados, o que implica uma reserva substancial de sólidos no disco protoplanetário do sistema.

    Ainda não se sabe ao certo se os planetas formaram-se no mesmo local ou migraram. No entanto, o seu padrão químico partilhado sugere uma história de formação comum, construída a partir de material sólido em vez de gás.