Nos últimos anos, os astrónomos ficaram surpresos ao descobrir que a maioria das estrelas semelhantes ao Sol albergam pelo menos um planeta entre a Terra e Neptuno, com um tamanho e uma órbita mais próxima do que a de Mercúrio no nosso próprio sistema solar – que o nosso sistema solar não tem. Esses mundos, conhecidos como super-Terras e sub-Netunos, são os tipos de planetas mais abundantes na Via Láctea. No entanto, embora sejam tão comuns, a forma como se formam ainda não está clara. Uma equipa internacional de investigadores encontrou agora a peça do puzzle que há muito faltava, medindo directamente a evolução de quatro planetas extremamente jovens nestas formas planetárias comuns.
Ao estudar o sistema V1298 Tau, os investigadores capturaram uma imagem invulgarmente precoce do desenvolvimento do planeta. As suas medições revelam planetas que estão a transformar-se em super-Terras e sub-Neptunos visíveis por toda a galáxia.
“O que é emocionante é que estamos a ver uma antevisão de um sistema planetário muito normal”, disse o principal autor do estudo, John Livingston, do Centro de Astrobiologia em Tóquio, Japão. “Os quatro planetas que estudamos provavelmente colapsaram em ‘super-Terras’ e ‘sub-Neptunos’ – os tipos mais comuns de planetas na nossa galáxia, mas nunca tivemos uma compreensão tão clara dos seus períodos de formação.”
Um jovem sistema estelar congelado no tempo
V1298 Tau é muito jovem segundo os padrões astronómicos, tendo apenas cerca de 20 milhões de anos – um piscar de olhos em comparação com os 4,5 mil milhões de anos de história do Sol. Quatro grandes planetas orbitam esta estrela dinâmica, cada um variando em tamanho de Netuno a Júpiter. Estes mundos parecem estar no meio de uma fase breve e caótica de mudanças rápidas, proporcionando um vislumbre de como eram outrora muitos sistemas planetários maduros.
Os astrónomos acreditam que este sistema representa uma versão inicial dos sistemas multiplanetários compactos comuns na Via Láctea. Tal como a Pedra de Roseta ajudou os cientistas a interpretar hieróglifos antigos, V1298 Tau fornece uma referência fundamental para a compreensão de como os planetas mais comuns da Via Láctea se formaram.
Medindo a massa do planeta sem sinal Doppler
Ao longo de uma década, a equipe contou com uma combinação de telescópios espaciais e terrestres para monitorar o sistema. Eles rastrearam o momento preciso em que cada planeta passou na frente de sua estrela, conhecido como evento de trânsito. Estas observações indicam que a órbita do planeta não é totalmente estável. Em vez disso, os planetas são sutilmente atraídos um pelo outro, causando pequenas, mas mensuráveis, mudanças no tempo de seus trânsitos.
Estas mudanças, conhecidas como variações do tempo de trânsito (TTV), permitem aos cientistas calcular diretamente a massa de um planeta pela primeira vez.
“Para os astrónomos, o nosso método ‘Doppler’ preferido para medir o peso de um planeta envolve medir cuidadosamente a velocidade de uma estrela à medida que é puxada pelo planeta que a acompanha,” disse o co-autor Erik Petigura da UCLA. “Mas as estrelas jovens são muito instáveis, ativas e temperamentais, por isso o método Doppler não funciona.” Ao usar o TTV, estamos essencialmente usando a própria gravidade dos planetas para lutar uns contra os outros. Calcular com precisão o momento em que puxam os seus vizinhos permite-nos calcular as suas massas e evita o problema desta jovem estrela. “
Um planeta tão leve quanto marshmallows cósmicos
Medições de massa revelaram um resultado surpreendente. Embora os planetas sejam cinco a dez vezes maiores que a Terra, eles têm apenas cinco a quinze vezes mais massa. Esta combinação torna-os de densidade muito baixa – mais parecidos com marshmallows do tamanho de um planeta do que com mundos rochosos sólidos.
“Os raios invulgarmente grandes dos planetas jovens levaram à suposição de que têm densidades muito baixas, mas isso nunca foi medido,” disse Trevor David, co-autor da descoberta original do sistema pelo Flatiron Institute em 2019. “Ao pesar estes planetas pela primeira vez, fornecemos a primeira evidência observacional de que estão de facto invulgarmente ‘inflados’, dando-nos uma referência teórica importante e há muito esperada para a evolução planetária.”
Perde atmosfera e encolhe com o tempo
Este inchaço extremo ajuda a resolver um problema antigo na formação de planetas. Se os planetas se formassem e esfriassem lentamente, eles seriam mais densos. Em vez disso, a análise mostra que estes jovens mundos devem ter sofrido mudanças dramáticas desde o início, perdendo rapidamente grande parte das suas atmosferas espessas à medida que o disco de gás em torno das suas estrelas desaparecia.
“Estes planetas sofreram transformações dramáticas, perdendo rapidamente grande parte das suas atmosferas originais e arrefecendo mais rapidamente do que esperávamos do Modelo Padrão,” explica o co-autor James Owen do Imperial College London, que liderou a modelação teórica. “Mas ainda estão a evoluir. Ao longo dos próximos milhares de milhões de anos, continuarão a perder as suas atmosferas e a encolher significativamente, transformando-se nos mundos compactos que vemos em toda a Via Láctea.”
Petigula comparou a importância deste sistema às famosas descobertas de fósseis. “Lembro-me do famoso fóssil ‘Lucy’, um dos nossos ancestrais hominídeos que viveu há 3 milhões de anos e foi um dos principais ‘elos perdidos’ entre os macacos e os humanos”, disse ele. “V1298Tau é um elo fundamental entre as nebulosas de formação de estrelas/planetas que vemos no céu e os milhares de sistemas planetários maduros que descobrimos agora.”
Por que nosso sistema solar é diferente
Hoje, V1298 Tau serve como um laboratório natural para estudar como se formam os planetas mais comuns da Via Láctea. As observações deste sistema fornecem informações raras sobre o início da vida caótica e transformadora de um planeta e podem ajudar a explicar por que o nosso próprio sistema solar não possui as super-Terras e os sub-Netunos que dominam outros lugares.
“Esta descoberta muda fundamentalmente a nossa visão dos sistemas planetários”, acrescentou Livingston. “V1298 Tau mostra-nos que as super-Terras e sub-Netunos de hoje começaram como mundos enormes e fofos que encolheram com o tempo. Estamos essencialmente observando a formação das estruturas planetárias mais bem-sucedidas do universo.”
