Nosso sistema solar não é tão incomum quanto pensávamos

Um novo esquema de classificação agrupa sistemas exoplanetários semelhantes para ajudar os cientistas a entender melhor a formação dos planetas — incluindo a história da nossa própria família de mundos.

O sistema Kepler-11, como imaginado de cima, é um sistema planetário "ervilhas em uma vagem". Crédito: NASA 

Astrônomos descobriram mais de 300 sistemas exoplanetários que têm três ou mais planetas conhecidos. A maioria desses planetas tem aproximadamente o mesmo tamanho e estão espaçados próximos uns dos outros, o que lhes rendeu o apelido de “ervilhas em uma vagem”. Eles também orbitam perto de suas estrelas, em muitos casos mais perto do que Mercúrio está do Sol.

Nosso sistema solar, por outro lado, parece ser diferente.

“[Cientistas planetários] achavam que nosso sistema solar não era padrão em seus espaçamentos”, diz a astrônoma Juliette Becker da Universidade de Wisconsin-Madison. Em particular, os planetas rochosos não estão tão próximos uns dos outros quanto em outros sistemas, há uma grande lacuna (o cinturão principal) entre Marte e Júpiter, e os planetas gigantes também não estão muito próximos uns dos outros.

Mas um novo estudo de Becker e uma equipe de pesquisadores sugere que nosso sistema solar não é tão incomum quanto se pensava anteriormente. O estudo, publicado no The Astronomical Journal , é o primeiro a usar todo o catálogo de exoplanetas para examinar a arquitetura de sistemas planetários.

Como ervilhas em uma vagem

Para classificar os sistemas planetários em grupos, a equipe examinou tanto os tamanhos dos exoplanetas quanto suas proporções de período — o número de dias que um determinado planeta leva para orbitar sua estrela dividido pelo número de dias que o planeta mais próximo da estrela leva para orbitar — como uma medida de quão próximos os mundos estão uns dos outros. 

No total, cerca de 80% dos sistemas com três ou mais planetas se enquadram na categoria de "ervilhas numa vagem".

“Não existe um critério rigoroso para determinar se algo é ou não farinha do mesmo saco”, diz Becker.

A equipe considerou os sistemas como ervilhas em uma vagem, mesmo que seus planetas não sejam perfeitamente espaçados uniformemente. Por exemplo, Kepler-11 tem seis planetas conhecidos que completam uma órbita ao redor de sua estrela em cerca de 10, 13, 23, 32, 47 e 118 dias (razões de período de 1,3, 1,7, 1,4, 1,5 e 2,5, respectivamente). Em nosso sistema solar, Mercúrio, Vênus, Terra e Marte têm razões de período de cerca de 2,6, 1,6 e 1,9, respectivamente.

No geral, o estudo mostrou que nosso sistema solar se encaixa razoavelmente bem na categoria de "ervilhas na vagem" da equipe.

Linha divisória

Alguns sistemas de ervilhas em uma vagem também têm planetas externos, como nosso sistema solar. Decidir sobre uma regra para designar regiões internas e externas não foi fácil, mas a equipe classificou planetas externos como aqueles que levam mais de 130 dias para orbitar suas estrelas e são separados por razões de período maiores que 5.

Essas condições duais classificaram alguns planetas em regiões internas, apesar de serem separados por grandes lacunas. Os pesquisadores chamaram esses sistemas de ervilhas com lacunas em uma vagem. Kepler-62 é um exemplo, com cinco planetas que levam cerca de 6, 12, 18, 122 e 267 dias para orbitar sua estrela (razões de período de 2,2, 1,5, 6,7 e 2,2, respectivamente).

“É possível que algumas dessas lacunas sejam planetas que ainda não detectamos”, diz o cientista planetário André Izidoro, da Universidade Rice, que não estava envolvido no estudo.

Alguns dos sistemas de um ou dois planetas que a equipe categorizou também podem ter mais planetas menores que Júpiter e, portanto, eventualmente serem reatribuídos à categoria de ervilhas em uma vagem.

A equipe também criou uma categoria separada chamada sistemas “Júpiter quente” para aqueles que têm planetas maiores que Júpiter nas regiões internas com planetas menores. A distinção adicional era para levar em conta a maior variabilidade nas massas desses planetas e nas proporções de período.

No geral, a equipe conseguiu classificar cerca de 97 por cento dos sistemas planetários com três ou mais planetas. O esquema de classificação também é amplo o suficiente para incluir planetas menores que poderiam ser descobertos com telescópios mais poderosos no futuro.

Arquitetura da formação dos planetas

O novo esquema de classificação também é útil para entender como os sistemas planetários evoluem. Por exemplo, a equipe conseguiu distinguir sistemas de ervilhas em uma vagem de sistemas de Júpiter quente.

“Este é um passo importante para tentar entender como esses sistemas planetários chegam a essas arquiteturas preferidas [de ervilhas em uma vagem]”, diz o cientista planetário Darryl Seligman, da Michigan State University, que não estava envolvido no estudo. “Talvez Júpiteres quentes evitem isso.”

Ervilhas em uma vagem, com seus planetas de tamanhos similares, também podem implicar um processo físico comum de como seus planetas cresceram a partir de grãos de poeira. No processo, tais sistemas podem ter experimentado colisões e crescimento adicional.

“O que é surpreendente sobre esses sistemas é que, mesmo que experimentem instabilidades, eles ainda podem preservar seus arranjos de ervilhas em uma vagem, como vimos em simulações”, diz Izidoro.

Dividir os sistemas em grupos também tem a vantagem de identificar valores discrepantes, o que pode levar os pesquisadores a pensar sobre o processo único pelo qual os planetas se formam e evoluem.

Por exemplo, TRAPPIST-1 e Kepler-42 são sistemas miniaturas do tipo ervilhas em uma vagem, sendo que este último tem planetas que completam uma órbita em menos de dois dias.

“Quebrar um esquema de classificação às vezes é o que impulsiona a ciência para a frente”, diz Seligman.

Muito esforço foi feito para classificar os quase 6.000 exoplanetas descobertos até o momento por tamanho e período orbital. Mas examinar seus sistemas como objetos tem sido limitado.

“Na verdade, é muito difícil obter planetas suficientes para começar a construir categorias e tentar entender quais são os agrupamentos de planetas que existem”, diz Becker. “Estamos realmente em um momento emocionante.”

Astronomy.com