Estrelas assassinas de planetas podem vaporizar os mundos rochosos ao seu redor

Na pior das hipóteses, uma estrela intensamente irradiada pode destruir um planeta de baixa massa ao seu redor dentro de apenas alguns milhares de anos.

Quando um mundo pequeno e rochoso se aproxima demais de uma estrela excepcionalmente ativa, o planeta pode começar a evaporar, deixando-o envolto em uma nuvem de poeira que também se arrasta atrás dele, como visto no conceito deste artista. NASA, ESA, L. Calçada 

Às vezes, um planeta vagueia muito perto de sua estrela-mãe, o que faz com que o mundo comece a evaporar. E por um breve período de tempo, é possível que os astrônomos observem esse ato de filicídio cósmico, revelando pistas vitais sobre como esses planetas se formam em primeiro lugar.

Os astrônomos geralmente não têm a chance de abrir um planeta e ver o que está dentro. Com exceção da Terra – e, em certa medida, da Lua e de Marte – os pesquisadores confiam em seus conhecimentos de física e cálculos teóricos para adivinhar o que realmente está acontecendo sob a superfície de um planeta.

Mas às vezes uma estrela abre um planeta para nós.

O Telescópio Espacial Kepler da NASA, lançado em 2009 e desativado em 2018, pesquisou dezenas de milhares de estrelas ao longo de sua missão. Entre essas estrelas, o Kepler encontrou três sistemas estranhos que apresentavam um planeta em órbita acompanhado por uma espessa nuvem de poeira. Todos esses três planetas orbitaram muito perto de suas estrelas hospedeiras, levando os astrônomos a concluir que estavam vendo cada estrela vaporizando seu planeta, virando-o do avesso diante de nossos olhos.

Mas para entender melhor esse conjunto de dados extremamente limitado, uma equipe de astrônomos desenvolveu recentemente uma simulação que modela como um planeta pode ser vaporizado pela intensa radiação de sua estrela-mãe. O objetivo era ver o quão raro ou comum é esse cenário de evaporação catastrófica, bem como determinar o que os pesquisadores podem aprender com esses incidentes. A configuração da simulação incluiu a variação do nível de radiação da estrela hospedeira, o tamanho do planeta, sua distância orbital e a composição química e composição do planeta.

Os pesquisadores descobriram que, em geral, quando um planeta se aproxima demais de sua estrela hospedeira, raramente fica bem para o mundo. E quanto menor o planeta, mais rapidamente as coisas vão ladeira abaixo. Os resultados, detalhados no site de preprints arXiv.org, foram submetidos para publicação na Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

O que é preciso para uma estrela destruir um planeta?

De acordo com o novo estudo, um planeta em evaporação deve sentar-se muito perto de sua estrela para experimentar níveis de radiação intensos o suficiente para destruir o mundo. A distâncias tão próximas, tal planeta quase certamente estaria bloqueado pelas marés, com um lado do planeta permanentemente voltado para a estrela furiosa. Estar preso às marés a uma estrela configura uma situação estranha para um planeta: um lado atingirá temperaturas altas o suficiente para derreter e vaporizar seu material rochoso, enquanto o lado oposto será tão frio que o gelo de água pode se formar.

Os pesquisadores descobriram que um planeta em evaporação experimenta uma competição entre o efeito de resfriamento natural do lado noturno permanente do planeta e o superaquecimento da estrela no lado diurno do planeta. Dentro de apenas alguns milhares de anos de vagar muito perto de sua estrela, a maior parte do planeta se solidifica a partir do efeito de resfriamento - exceto por uma fina concha de magma que enfrenta a estrela.

Os pesquisadores determinaram que toda a evaporação planetária ocorre devido a essa fina casca de magma. E isso cria uma nuvem de poeira ao redor do planeta, bem como um rastro de detritos atrás dele em sua órbita.

No caso mais extremo de um planeta de baixa massa se aproximando de uma estrela intensamente irradiada, os pesquisadores descobriram que tal planeta é capaz de evaporar completamente antes de ter a chance de se solidificar, destruindo o mundo dentro de apenas alguns milhares de anos. No entanto, o cenário muito mais comum é que o planeta sofra com bilhões de anos de agonia à medida que sua estrela lentamente corrói o lado diurno do planeta.

Os pesquisadores também determinaram que há uma janela de tempo relativamente pequena durante a qual um planeta em evaporação está perdendo material suficiente para que possamos detectá-lo. Deve haver um fluxo significativo de rocha evaporada para ver, exigindo temperaturas mais altas e massas mais baixas, mas o planeta também tem que ficar por tempo suficiente para que possamos observar sua destruição.

Quantos planetas em evaporação existem?

Os pesquisadores também foram capazes de inverter a questão. Agora que eles conheciam as condições necessárias para que um planeta em evaporação fosse detectável, eles poderiam pegar os três planetas catastroficamente evaporados conhecidos encontrados na amostra do Kepler e usá-los para estimar o número total de pequenos planetas em toda a galáxia.

Normalmente, um instrumento como o Kepler é incapaz de detectar planetas do tamanho da Terra e menores. Isso porque sua técnica para encontrar planetas depende da detecção de uma pequena queda no brilho de uma estrela à medida que seu planeta cruza a frente dela do nosso ponto de vista. Se o planeta for muito pequeno, o mergulho será indetectável e o planeta permanecerá invisível. Assim, mesmo que o Kepler tenha produzido um tesouro de milhares de exoplanetas, sabemos que a pesquisa está incompleta.

Armados com seus cálculos, os pesquisadores estimaram que, para cada estrela na galáxia, há aproximadamente um pequeno planeta a menos do que a massa da Terra. Além disso, os pesquisadores descobriram que observações futuras, especialmente com o Telescópio Espacial James Webb, serão capazes de realizar estudos detalhados das nuvens de poeira ao redor dos planetas em evaporação para determinar do que esses mundos moribundos são feitos.

Fonte: Astronomy.com