Dados da NASA revelam possível razão pela qual alguns exoplanetas estão encolhendo

Alguns exoplanetas parecem estar a perder as suas atmosferas e a encolher. Num novo estudo realizado com dados do aposentado telescópio espacial Kepler da NASA, os astrónomos encontraram evidências de uma possível causa: os núcleos destes planetas estão a empurrar as suas atmosferas de dentro para fora.

Esta ilustração mostra o possível aspeto do sub-Neptuno TOI-421 b. Num novo estudo, os cientistas descobriram novas evidências que sugerem como este tipo de planetas podem perder a sua atmosfera. Crédito: NASA, ESA, CSA, e D. Player (STScI)  

Os exoplanetas (planetas para lá do nosso Sistema Solar) existem numa variedade de tamanhos, desde pequenos planetas rochosos a colossais gigantes gasosos. No meio estão as super-Terras rochosas e os maiores sub-Neptunos com atmosferas inchadas. Mas há uma ausência conspícua - uma "lacuna de tamanho" - de planetas que se situam entre 1,5 e 2 vezes o tamanho da Terra (ou entre super-Terras e sub-Neptunos) que os cientistas têm vindo a trabalhar para compreender melhor.

"Os cientistas já confirmaram a deteção de mais de 5000 exoplanetas, mas há menos planetas do que se esperava com um diâmetro entre 1,5 e 2 vezes o da Terra", disse a investigadora do Caltech/IPAC Jessie Christiansen, líder científica do Arquivo de Exoplanetas da NASA e autora principal do novo estudo publicado na revista The Astronomical Journal.

"Os cientistas exoplanetários têm agora dados suficientes para dizer que esta lacuna não é um acaso. Há algo que impede os planetas de atingirem e/ou manterem este tamanho".

Os investigadores pensam que esta lacuna pode ser explicada pelo facto de certos sub-Neptunos perderem a sua atmosfera ao longo do tempo. Esta perda aconteceria se o planeta não tivesse massa suficiente e, portanto, força gravitacional, para manter a sua atmosfera.

Assim, os sub-Neptunos que não são suficientemente massivos encolheriam até ao tamanho das super-Terras, deixando a lacuna entre os dois tamanhos de planetas.

Mas a forma exata como estes planetas estão a perder a sua atmosfera tem permanecido um mistério. Os cientistas chegaram a um consenso sobre dois mecanismos prováveis: um deles é chamado de perda de massa alimentada pelo núcleo; e o outro, fotoevaporação. O estudo descobriu novas evidências que apoiam o primeiro.

Este infográfico mostra os principais tipos de exoplanetas. Os cientistas têm estado a trabalhar para compreender melhor a "lacuna de tamanho", ou ausência conspícua, de planetas que se situam entre as super-Terras e os sub-Neptunos. Crédito: NASA/JPL-Caltech

Resolvendo o mistério

A perda de massa impulsionada pelo núcleo ocorre quando a radiação emitida pelo núcleo quente de um planeta empurra a atmosfera para longe do planeta ao longo do tempo, "e essa radiação está a empurrar a atmosfera por baixo", disse Christiansen.

A outra explicação principal para a lacuna planetária, a fotoevaporação, ocorre quando a atmosfera de um planeta é essencialmente soprada pela radiação quente da sua estrela hospedeira. Neste cenário, "a radiação altamente energética da estrela atua como um secador de cabelo num cubo de gelo", disse.

Embora se pense que a fotoevaporação ocorre durante os primeiros 100 milhões de anos de um planeta, a perda de massa alimentada pelo núcleo ocorre muito mais tarde - perto dos mil milhões de anos de vida de um planeta. Mas com qualquer um dos mecanismos, "se não tiver massa suficiente, não consegue manter-se, perde a sua atmosfera e encolhe", acrescentou Christiansen.

Para este estudo, Chistiansen e os seus coautores utilizaram dados do K2 da NASA, uma missão alargada do Telescópio Espacial Kepler, para observar os enxames estelares do Presépio e das Híades, que têm entre 600 milhões e 800 milhões de anos.

Como se pensa que os planetas têm geralmente a mesma idade que a sua estrela hospedeira, os sub-Neptunos deste sistema estariam para além da idade em que a fotoevaporação poderia ter tido lugar, mas não suficientemente velhos para terem sofrido uma perda de massa impulsionada pelo núcleo.

Assim, se a equipe verificasse que haviam muitos sub-Neptunos nos enxames do Presépio e das Híades (em comparação com estrelas mais velhas noutros enxames), poderia concluir que a fotoevaporação não tinha ocorrido. Nesse caso, a perda de massa alimentada pelo núcleo seria a explicação mais provável para o que acontece aos sub-Neptunos menos massivos ao longo do tempo.

Ao observar o enxame do Presépio e o enxame das Híades, os investigadores descobriram que quase 100% das estrelas nestes enxames ainda têm um planeta sub-Neptuno ou um candidato a planeta na sua órbita. A julgar pelo tamanho destes planetas, os investigadores pensam que eles mantiveram as suas atmosferas.

Isto difere das outras estrelas mais antigas observadas pelo K2 (estrelas com mais de 800 milhões de anos), das quais apenas 25% têm sub-Neptunos em órbita. A idade mais avançada destas estrelas está mais próxima do período de tempo em que se pensa que ocorre a perda de massa impulsionada pelo núcleo.

A partir destas observações, a equipe concluiu que a fotoevaporação não poderia ter ocorrido nos enxames do Presépio e das Híades. Se tivesse acontecido, teria ocorrido centenas de milhões de anos antes, e estes planetas teriam pouca ou nenhuma atmosfera. Isto deixa a perda de massa alimentada pelo núcleo como a principal explicação para o que provavelmente acontece com as atmosferas destes planetas.

A equipe de Christiansen passou mais de cinco anos a construir o catálogo de candidatos a planetas necessário para o estudo. Mas a investigação está longe de estar concluída, disse, e é possível que a compreensão atual da fotoevaporação e/ou da perda de massa alimentada pelo núcleo possa evoluir.

As descobertas serão provavelmente postas à prova por estudos futuros antes que alguém possa declarar o mistério desta lacuna planetária resolvido de uma vez por todas.

Fonte: Nasa