Um único impacto pode deixar um planeta gigante vibrando por milhões de anos

 Para entender o quão caótico era o sistema solar primitivo, basta olhar para a Lua. Sua superfície craterizada carrega as cicatrizes de inúmeras colisões. O sistema solar primitivo era como um campo de destroços onde objetos se chocavam uns contra os outros em cascatas de colisões.

O mesmo deve ser verdade em todos os sistemas solares jovens, e em um novo artigo, pesquisadores descrevem como simularam uma colisão entre dois planetas massivos para ver o que aconteceria. 

Novas pesquisas mostram que o JWST pode detectar evidências sísmicas de colisões planetárias massivas por milhões de anos após o impacto. Embora a imagem deste artista mostre dois planetas rochosos colidindo, gigantes gasosos com alta metalicidade também colidem e criam atividade sísmica de longa duração. Crédito: NASA/SOFIA/Lynette Cook

A pesquisa, intitulada "Oscilações Sísmicas Excitadas por Impactos Gigantes em Planetas Gigantes Obtidos Diretamente por Imagens", está disponível no servidor de pré-impressão arXiv . O autor principal é JJ Zanazzi, físico teórico da UC Berkeley que estuda a formação de planetas.

Duas questões norteiam este trabalho. Uma pergunta se um impacto gigante como este produz ondas sísmicas potentes e duradouras, e a segunda pergunta se o JWST consegue detectá-las. O JWST não consegue detectar ondas sísmicas, mas consegue detectar mudanças na luz com extrema precisão. Se as ondas sísmicas forem suficientemente potentes, o telescópio espacial consegue detectá-las através das mudanças fotométricas no planeta gigante.

"Em princípio, impactos em escala planetária poderiam excitar oscilações sísmicas em exoplanetas diretamente imageados, que poderiam ser detectados por missões espaciais como o JWST e o Roman", escrevem os autores. "Aqui, mostramos que um impacto gigante com um gigante gasoso jovem excita oscilações sísmicas de longa duração que podem ser detectadas fotometricamente."

Eles se concentram em um exoplaneta específico chamado Beta Pictoris b, um jovem super-Júpiter com cerca de 13 massas de Júpiter. Beta Pictoris b tem apenas cerca de 12 a 20 milhões de anos. O sistema Beta Pictoris e o exoplaneta são objeto de muitas pesquisas. Pesquisas mostram que o planeta é enriquecido com metais, provavelmente devido a um "forte enriquecimento planetesimal", afirma um artigo de 2019.

O exoplaneta gigante contém entre 100 e 300 massas terrestres de metais pesados. Em astronomia, metais são qualquer coisa mais pesada que hidrogênio e hélio, enquanto metais pesados ​​são mais pesados ​​que ferro.

Os pesquisadores calcularam os resultados de um planeta com a massa de Netuno e 17 massas terrestres colidindo e se fundindo com Beta Pictoris b.

Esta figura ajuda a ilustrar parte da pesquisa. À esquerda, estão os modos f, que são modos fundamentais ou de superfície. Eles são predominantemente horizontais e se assemelham a ondas superficiais na água. À direita, estão os modos p, que são modos de pressão ou modos acústicos. São como ondas sonoras. Os modos f podem medir a superfície, enquanto os modos p podem medir o interior. As cores indicam um excesso (vermelho) ou déficit (azul) de temperatura. Crédito: Zanazzi et al. 2025

"Os vastos estoques de metais pesados ​​em exoplanetas com a massa de Júpiter podem ser acumulados a partir de impactos gigantescos", explicam os autores. "Os impactadores e o momento que eles conferem a um planeta em crescimento excitam um espectro de modos sísmicos."

Eles explicam que, uma vez ativada, essa atividade sísmica pode persistir em escalas de tempo semelhantes à idade de um planeta jovem.

Os pesquisadores descobriram que a luminosidade de Beta Pictoris b variaria de acordo com as ondas sísmicas induzidas. O JWST detectaria alguns efeitos se uma colisão tivesse ocorrido nos últimos 9 a 18 milhões de anos.

O uso dos poderosos recursos fotométricos do JWST oferece uma nova maneira de usar ondas sísmicas para sondar o interior de exoplanetas.

"A sismologia oferece uma janela direta para o interior de planetas gigantes", escrevem os autores. "Como os modos normais de vida mais longa têm frequências comparáveis ​​à frequência dinâmica do planeta... uma medição de frequência restringiria a densidade do planeta."

Eles também afirmam que algumas dessas observações podem detectar "regiões de estratificação estável, como foi feito para Saturno". Medições de gravidade têm sido usadas para medir as estruturas internas de planetas gigantes, mas esse método pode ser usado em planetas gigantes distantes ao redor de outras estrelas.

Os autores explicam que seu método poderia ter outros usos: poderia ser usado para detectar migrações planetárias.

"Impactos não são a única maneira de excitar oscilações em planetas gigantes", escrevem os autores. "Júpiteres quentes e mornos podem se formar por meio de migração de alta excentricidade, um processo pelo qual forças gravitacionais de maré da estrela hospedeira excitam o modo fundamental de frequência mais baixa para grandes amplitudes.

"As curvas de luz infravermelha de planetas massivos altamente excêntricos podem exibir variações dos modos f excitados por maré", eles concluem.

Phys.org