Os astrônomos ficaram surpresos ao saber nos últimos anos que, como a maioria dos sóis, eles hospedam pelo menos um planeta que fica entre a Terra e Netuno em tamanho e orbita mais próximo do nosso Sistema Solar do que Mercúrio – um tamanho e uma órbita ausentes do nosso. Esses mundos, conhecidos como super-Terras e sub-Netunos, constituem os tipos de planetas mais abundantes na Via Láctea. No entanto, apesar de toda a sua difusão, a forma como se formam permanece obscura. Uma equipe de pesquisa internacional identificou agora uma peça do quebra-cabeça que faltava há muito tempo, medindo diretamente quatro planetas muito jovens à medida que evoluem em direção a esta forma planetária comum.
Ao estudar o sistema V1298 Tau, os investigadores capturaram uma imagem inicial incomum do desenvolvimento do planeta. As suas medições revelam planetas apanhados no ato de se transformarem em super-Terras e sub-Neptunos vistos por toda a galáxia.
“O que é tão 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 serão reduzidos a ‘super-Terras’ e ‘sub-Neptunos’ – os tipos mais comuns de planetas na nossa galáxia, mas nunca tivemos uma imagem tão clara deles durante os seus anos de formação.”
Um jovem sistema estelar congelado no tempo
V1298 Tau é notavelmente jovem segundo os padrões astronómicos, tendo apenas 20 milhões de anos – um piscar de olhos em comparação com os 4,5 mil milhões de anos de história do Sol. Quatro planetas principais, de Netuno a Júpiter, orbitam esta poderosa estrela. Estes mundos parecem estar numa fase caótica e de curta duração de mudanças rápidas, dando uma ideia de como eram outrora muitos sistemas planetários maduros.
Os astrônomos acreditam que este sistema representa uma versão inicial dos sistemas multiplanetários compactados comumente encontrados em toda a galáxia. Tal como a Pedra de Roseta ajudou os cientistas a decifrar hieróglifos antigos, V1298 Tau fornece uma referência fundamental para a compreensão de como os planetas mais comuns da galáxia se formam.
Medindo massas planetárias sem sinais Doppler
Durante um período de dez anos, a equipe contou com uma combinação de telescópios espaciais e terrestres para monitorar o sistema. Eles rastrearam os momentos precisos em que cada planeta passou na frente de sua estrela, eventos chamados trânsitos. Estas observações revelaram que as órbitas dos planetas não eram perfeitamente estacionárias. Em vez disso, os planetas aproximam-se subtilmente, causando pequenas, mas mensuráveis, mudanças nos seus tempos de trânsito.
Estas variações, conhecidas como variações de tempo de trânsito (TTV), permitem aos cientistas calcular diretamente a massa do planeta pela primeira vez.
“Para os astrónomos, o nosso método ‘Doppler’ para pesar planetas envolve medir cuidadosamente a velocidade da estrela à medida que é interceptada pela órbita do planeta.” disse Eric Petigura, co-autor da UCLA. “Mas as estrelas jovens são tão irregulares, ativas e temperamentais que o método Doppler é um fracasso.” Usando o TTV, basicamente usamos a gravidade dos planetas uns contra os outros. “Na verdade, saber como elas se aproximam das suas vizinhas permite-nos calcular a sua massa e evitar problemas com estas estrelas jovens.”
Planetas leves como algodão doce cósmico
Medições de massa revelaram um resultado interessante. Os planetas são cinco a dez vezes maiores que a Terra, mas apenas cinco a quinze vezes mais massivos. Esta combinação torna-os invulgarmente de baixa densidade – mais parecidos com algodão doce do tamanho de um planeta do que com mundos sólidos e rochosos.
“Supõe-se que os raios invulgarmente grandes dos planetas jovens tenham densidades muito baixas, mas isso nunca foi medido,” disse o co-autor Trevor David, do Flatiron Institute, que liderou a descoberta original do sistema em 2019. Uma referência importante e há muito esperada para a teoria da evolução planetária.”
A atmosfera está perdendo e encolhendo com o tempo
Esta protuberância extrema ajuda a resolver uma questão de longa data sobre a formação planetária. Se os planetas se formassem de forma simples e esfriassem lentamente, seriam muito mais compactos. Em vez disso, a análise mostra que estes mundos jovens devem ter mudado dramaticamente no início, perdendo rapidamente grandes porções das suas atmosferas espessas à medida que o disco de gás circundante em torno das suas estrelas desaparecia.
“Estes planetas já passaram por uma transformação dramática, perdendo rapidamente as suas atmosferas centrais e arrefecendo mais rapidamente do que esperaríamos do modelo padrão,” explicou James Owen, co-autor 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, formando os mundos compactos que vemos por toda a galáxia.”
Petigura comparou a importância do sistema a uma famosa descoberta de fóssil. “Lembro-me do famoso fóssil ‘Lucy’, um dos nossos ancestrais hominídeos que viveu há 3 milhões de anos e foi um dos ‘elos perdidos’ entre os macacos e os humanos”, disse ele. “V1298Tau é um elo importante entre as nebulosas de formação de estrelas/planetas que vemos no céu e os sistemas planetários maduros que agora descobrimos aos milhares.”
Por que nosso sistema solar é diferente?
Hoje, V1298 Tau é um laboratório natural para estudar como surgiram os planetas mais comuns da Via Láctea. As observações deste sistema fornecem uma visão rara sobre as primeiras vidas caóticas e transformadoras dos planetas e podem ajudar a explicar porque é que o nosso próprio sistema solar não possui as super-Terras e os sub-Neptunos que dominam noutros locais.
“Esta descoberta muda fundamentalmente a forma como pensamos sobre o sistema planetário”, acrescentou Livingston. “V1298 Tau mostra-nos que as super-Terras e sub-Netunos de hoje começaram como mundos gigantescos e inchados que se contraíram ao longo do tempo. Estamos essencialmente olhando para a criação da arquitetura planetária de maior sucesso no universo.”
