Durante décadas, os astrónomos tentaram compreender porque é que tantos corpos gelados no sistema solar exterior são como bonecos de neve, dois corpos esféricos unidos. Pesquisadores da Universidade Estadual de Michigan relataram agora evidências que apontam para um mecanismo surpreendentemente simples que pode explicar como essas formas incomuns se formam.
Além do turbulento cinturão de asteroides entre Marte e Júpiter fica o Cinturão de Kuiper, uma região distante do passado de Netuno repleta de remanescentes congelados do início do Sistema Solar. Esses objetos primitivos, conhecidos como planetesimais, são os blocos de construção que sobraram da formação do planeta. Cerca de 10% deles são classificados como binários de contato, o que significa que consistem em dois lóbulos conectados que lhes dão uma aparência de boneco de neve. Até recentemente, os cientistas não sabiam como tais variantes poderiam desenvolver-se naturalmente.
Novas simulações apoiam colapso gravitacional
Jackson Burns, um estudante de pós-graduação da MSU, criou as primeiras simulações de computador capazes de criar esta estrutura de dois lóbulos através do colapso gravitacional natural. Seus resultados são publicados Boletim Mensal da Royal Astronomical Society.
Modelos computacionais anteriores simplificaram os efeitos tratando os corpos em colisão como se fossem massas fluidas que se condensam em esferas lisas. Essa suposição impede os pesquisadores de recriar a forma distinta de duas partes vista na comunicação de binários. Usando clusters de computação de alto desempenho no Institute for Cyber-Enabled Research, ou ICER, da MSU, Burns criou um ambiente digital mais realista. No seu modelo, os objetos formados mantêm a sua resistência estrutural, permitindo-lhes assentar uns contra os outros em vez de se fundirem numa única esfera.
Algumas explicações anteriores dependem de eventos cósmicos raros ou de condições incomuns. Embora estes cenários sejam possíveis, eles não explicam facilmente por que tais objetos são relativamente comuns.
“Se assumirmos que 10 por cento dos objetos planetários são binários em interação, o processo que os formou não pode ser raro”, disse o professor de Ciências da Terra e Ambientais Seth Jacobson, autor sênior do artigo. “O colapso gravitacional se ajusta perfeitamente ao que observamos.”
NASA New Horizons e o Cinturão de Kuiper
Os binários de contato ganharam grande atenção em janeiro de 2019, quando a espaçonave New Horizons da NASA capturou uma imagem em close de um deles. As imagens levaram os cientistas a examinar mais de perto objetos adicionais da Cintura de Kuiper, revelando que um em cada 10 corpos planetários partilha esta forma. No pouco povoado Cinturão de Kuiper, esses corpos distantes flutuam com relativamente poucas colisões, permitindo a persistência de estruturas frágeis.
O próprio Cinturão de Kuiper é um remanescente da antiga Via Láctea, quando a galáxia existia como um disco giratório de gás e poeira. Esse material antigo ainda está na região, incluindo planetas anões como Plutão, cometas e inúmeros planetas.
Como os planetas se formam e se combinam
Os planetas estiveram entre os primeiros objetos de grande escala a formar-se a partir dos discos rotativos de poeira e cascalho que rodeavam o jovem Sol. Da mesma forma que os flocos de neve se unem para formar uma bola de neve, a gravidade atrai partículas menores para aglomerados maiores.
À medida que essas nuvens rodopiantes entram em colapso, elas às vezes se dividem em dois corpos separados que começam a orbitar um ao outro. Os astrônomos observam frequentemente esses planetas binários no Cinturão de Kuiper. Na simulação de Barnes, o par espirala lentamente para dentro. Em vez de colidirem violentamente, os dois corpos entram em contacto suavemente e fundem-se, preservando as suas formas circulares e criando o familiar boneco de neve.
Por que os binários de contato sobrevivem
Uma vez unidos, estes objetos podem permanecer intactos durante milhares de milhões de anos. De acordo com Barnes, a sua estabilidade a longo prazo advém da baixa probabilidade de impacto adicional. No distante Cinturão de Kuiper, as colisões são raras. Sem uma colisão perturbadora, não há nada que separe os dois lóbulos. Muitos objetos binários mostram até alguns buracos.
Embora os cientistas suspeitassem que o colapso gravitacional desempenhava um papel na formação de binários de contacto, os modelos anteriores careciam da física detalhada necessária para testar exaustivamente a ideia. O trabalho de Burns foi o primeiro a incluir os processos necessários para uma reprodução bem-sucedida.
“Pela primeira vez conseguimos testar esta hipótese de forma válida”, disse Barnes. “Isso é o que há de interessante neste artigo.”
Barnes acredita que o modelo pode ajudar os pesquisadores a estudar sistemas mais complexos que envolvem três ou mais objetos interconectados. A equipe está atualmente desenvolvendo uma simulação avançada para representar melhor como se comportam as nuvens em colapso.
À medida que futuras missões da NASA continuam a explorar os confins do sistema solar, Jacobson e Burns esperam que mais mundos em forma de boneco de neve possam ser descobertos.
